一种海上拖缆宽频宽方位地震勘探方法与流程

技术特征：

1.一种海上拖缆宽频宽方位地震勘探方法，包括以下步骤：

1)基于前期海上地震勘探目标靶区的地质层位及岩石速度和密度数据，通过内插和外推方法将已知地层面、断层面上的深度数据进行空间插值和外推，并基于网格剖分技术来进行网格化，在此基础上填充速度体和密度体，建立适合目标靶区地层结构的三维地震地质模型，该地质模型包括目的层在内的若干地质层位；

2)根据目标靶区的三维地震地质模型，以宽方位观测系统各属性参数的均衡性以及采集脚印的情况为判断标准，对宽方位观测系统的类型和拖缆横纵比进行优化设计，得到适合目标靶区的宽方位观测系统类型和拖缆横纵比；其中，宽方位观测系统类型是指炮点数和接收线数或拖缆数及其相对位置关系；拖缆横纵比是指横向方向的最大炮检距与纵向方向的最大炮检距之比；

3)利用拖缆船布设多条带有水听器的拖缆,多条拖缆上的水听器沉放深度按照立体曲面形态布设,每条拖缆上的水听器沉放深度按照曲线形态布设，进行立体曲面拖缆参数优化设计，得到优选的立体曲面缆形和拖缆参数；

4)宽方位观测系统包括相隔一段距离平行布置的多条震源船以及拖缆船上的震源，每条船上配备多套气枪阵列震源，每套气枪阵列震源的空间位置不同，组成多点位变深度震源；进行多点位变深度随机延时激发参数的优化设计，优选出每一次激发时多个震源各自激发的延迟时间，得到不同激发点激发时对应各同步源激发延迟时间序列分布；

5)基于步骤2)优选出的宽方位观测系统和拖缆横纵比，步骤3)优选出的立体曲面缆形及其参数，以及步骤4)优选出的多点位同步源激发延迟时间，在目标靶区进行多点位变深度随机延时激发立体曲面缆接收的实际海上拖缆宽频宽方位地震采集，每激发一次，获得多点位变深度随机延时激发的实际采集混合源炮集记录；在规定的炮数激发完后，获得一系列混合源炮集记录。

2.如权利要求1所述的一种海上拖缆宽频宽方位地震勘探方法，其特征在于，所述步骤2)中宽方位观测系统类型和拖缆横纵比的优化设计，具体包括以下步骤：

①根据目标靶区三维地震地质模型的特点和勘探目的，通过改变炮点数和拖缆数及其相对位置关系，得到不同类型的宽方位观测系统；分别计算不同类型宽方位观测系统的属性参数，分析各属性参数的均衡性，从中筛选出各属性参数均衡性好的若干个宽方位观测系统；同时设定若干个不同的拖缆横纵比；

②针对目标靶区的三维地震地质模型，采用地震射线追踪照明方法，分别计算由步骤①初步设计出的若干种宽方位观测系统类型和不同拖缆横纵比组合下的目的层上的打击次数、面元炮检距、面元方位角、炮检点的属性分布图；

③针对目标靶区的三维地震地质模型，采用地震波动方程照明方法，分别计算由步骤①初步设计出的若干种宽方位观测系统类型和不同拖缆横纵比组合下的目的层上的照明能量分布图；

④根据步骤②获得的各属性分布图和步骤③获得的照明能量分布图，分析各属性参数的均衡性、照明能量强弱、采集脚印情况，优选适用于目标靶区的宽方位观测系统类型以及拖缆横纵比，获得具有较好均衡性的覆盖次数、排列长度、道间距、面元尺寸和其他属性参数的宽方位观测系统类型和拖缆横纵比。

3.如权利要求2所述的一种海上拖缆宽频宽方位地震勘探方法，其特征在于，宽方位观测系统各属性参数的均衡性是指不同面元位置处同一属性参数的相似程度，相似程度高即均衡性好；采集脚印是指炮检点分布的差异带来的不同面元位置处的地震波能量差异。

