一种适用复杂介质的三维vsp观测系统设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油地震勘探领域，具体涉及一种适用复杂介质的三维VSP观测系统 设计方法。
【背景技术】
[0002] 观测系统设计是VSP野外地震数据采集的施工依据。但长期以来，由于技术的局 限，常规的观测系统设计都是假设水平地表和水平介质。随着勘探程度的不断深入，地表平 坦和目的层为水平的勘探工区越来越少，大幅度的起伏地表和目的层复杂构造越来越多。 在观测系统设计领域一直沿用的手段仍然是假设水平地表和水平介质的设计方法。近年 来，有的软件增加了对起伏地表和复杂构造观测系统设计的评价，但仍然没有提出解决的 办法。在现有的VSP观测系统设计中，追求的主要目标是覆盖次数的均匀性，这属于地震波 的运动学特性，所以在遇到复杂介质的时候，常常出现反射能量盲区。由于采集信息的缺 失，导致后续波场分离和偏移成像难有好的结果。现有技术中，也有通过波动方程正演计算 能量分布的，但限于计算量大，实用化的不多。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种适用复杂介质的三 维VSP观测系统设计方法，兼顾地震波的运动学特性和动力学特性，通过逆向射线追踪方 法确定炮点排列；通过高斯射线束在目的层的能量延拓获取目的层的能量分布图，经过人 工或软件自动补炮，完成目的层照明能量的均匀性；通过高斯射线束能量统计密度来优化 接收排列。本发明为进一步的波场分离、数据叠加和成像提供保障。
[0004] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0005] -种适用复杂介质的三维VSP观测系统设计方法，包括：
[0006] (1)确定目的层和炮点设置范围；可以根据勘探任务和地质目标确定目的层位和 炮点设置范围；
[0007] (2)根据工区的现有的包括钻进、声波、密度测井资料、已有的地震、地质资料在内 的资料建立工区三维数学模型；
[0008] (3)根据常规VSP设计方法确定井中检波器的摆放位置和排列方式，然后利用射 线运动学逆向追踪算法，确定地面炮点的排列方式；此时的是一个均匀的炮点排列，是一个 大概的位置。
[0009] (4)在目的层上划分面元，计算面元入射能量：用高斯射线束计算从每个炮点出 发，到达目的层的每个面元的能量，将所有能量在目的层面元的叠加生成目的层的波场能 量分布图；
[0010] (5)通过使入射能量均匀化来确定最终炮点排列：通过加炮的方式来增强照明能 量的薄弱区域，使目的层的波场能量均匀化。所述加炮的方式可以如下：对地面炮点排列进 行区域划分，通常按lOOOmX1000 m划分网格；对每一网格内的炮点向目的层进行单独照明， 比较各网格对能量薄弱区的贡献大小，找出贡献较大的2~3个网格区域，进行加密炮计 算，通常加密炮线距取原炮线距的1/2或1/3 ;
[0011] (6)调整检波器摆放位置：计算由炮点发出，经由目的层反射后到达井中接收检 波器的高斯射线束能量，统计检波器接收能量密度获得能量密度图，根据所述能量密度图， 调整检波器的摆放位置和密度。
[0012] 所述步骤（3)是这样实现的：
[0013] 在目的层不为水平界面的情况下，经过面元中心CRP1、CRP2、CRP3到达接收点R1、 R2 的射线路径分别为：S1-CRP1-R1、S2-CRP1-R2、S3-CRP2-R1、S4-CRP2-R2、S5-CRP3-R1、 S6-CRP3-R2 ;其中 S1、S2、S3、S4、S5、S6 是在已知 R1、R2 和 CRP1、CRP2、CRP3 的情况下由射 线逆向追踪获得的理想炮点位置；
[0014] 对于所有的接收点Rl、R2和所有目的层面元都求出其理想炮点位置，把它们投射 到平面上获得炮点分布密度平面图；
[0015] 根据所述炮点密度平面分布图，在密度较大的区域布设更多的炮点，在密度较小 的区域布设相对较少的炮点，最后获得炮线布设图。
