一种优化地震采集观测系统的逆向照明方法
【专利摘要】本发明涉及一种优化地震观测系统的逆向照明方法，该方法利用互易原理，以目标储集层为平面波震源，沿地质模型逆向传播地震波场，采用交错网格高阶有限差分数值模拟技术离散求解波动方程，采用数值边界吸收技术处理起伏地表边界，计算靶区地质模型的照明强度分布，通过分析地表处照明度的强弱，进行震源点与检波点位置的优化布设。与现有技术相比，本发明经济实用，节约了施工成本，而且是对全靶区进行优化分析，不存在盲区漏区，为解决复杂地表、复杂地下构造的地震观测系统的优化问题，提供了一个有效的技术方案。
【专利说明】-种优化地震采集观测系统的逆向照明方法
【技术领域】
[0001] 本发明专利属于油气地震勘探领域，涉及一种利用地震波场逆向照明提高地震采 集观测系统效率的方法，该方法对复杂地表条件地区都有效。
【背景技术】：
[0002] 人工地震方法在油气勘探中占有举足轻重的作用，其中野外采集环节至关重要， 对之后的处理解释影响重大，也将影响到油气的开发开采阶段。野外采集过程中，人工激震 震源和检波器的相对位置关系称为观测系统，其布设方式不仅关系到目标层采集信号的好 坏，而且也关系到施工效率及其进度。目前，我国油气勘探的区域已从简单区域转向复杂区 域，诸如鄂尔多斯黄土塬地区、南方碳酸盐岩出露地区，这些地区地表往往起伏巨大，浅层 物理参数影响因素很多，观测系统若按常规布设，难以满足勘探要求。
[0003] 现有的优化观测系统方法基本上是凭借以往经验总结，比如"五避五就"原则等。 对特定地区的观测方法优化，往往采用野外震源点试验方式，试验优化地震观测系统需要 野外施工队的钻孔、布线等工作，增加了地震采集成本，且试验只能选择典型的小块区域， 对于全区存在特例情况就无能为力了。在地震勘探初期，根据重磁电方法得到原始资料，首 先建立勘探地区的地质结构进行室内模拟采集参数论证。在科学技术发达的今天，软件、硬 件比较低廉，这种大规模的模拟技术容易得到实现。特别当前勘探采集方式还在沿用基于 水平层状介质的反射波方法，已经不适用中西部勘探条件。基于勘探目标的采集方法设计 可以通过建立合理的地质模型对野外的采集参数（震源、观测系统方式、道距、偏移距等） 进行室内模拟，可以对这些参数进行量的论证，得到优化的勘探采集方式，最大限度的减少 投资，提1?经济效益。
[0004] 针对上述问题，国内外研究了一些数值方法进行地震观测系统的优化，数值方法 首先节约了试验成本，提高了设计地震观测系统的效率；而且可以对于全测区进行分析优 化，解决了整个地震采集区块内的震源与检波点布设问题，进而提高了资源勘探的效率。中 西部复杂的地表和地下地质结构不同于东部平原地区相对简单的地质概貌。因此，地震照 明作为一种模型正演方法可以验证野外勘探施工采集方式在国内外得到了广泛研究和应 用。数值计算照明强度方法用于优化地震观测系统包括几种，如震源单向激发照明在地质 模型中的强度分析，通过地质模型中的照明度强弱分析，建立对储集目标层的勘探效果评 价；震源和检波点的双向激发照明分析，通过地质模型中互易定理下的源点和检波点照明 强度，建立在已有排列情况下的储集目标层的勘探效果评价。这些方法取得一定的效果，但 对于地下目标体来说，从地表正向传播进行照明分析，只能得到已确定地震观测系统对目 标体的效果评价，难以提出对地震观测系统的有效改进措施。
【发明内容】
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[0005] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种提高地震勘探分辨率、优化地震 观测系统的逆向照明方法。
[0006] 本发明提出的逆向照明分析方法，其核心思想是通过互易原理以地下目标体为 源，逆向进行地震波场传播计算照明强度，分析优化地表布置的地震观测系统，特别适用于 复杂地表条件的地震勘探，解决复杂地表条件下震源与检波点的布设问题。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008] -种优化地震采集观测系统的逆向照明方法，包括以下步骤：
[0009] a、根据地震勘探中常规采集原则，建立初始地震观测系统；
[0010] b、按照测绘提供的资料与前期踏勘地质调绘资料，制作测区带有起伏地表的地质 模型，作为逆向照明方法的实施模型，其中从浅至深标识出目标储层位置；
[0011] C、计算该起伏地表地质模型下的波动方程数值模拟结果，采用交错网格有限差分 数值算法进行离散求解，计算初始观测系统与起伏边界条件下的模型波场强度，记录离散 时刻的地震波场值；
