专利名称：基于单震源的定向照明地震勘探方法
技术领域：
本发明涉及一种地震勘探方法，尤其适于背景噪声较强，信噪比较低区域的 单震源定向照明地震勘探方法。
技术背景-
现有的可控震源地震勘探方法按参与工作的震源数目可分为两类。一类是单 可控震源地震勘探；另一类是阵列可控震源地震勘探。单可控震源在地下半空间 激发的地震波场可近似认为球面波场，无方向性；阵列可控震源激发的地震波场 具有明显的方向性，其中组合震源激发的地震波场主波束方向垂直地面向下，相 控震源激发的地震波场也存在方向性，且方向可控； 一般来说，合理控制地震波 方向，采用相控震源可获得更高信噪比的地震资料。但是，相控震源地震勘探方 法具有成本高，控制复杂，并且存在多个震源的不一致性问题，上述问题限制了 相控震源地震勘探方法的推广。为此，考虑仍采用单震源作为激发源，以基于单 震源的单炮地震信号为数据源，采用定向照明地震信号合成方法合成定向照明单 道地震信号，类似地再合成定向照明单炮地震数据，该数据对应于定向地震波场。 与相控地震波场相似之处在于，两种波场都是定向波场，因此对提高地震资料信 噪比都是有效的；与相控地震波场不同之处在于，该波场为人工合成的波场，而 非物理波场。因此定向照明地震勘探方法，在保证波场方向性特点的基础上，克 服了阵列震源的不一致性和高成本的缺点，势必为高分辨率地震勘探提供一种有 效方法。
发明内容
本发明的目的是针对普通单震源和阵列震源地震勘探方法的缺点和不足，提 供一种通过合成定向地震波场，改善反射波信号信噪比的基于单震源的定向照明 地震勘探方法。
本发明的目的是通过以下方式实现的
基于单震源的定向照明地震勘探方法包括下列顺序和步骤
a、 野外实施勘探时，依据地质资料按照传统地震勘探方法确定偏移距P、 炮点距d和道间距及每一炮的炮点位置；这里P是指第1个炮点距第1个检波器 的距离，即偏移距p; '
b、 依据地质背景和勘探要求，确定定向照明组数m和合成一个定向照明炮 点所需的单震源炮点数n，因此定向照明地震勘探包含的总炮数N^Xm，即将定 向照明地震勘探总炮数分成m组，每组包含n炮单震源地震数据；
c、 按照步骤a中设定的的偏移距p，炮点距d和道间距，在测线上布置检
波器阵列和炮点；
d、 若选择11=3个单震源炮点数据合成单炮定向照明炮点数据，首先布置第 l至第n个炮点，这n个炮点可视为定向照明勘探的第l组炮点，按照传统地质 勘探方法布置检波器阵列，并根据指定偏移距p，设置第l个炮点，该炮点距离 第一个检波器的距离为Pl=P，据此取得可控震源第1炮地震数据，保持检波 器阵列位置不变，部置第2个炮点，该炮点距离第一个检波器的距离为p2=Pl-d，
取得可控震源取得第2炮地震数据；保持检波器阵列位置不变，部置第3个炮点，
该炮点距离第一个检波器的距离为p3=p2-d=Pl-2d，取得可控震源第3炮地震数据， 此时完成了第1组n个炮点的地震数据采集；
e、 按照传统地震勘探方法，滚动检波器阵列，接着布置第n+l至第2n个炮 点，这n个炮点可视为定向照明勘探的第2组炮点，在同组各炮点的数据采集过 程中，检波器阵列道间距始终保持不变，第n+l个炮点设置在距离第1个检波器 的距离为p^p的位置，即与第l组的第l个炮点偏移距相同，取得可控震源第 4炮地震数据；第n+2个炮点设置在距距离第1个检波器的距离为p2=Pl-d的位