[0016] 所述步骤（4)中的面元入射能量是用于统计炮点对目的层面元的照明能量分布；
[0017] 用高斯射线束计算从每个炮点出发，到达目的层的每个面元的能量，将所有能量 在目的层面元的叠加生成目的层的波场能量分布图具体包括：
[0018] (a)利用运动学射线追踪获得所有从炮点出发到达目的层的高斯射线束；
[0019] (b)叠加高斯射线束对目的层面元的能量：对于其中每一条高斯射线束，找出 它所覆盖的所有目的层面元，利用高斯射线束公式，计算出射线束在该位置上的能量 ECell (X，y)，并叠加到面元上；当把所有炮点发出的高斯射线束能量，都一一投射到目的层 面元进行叠加后，得到目的层的波场能量分布图。
[0020] 所述步骤（4)中的面元大小确定为lOmXIOm~30mX30m，主要根据勘探精细程度的 要求确定，勘探要求高的采用较小的面元；
[0021] 所述步骤（6)是这样实现的：
[0022] 检波器接收能量用于统计炮点所发出的能量，经目的层反射后被井中检波器接收 的情况；
[0023] 统计检波器接收能量密度获得能量密度图；
[0024] 通过对检波器接收能量的分析，找出井中检波器有利的接收位置；
[0025] 调整检波器位置：检波器总数不变，在接收能量密度大的地方放置更多的检波 器；
[0026] 所述统计检波器接收能量密度获得能量密度图是这样实现的：
[0027] (a)对每一炮点和每一个目的层面元，进行激发点-反射点-接收点的正向运动学 射线追踪，获得所有通过目的层反射的高斯射线束；
[0028] (b)叠加高斯射线束对检波器的能量：对于其中每一条高斯射线束，找出它所覆 盖的所有检波器，即所有接收面元，利用高斯射线束公式，计算出射线束在该位置上的能量 ERecv (X, y),并叠加到检波器上，即接收面元上。
[0029] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所设计的VSP观测系统，运用了高 斯照明能量均匀化的技术，兼顾了地震波传播的运动学和动力学特性，能够在起伏地表和 复杂介质地区获得全面的目的层反射波信息。这为后续提高VSP资料处理（包括波场分离、 道集叠加和数据成像）质量创造了条件。
【附图说明】
[0030] 图1是复杂介质对波的运动学传播的影响示意图。
[0031] 图2是复杂介质对波的动力学传播（高斯射线束能量）的影响示意图。
[0032] 图3是本发明方法的步骤框图。
[0033] 图4是运动学射线追踪不意图。
[0034] 图5a是炮点密度图。
[0035] 图5b是炮线排列图。
[0036] 图6a是面元入射能量示意图。
[0037] 图6b是检波器接收能量示意图。
[0038] 图7a是高斯射线束的振幅分布示意图。
[0039] 图7b是高斯射线束接收能量叠加示意图。
[0040] 图8是1?斯射线中心坐标系意图。
[0041] 图9a是优化前（加炮前）的入射面元能量统计图。
[0042] 图9b是优化后（加炮后）的入射面元能量统计图。
[0043] 图10a是检波器接收能量统计图。
[0044] 图10b是优化后的检波器排列示意图。
【具体实施方式】
[0045] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
[0046] 在常规VSP观测系统设计中，通常假设水平地表和层状介质，即便考虑了一些地 表起伏因素和非水平介质因素，其追求的目标任然是目的层的覆盖次数均匀性。本发明采 用逆向射线追踪确定炮点排列，运用高斯射线束能量照明的均匀性来修正炮点排列，从接 收能量最大化来优化接收排列设计。本发明从工区地质模型出发，兼顾了地震波的运动学 和动力学特性，对复杂介质探区能获得更全面真实的野外资料，为进一步的波场分离和偏 移成像提供根本保证。
[0047] (1)复杂构造对VSP观测带来的影响
[0048] 从动力学角度看，在复杂介质和起伏地表情况下，按常规方法设计的VSP观测系 统，其共反射点（CRP)位置将发生严重偏离，这将导致检