一种增强地震波激发照明的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油、天然气勘探领域中一种地震勘探技术，应用于复杂构造区增强 地震波激发照明的观测系统设计。
【背景技术】
[0002] 随着石油天然气勘探开发向复杂构造区不断地延伸，油气勘探所面临的地震地质 条件也越来越复杂，主要表现为地表起伏剧烈、表层速度变化大、地下地质构造复杂、勘探 目标埋藏深、高速推覆体发育等，导致地震波场复杂、地质目标成像困难。
[0003] 常规的基于水平层状介质和水平地表假设的野外地震采集观测系统设计，已经无 法满足复杂构造区油气勘探开发的要求。为了提高复杂构造区地震数据采集的可靠性和有 效性，地球物理工作者提出了基于地质模型和地震波正演模拟的观测系统优化设计。通过 对地质模型的地震波射线追踪或波动方程数值模拟，可以确定野外观测系统对地下反射界 面的照明和反射盲区的位置，从而指导野外观测系统设计。
[0004] 地震照明分析技术通过正演模拟分析地下照明能量分布来预测和评价采集效果， 进而优化采集参数。目前，地震照明分析技术分为两大类：基于射线理论的射线照明分析和 基于波动理论的波动方程照明分析。由于射线理论的固有缺陷（高频近似和射线盲区）， 射线追踪照明分析只适用于速度横向变化不大的简单模型。然而波动方程照明分析对速度 模型没有任何限制，且能够比较真实地反映地下介质中地震波传播过程的能量分布，为观 测系统优化设计提供了有利的保障。董良国等（2006)根据波动方程照明结果，提出了利用 照明统计法和波场上传法，确定针对勘探目标的地面最优的炮点加密范围，初步实现了从 通过照明度评价观测系统到进行观测系统优化设计的转变。赵虎等（2010)通过分析面向 复杂构造的密集炮点正演模拟结果，确定目的层照明能量最小位置，并进行局部炮点加密， 依据能量均匀性判断准则自动求得了目的层照明能量均匀性最高的炮点集合。朱金平等 (2011)基于三维波动方程照明分析确定了面向勘探目标的有利激发范围，发展了面向勘探 目标的三维地震勘探观测系统优化设计方法。
[0005] 常规的照明分析仅考虑了震源炮点对地下介质的照明，而没有考虑地下构造的倾 角。为此，人们又提出了地震定向照明分析方法，即通过局部平面波分解算子（如坡印廷矢 量、小波变换、窗口傅里叶变换等）将模拟地震波场分解为不同传播方向的平面波，然后计 算不同方向（组合）的地震定向照明。然而，地震定向照明分析只是通过定量计算各个方 向的地震波对目标地质体的照明情况，从而筛选出对目标地质体照明较好的优势方向，却 并没有实质性提高目标地质体的照明能量。
[0006] 其实，早在20世纪70年代，美国石油公司第一次在Tulsa地区进行了地震波束 形成试验，证实了地震波束定向传播方向与延时时间间隔的关系，拉开了震源组合方向特 性研究的序幕。胡启宇（1981)详细地介绍了时序激发等间隔震源组合获得指向性波束的 原理和方法。姜强等（2008,2012)对相控震源定向地震波信号进行了定量分析，分别通过 数值模拟和野外试验，得出相控震源相对于常规同时激发组合震源，其反射波信号信噪比 明显提高的结论，并提出了基于接收阵列的时域地震波束形成方法。对于水平地表情况下 的地震组合激发定量分析与信噪比分析、震源组合激发参数优选（震源个数、组内距等参 数）、炸药震源定向激发定量分析、及其在勘探地震中的应用等方面，汪仁富等（2011)、徐 峰等（2011)、刘福烈等（2013)，蔡纪琰（2013)分别在其文章中进行了详细地讨论。巩向博 等（2014)将组合震源波场定向方法推广至任意起伏地表，利用坐标旋转法计算组合震源 激发延时，为复杂起伏地表情况下的组合震源定向波场激发提供了理论基础。野外实践和 理论研究都证明，基于相控理论的震源组合可以极大地提高采集资料的信噪比和地震波束 定向传播方向上的照射能量。
[0007] 综合起来，目前针对复杂构造区的地震采集分别是从两方面来解决，一是通过照 明模拟确定在地表局部区域加密炮点，以增加对目的层的照明能量；二是在地表的每一个 激发位置，通过多个炮点的组合激发，以增加向地下传播的地震波能量。本发明同样是针对 地下复杂构造区，如陡倾角的地层、断层、上覆有高速异常体的目标层等，通过地震波的照 明模拟结果，既计算出地表加密炮点的区域，同时也计算出地震波向地下目的层传播的方 向，从而实现对复杂构造区目的层地震波最有利与最有效的激发设计。
【发明内容】
[0008](一）发明目的
[0009] 本发明的目的是提供一种在复杂构造区增强地震波激发照明的地震观测系统设 计方法。其将变观加密炮思想和相控震源组合技术与地震照明分析相结合，基于波动方程 的地震照明分析，是在目标位置激发地震波，通过波场上传法和地表方向统计，获得震源组 合参数和对目标地质体照明贡献较大的加密炮区域。在加密炮区域布置加密炮点，同时利 用相控震源组合确保每一个加密炮的优势能量都能集中向目标地质体传播。这样不仅提高 了震源的激发效率，而且能够使目标地质体获得了更好的照明效果，提高了成像质量。该方 法为复杂构造区提供了更有效、更经济的观测系统综合设计方法。
[0010] (二）技术方案
[0011] 一种增强地震波激发照明的设计方法，采用相控理论和组合震源的理论信噪比最 大化原则作为震源组合参数的设计标准，即为组内距和震源个数的设计标准，其他改进的 优化设计标准，同属此方法一个系列；其不限于水平地表情况，可以适用于复杂地表复杂构 造的区域；其具体步骤如下：
[0012]A.根据现有资料，建立复杂构造区的正演地质模，并确定地质目标；收集工区的 地质资料，地震资料，测录井、钻井的资料，综合已知的解释成果和地质认识，通过建模软件 建立工区精确的地质模型，确定地质目标，即地质目标在模型中位置、形状和范围；
[0013]B.在地下目标位置布置人工震源，采用波动方程正演模拟方法进行照明模拟；根 据地质模型中目标的特点，在目标位置s= (xs，zs)放置人工震源，即目标震源，通过全程声 波波动方程正演模拟在地下介质中传播的地震波场，计算得到目标震源在模型中（x，z)处 的照明结果I(X，z;s)，其定义如下：
【主权项】
1. 一种增强地震波激发照明的设计方法，采用相控理论和组合震源的理论信噪比最大 化原则作为震源组合参数的设计标准，即为组内距和震源个数的设计标准，其他改进的优 化设计标准，同属此方法一个系列；其不限于水平地表情况，可以适用于复杂地表复杂构造 的区域；其具体步骤如下： A. 根据现有资料，建立复杂构造区的正演地质模，并确定地质目标；收集工区的地质 资料，地震资料，