一种突出转换波的vsp观测系统设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油工业中的地震勘探领域，具体涉及一种突出转换波的VSP观测系 统设计方法。
【背景技术】 [0002]
[0003] 三维三分量地震勘探，由于它提供了比常规P波勘探更加丰富的信息，近年来一 直备受关注。由于P波和PSV波具有不同的传播规律，怎样设计出一个兼顾P波和PSV波 的观测系统一直是个不易解决的难题。在三维VSP勘探中，施工量和成本控制是设计观测 系统必须要考虑的因素，通常要求一次性施工完成P波和PSV波（所述转换波就是指PSV 波）的接收采集。常规的VSP观测系统设计是先按照P波勘探的需求来设计，然后采用补 炮的方式对PSV波的能量给予一定补偿；或者虽然考虑了PSV波的有效入射角度，但是计算 是基于平均速度模型或水平层状介质模型，对于共转换点（CCP)而言，其面元属性（叠加次 数）仍然是不均匀的。
[0004] 图1为相同接收点和激发点的P波和PSV波射线路径示意图，S为炮点，R为接收 点，CRP为共反射点，CCP为共转换点，射线经过CCP点后以横波速度传播。S-CRP-R为P波 射线路径，S-CCP-R为PSV波射线路径。
[0005] 在遇到复杂介质的情况下，根据波动理论和射线传播规律，在VSP井中固定接收 位置的情况下，要同时达到P波和PSV波的（目的层）面元属性均匀一致几乎是不可能的 (图1说明采用相同的观测系统（P波和PSV波采用相同激发点和接收点）时，P波和PSV 波的射线路劲大相径庭，CRP和CCP完全不在一起），同一个接收点和CRP(CCP)点所对应的 P波激发点和PSV激发点是分散和无序的。所以实际接收到的PSV波往往能量较弱，无法完 成转化波勘探的任务，最后影响PS转换波的应用效果。
[0006] 图2为相同接收点和CRP(CCP)(图2中把CRP和CCP放在一起，可以直观的看出： 希望PSV波的共转换点CCP和P波的CRP落在一起的话，各自要求的激发点相去甚远。要 用同一个观测系统来采集到合格的P波和PSV波是很困难的。）的P波和PSV波射线路径 示意图，S1、S2为炮点，R1为地面接收点，R2为井中VSP接收点，CRP为共反射点，CCP为共 转换点，S2-CRP-R1和S2-CRP-R2为P波射线路径，S1-CCP-R1和S1-CCP-R2为PSV波射线 路径。图1和图2说明了由于不同的传播规律，用同一个观测系统，要同时获得质量良好的 P波和PSV波具有很大困难。
[0007] 三维三分量地震勘探中使用单一观测系统带来的问题：
[0008] 根据波动理论，P波和PSV转换波具有不同的传播特性。由Zoeppritz方程可知： P波和PSV波的反射系数都随入射角的不同而变化，一般而言，P波的反射系数随入射角的 增大而减小；PSV波的反射系数则在入射角处于某个范围内时相对较大。在入射角很小时， P波的反射系数很大，而PSV波的反射系数却接近为零。所以在实际的三维三分量VSP数据 采集时，要用同一套观测系统方案，经过一次放炮来同时完成P波和PSV波的野外数据采集 是极其困难的。实际的结果，往往是PSV波的能量比较弱，无法完成勘探任务。在PSV波能 量不足的情况下，PSV波勘探可以用来判别岩性变化、油气运移等优点都无从谈起。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种突出转换波的VSP 观测系统设计方法，是一种三维VSP观测系统设计方法，使用一次施工完成P波和PSV波的 数据采集，并兼顾了P波和PSV转换波的传播规律，增强了PSV转换波的能量，它解决了三 维三分量勘探中普遍存在的PSV波能量偏弱、信息不足的问题，为更好的利用PSV波进行流 体识别、裂缝判断等深度资料解释打下了基础。
[0010] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0011] 一种突出转换波的VSP观测系统设计方法，包括：
[0012] (1)根据勘探目的层的物性参数，求解Zoeppritz方程，获得目的层的P波反射系 数和PSV波反射系数与入射角的关系；按反射系数的变化规律确定出目的层的P波的有效 入射角度eP1- 9P2和PSV波的有效入射角度eS1-eS2;