[0012] d、计算该起伏地表地质模型下基于波动方程的震源照明强度值，传播波场以相应 震源的Green函数表示，即单向照明，此过程需考虑震源与地质结构对于地震波传播的影 响，综合反映震源对于地下构造的照明强度展布；
[0013] e、按照d步骤将观测系统内所有震源位置处的地质模型照明强度计算出来，根据 设计需要对全部震源或部分震源的照明强度进行叠加，分析目标储层位置的照明强度值；
[0014] f、根据地震波传播互易原理，在勘探线上任意检波点位置放置震源，按照d步骤， 计算所有检波点位置处的地质模型照明强度；
[0015] g、将单炮震源的地质模型照明强度与该单炮对应检波点的地质模型照明强度进 行相关叠加，此步兼顾了观测系统的震源-检波器排列方式，以及地质模型结构中的散射 效应，即建立野外观测方式下的双向照明强度分析；
[0016] h、以地质模型的目的层为震源激发位置，以平面波源方式，计算地震波场从目标 储层沿逆向传播到起伏地表的照明强度值。在位置点（X，z)处，记时间域目的层平面波震 源波场和散射波场分别为G s (xs ;X，z，t)，GK (? ;X，z，t)，首先分别对震源照明和检波器照明 做时间域波场求和，再对照明结果做点乘后求和，可计算采集时间内的平均照明强度为：
[0017]
【权利要求】
1. 一种优化地震采集观测系统的逆向照明方法，其特征在于，包括以下步骤： a、 根据地震勘探中常规采集原则，建立初始地震观测系统； b、 按照测绘提供的资料与前期踏勘地质调绘资料，制作测区带有伏地表的地质模型， 作为逆向照明方法的实施模型，其中从浅至深标识出目标储层位置； c、 计算该带有伏地表的地质模型下的波动方程数值模拟结果，采用交错网格有限差分 数值算法进行离散求解，计算初始观测系统与起伏边界条件下的模型波场强度，记录离散 时刻的地震波场值； d、 计算该带有伏地表的地质模型下的基于波动方程的震源照明强度值，传播波场以相 应震源的Green函数表示，即单向照明，此过程需考虑震源与地质结构对于地震波传播的 影响，综合反映震源对于地下构造的照明强度展布； e、 按照d步骤将观测系统内所有震源位置处的地质模型照明强度计算出来，根据设计 需要对全部震源或部分震源的照明强度进行叠加，分析目标储层位置的照明强度值； f、 根据地震波传播互易原理，在勘探线上任意检波点位置放置震源，按d步骤，计算所 有检波点位置的地质模型照明强度； g、 将单炮震源的地质模型照明强度与该单炮对应检波点的地质模型照明强度进行相 关叠加，此步兼顾了观测系统的震源-检波器排列方式，以及地质模型结构中的散射效应， 即建立野外观测方式下的双向照明强度分析； h、 以地质模型的目的层为震源激发位置，以平面波源方式，计算地震波场从目标储层 沿逆向传播到起伏地表的照明强度值。在地面位置点（X，z)处，记时间域目的层平面波震 源波场和散射波场分别为G s(xs;x，z，t)，GK(xK;X，z，t)，首先分别对震源照明和检波器照 明做时间域波场求和，然后对照明结果做点乘和波场相关后求和，即可计算采集时间内的 平均照明强度； i、 根据h步骤计算的逆向照明强度值，即地面不同位置接收到的地震波能量强弱来选 择地表激发地震波的位置，就能对该目的层界面达到最佳的照明，即逆向照明分析方法； j、 优化震源位置，根据计算的目标储层对地质模型的照明强度，尤其是起伏地表位置 的照明强度，进行起伏地面震源位置的优化布置，采取地表强照明处加密震源，地表弱照明 处抽稀震源原则，优化地震采集中的观测系统； k、 优化检波点位置，根据互易原理与计算的目标储层对地质模型的照明强度，尤其是 起伏地表位置的照明强度，进行起伏地面检波器位置的优化布置，采取地表强照明处加密 检波点数，地表弱照明处抽稀检波点数； l、 按照优化后的地震观测系统进行油气勘探的地震数据采集。
2.按照权利要求1所述的一种优化地震采集观测系统的逆向照明方法，其特征在于， 采用目标储集层的平面波源逆向传播算子，计算带起伏地表地质模型的照明强度值，其时 间域波场求和后点乘和波场相关后求和表达式分别为：
3.按照权利要求1所述的一种优化地震采集观测系统的逆向照明方法，其特征在于， 根据计算的逆向照明结果，对于起伏地表处的震源与检波点位置，采取强照明数值处加密、 弱照明数值处抽稀方式进行地震详勘。
【文档编号】G01V1/28GK104090297SQ201410264925
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月14日 优先权日:2014年6月14日
【发明者】巩向博, 韩立国, 李洪建, 靳中原 申请人:吉林大学