置，即与第1组的第2个炮点偏移距相同，取得可控震源第5炮地震数据；第 n+3个炮点设置在距距离第l个检波器的距离为Pr^2-d二p「2d的位置，取得可 控震源第6炮地震数据；此时完成了第2组n个炮点的地震数据采集；即同一组 内各炮点的偏移距不同，不同组序号相差n的m个炮点的偏移距相同；
f、 依次类推，继续滚动检波器阵列；
g、 布置下一组的n个炮点，设该组的编号为i，对应第i组的n个炮点在 总炮点中的排列序号即为第(i-1) X n+l至第(i-1) X n+n个炮点，布置第(i-l) Xn+1个炮点，该炮点距离第一个检波器的距离为Pl=p;再布置第(i-1) Xn+2 个炮点，该炮点距第一个检波器的距离为p2=Pl-d;……，再布置第(i-l) Xn+n 个炮点，该炮点距第一个检波器的距离为
p^Pw-d=p「 (n-1) Xd;在以上n个炮点取得第(i-l) Xn+1至第(i-1) Xn+n个炮点的地震数据；
h、 重复步骤f、 g直至取得所有N炮地震数据
i、 将取得的单炮地震数据分成m组，对属于同一组的单炮地震数据按编号 顺序依次作等间隔延时，将延时后的n个单炮地震数据做线性叠加，合成具有方 向性的定向照明地震信号，该信号对应定向地震波场，利用常规地震数据处理方 法就能得到基于单震源的定向照明地震剖面。
本发明的目的还可以通过以下方式实现 炮点距d等于或不等于道间距；步骤b中的m为〉1的奇数。
有益效果经试验，与普通单震源地震勘探方法相比，定向照明地震勘探方
法可使来自目标体的反射波信号的信噪比得到改善；由于合成定向照明地震波场 时方向可根据目标产状人为控制，对于陡倾角目标体勘探效果更好；与相控地震 方法相比，具有工作成本低，控制简单的优点。
图l:定向照明地震勘探不同组炮点和检波器布置图 图2:定向照明同一组炮点和检波器布置图
m:定向照明组数，即定向照明地震方法中对总炮数的分组数 n:合成一个定向照明炮点所需的单震源炮点数，即总炮数分组中每定向照 明合成组的炮点数
N:测线上总炮点数 d:炮点距 P:偏移距
具体实施例方式
下面结合附图和实施例作进一步详细说明 基于单震源的定向照明地震勘探方法包括下列顺序和步骤
a、 野外实施勘探时，依据地质资料按照传统地震勘探方法确定偏移距p、 炮点距d和道间距及每一炮的炮点位置；这里p是指第1个炮点距第1个检波器 的距离，即偏移距P;
b、 依据地质背景和勘探要求，确定定向照明组数m和合成一个定向照明炮 点所需的单震源炮点数n，因此定向照明地震勘探包含的总炮数N^Xm，即将定 向照明地震勘探总炮数分成m组，每组包含n炮单震源地震数据；
c、 按照步骤a中设定的的偏移距p，炮点距d和道间距，在测线上布置检 波器阵列和炮点；
d、 若选择『3个单震源炮点数据合成单炮定向照明炮点数据，首先布置第 l至第n个炮点，这n个炮点可视为定向照明勘探的第l组炮点，按照传统地质 勘探方法布置检波器阵列，并根据指定偏移距P，设置第l个炮点，该炮点距离 第一个检波器的距离为Pl=P，据此取得可控震源第1炮地震数据，保持检波 器阵列位置不变，部置第2个炮点，该炮点距离第一个检波器的距离为p2=Pl_d， 取得可控震源取得第2炮地震数据；保持检波器阵列位置不变，部置第3个炮点， 该炮点距离第一个检波器的距离为p3=p2-d=Pl-2d，取得可控震源第3炮地震数据， 此时完成了第1组n个炮点的地震数据采集；