4.如权利要求1或2或3所述的一种海上拖缆宽频宽方位地震勘探方法，其特征在于，宽方位观测系统的属性参数包括航行方向、面元片数、面元尺寸、相邻片之间的间隔、排列长度、道间距、覆盖次数、偏移孔径、偏移距分布以及方位角分布。

5.如权利要求1或2或3所述的一种海上拖缆宽频宽方位地震勘探方法，其特征在于，所述步骤3)中立体曲面拖缆参数的优化设计方法为：首先，根据目标靶区的三维地震地质模型和由步骤2)优选的宽方位观测系统，初步给出若干个不同的立体曲面拖缆形态，包括水听器沉放深度、波动式起伏的幅度和波长；然后，在由步骤2)优选的宽方位观测系统及给定的某一立体曲面拖缆情形下计算目的层上的三维脉冲响应的理论叠加平均振幅谱和基于三维波动方程正演模拟技术计算得到的炮集记录的叠加平均振幅谱；最后，根据这些振幅谱曲线的形态、光滑程度以及高、低频能量大小来评价同一宽方位观测系统而不同的立体曲面缆下接收到的地震记录的宽频特征，振幅谱曲线的形态越宽、光滑程度越高、高低频能量都强，对应振幅谱的频带越就宽，宽频特征越好；从中优选出宽频特征最好的振幅谱对应的立体曲面缆形参数。

6.如权利要求5所述的一种海上拖缆宽频宽方位地震勘探方法，其特征在于，其中，脉冲响应的理论叠加平均振幅谱的计算公式为：

$G_n\left(f\right)=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\left|G({\stackrel{\→}{X}}_j,f)\right|$

正演模拟的炮集记录的叠加平均振幅谱的计算公式为：

$A_n\left(f\right)=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\left|A({\stackrel{\→}{X}}_j,f)\right|$

式中，n为每炮接收的总道数，G_n(f)为脉冲响应叠加平均频谱，A_n(f)为正演模拟结果叠加平均频谱，为接收点位置为处的鬼波滤波算子的脉冲响应频谱，为接收点位置为处的地震记录频谱，f为频率。

7.如权利要求1或2或3或6所述的一种海上拖缆宽频宽方位地震勘探方法，其特征在于，所述步骤4)具体包括以下步骤：

I、基于多震源同步源激发延迟时间必须随机且大于一倍子波延续度的准则，随机产生若干组延迟时间，每组均给定了与多点位数相等的震源各自激发的延迟时间；

II、针对目标靶区的三维地震地质模型，采用步骤2)优选出的宽方位观测系统类型以及步骤3)优选出的立体曲面缆形和拖缆参数，采用波动方程有限差分法正演模拟技术，分别模拟多组多点位震源按照步骤I给定的各自激发的延迟时间激发下的混合源炮集记录；同时，模拟出多点位震源单独零延迟激发得到的炮集记录，作为混合源炮集记录分离效果对比的参照；

III、采用混合源炮集记录分离技术获得多组多个不同点位激发的炮集记录，计算各点位处分离的炮集记录与步骤II产生的各点位震源单独零延迟激发得到的炮集记录之间的均方差，均方差越小，说明分离效果越好，选择均方差最小的那组所对应的多点位同步源激发延迟时间。

8.如权利要求7所述的一种海上拖缆宽频宽方位地震勘探方法，其特征在于，其中，多点位震源激发的波动方程如下：

$\frac{1}{V^2\left(\stackrel{\→}{X}\right)}\frac{{\∂}^{2}u\left(\stackrel{\→}{X}\right)}{\∂t^2}={\▿}^{2}u\left(\stackrel{\→}{X}\right)+S(t,{\stackrel{\→}{X}}_0)\stackrel{\→}{\mathrm{\Γ}}\left({\stackrel{\→}{X}}_0\right)$

式中，为三维介质速度；为地震波场；为激发点处的震源子波；为多震源混合矩阵算子；为第K个震源在位置处的延迟激发时间。