[0013] (2)按勘探任务和VSP采集设备的情况，确定井中检波器的摆放深度和间距；
[0014] (3)针对每个CCP面元，按任务要求的叠加次数，进行PSV波的接收点-CCP-炮点 方向的射线追踪计算，并统计入射角在PSV波有效入射角度0 S1- 0S2内的炮点位置，生成 PSV波炮点位置密度图；
[0015] (4)根据步骤⑶得到的PSV波炮点位置密度图，确定PSV波的炮点密度和炮点排 列方式，即为PSV波炮线排列；
[0016] (5)针对每个CRP面元，按任务要求的叠加次数，进行P波的接收点-CRP-炮点方 向的射线追踪计算，并统计入射角在P波有效入射角度eP1-eP2内的炮点位置，生成P波炮 点位置密度图；
[0017] (6)根据步骤（5)得到的P波炮点位置密度图，在步骤⑷得到的PSV波的炮点密 度和炮点排列方式的基础上，确定P波补充炮的炮点密度和炮点排列方式，即为P波补充炮 线排列；
[0018] (7)步骤（4)得到的PSV波炮线排列和步骤（6)得到的P波补充炮线排列，以及步 骤（2)得到的接收排列方式构成最终的VSP观测系统。
[0019] 所述步骤（1)中的所述物性参数包括目的层上下介质的密度和纵横波速度。
[0020] 所述步骤（1)中按反射系数的变化规律确定出目的层的有效入射角度是这样实 现的：
[0021] P波的有效入射角度是这样确定的：
[0022] 确定出P波反射系数与入射角关系曲线上，反射系数下降到最高点的65%时的零 界点，反射系数高于该值的范围对应的角度就定为p波的有效入射角度eP1- 9 P2;
[0023]PSV波的有效入射角度是这样确定的：
[0024] 确定出PSV波反射系数与入射角关系曲线上，反射系数下降到最高点的80%时的 零界点，反射系数高于该值的范围对应的角度就定为PSV波的有效入射角度0sl-0s2。
[0025] 所述步骤⑷中，PSV波的炮点数确定为工区总炮数的60%;炮线距为常规炮线距 的二分之一，炮间距的确定按公式：炮间距=总炮数X60% /总的炮线长度。
[0026] 所述步骤（5)中，对于PSV炮点位置密度图中已经包含的炮点，不再重复统计。
[0027]所述步骤（6)中P波补充炮点数和步骤（4)中确定的PSV波的炮点数之和小于等 于工区总炮数。
[0028] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所设计的三维VSP观测系统，突出 了PSV转换波的能量，它解决了三维三分量勘探中普遍存在的PSV波能量偏弱、信息不足的 问题，为更好的利用PSV波进行流体识别、裂缝判断等深度资料解释打下了基础。
【附图说明】
[0029] 图1是相同炮点和接收点的P波和PSV波射线路径示意图。
[0030] 图2是相同接收点和CPR(CCP)的P波和PSV波射线路径示意图。
[0031] 图3是入射角与反射系数关系图。
[0032] 图4是PSV波炮点位置密度图。
[0033] 图5是PSV炮点密度和炮线排列图。
[0034] 图6是PSV波炮点密度图、PSV炮线图及P波炮点位置叠后图。
[0035] 图7是PSV波炮线排列及P波补充炮线排列图。
[0036] 图8是利用本发明方法得到的最终炮线排列方案。
[0037] 图9是P波的反向射线追踪示意图。
[0038] 图10是PSV波的反向射线追踪示意图。
[0039] 图11是本发明方法的步骤框图。
【具体实施方式】
[0040] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
[0041] 本发明该方法根据P波和PSV波的不同传播规律，提出了一套基于目的层的三维 VSP观测系统设计方法，它解决了三维三分量勘探中普遍存在的PSV波能量偏弱、信息不足 的问题，为更好的利用PSV波进行流体识别、裂缝判断等深度资料解释打下了基础。
[0042] 如图11所示，本发明的设计流程和实现步骤如下：
[0043] 1.根据勘探目的层的物性参数（目的层上下介质的密度和纵横波速度），求解 Zo印pritz方程，获得目的层的P波反射系数和PSV波反射系数与入射角的关系，如图3所 示，按反射系数的变化规律（大多数情况下是指"P波的反射系数随入射角的增大而减小； PSV波的反射系数