e、 按照传统地震勘探方法，滚动检波器阵列，接着布置第n+l至第2n个炮 点，这n个炮点可视为定向照明勘探的第2组炮点，在同组各炮点的数据采集过 程中，检波器阵列道间距始终保持不变，第n+l个炮点设置在距离第1个检波器 的距离为PFP的位置，即与第l组的第l个炮点偏移距相同，取得可控震源第
4炮地震数据；第n+2个炮点设置在距距离第1个检波器的距离为p2=Pl-d的位 置，即与第1组的第2个炮点偏移距相同，取得可控震源第5炮地震数据；第
n+3个炮点设置在距距离第l个检波器的距离为p^P2-cNp「2d的位置，取得可 控震源第6炮地震数据；此时完成了第2组n个炮点的地震数据采集；即同一合 成组内各炮点的偏移距不同，不同合成组序号相差n的m个的炮点偏移距相同；
f、 依次类推，继续滚动检波器阵列；
g、 布置下一组的n个炮点，设该组的编号为i，对应第i组的n个炮点在 总炮点中的排列序号即为第(i-l) Xn+1至第(i-1) Xn+n个炮点，布置第(i-l) Xn+1个炮点，该炮点距离第一个检波器的距离为Pl=p;再布置第(i-l) Xn+2 个炮点，该炮点距第一个检波器的距离为P^P广d;……，再布置第(i-1) Xn+n 个炮点，该炮点距第一个检波器的距离为
pn=pn—「d=Pl- (n-1) Xd;在以上n个炮点取得第(i-l) Xn+1至第(i-l) Xn+n个炮点的地震数据；
h、 重复步骤f、 g直至取得所有N炮地震数据
i、 将取得的单炮地震数据分成m组，对属于同一组的单炮地震数据按编号 顺序依次作等间隔延时，将延时后的n个单炮地震数据做线性叠加，合成具有方 向性的定向照明地震信号，逸信号对应定向地震波场，利用常规地震数据处理方 法就能得到基于单震源的定向照明地震剖面。
m:定向照明组数，即定向照明地震方法中对总炮数的分组数 n:合成一个定向照明炮点所需的单震源炮点数，即总炮数分组中每定向照 明合成组的炮点数
N:测线上总炮点数 d:炮点距 P:偏移距
本发明的目的还可以通过以下方式实现
炮点距d等于或不等于道间距；步骤b中的m为〉1的奇数。
同一组内各炮点的偏移距是不同的，第一炮的偏移距为p，第二炮的偏移距 为p2=p-d，第三炮的偏移距^J p3=p-2d，第四炮的偏移距为p4=p-3d。不同组各 炮点的偏移距是相同的，第一组第一炮偏移距为p，第二组第一炮偏移距也为p， 第一组第二炮的偏移距为p2=p-d，第二组第二炮的偏移距也为p2=p-d，第一组 第三炮的偏移距为p3=p-2d，第二组第三炮的偏移距为p3=p-2d.......。
根据常规反射地震勘探方法设计炮检距和道间距；参考测区地质资料大致估 计目标深度和形态，粗略确定定向照明延时控制参数T的取值范围；选取定向照 明叠加控制参数n， 一般地n的取值与测区噪声强度有关，噪声越强n取值越大， 而伴随n取值增大，需要获取的原始单炮记录和合成定向照明地震信号的算法运算量随之增大，可见n的取值应根据地震勘探分辨率的要求与工作量及成本两方 面折衷考虑。
在测线上设置m组炮点，每组包含n炮，即总共包含^nXm个炮点，各炮 点依次标号为1， 2，…，N。检波器共线均匀排列，检波器阵列与炮点共线。同 一合成组检波器阵列位置保持不变，炮点距第一个检波器的距离是变的，同一合 成组内各炮点的偏移距不同，即同一组内的n个炮点偏移距依次为p， p-d， p-2d，…，p-(n-l)d。不同合成组的炮点和检波器阵列位置按设定的炮点距d和 道间距滚动。不同组序号相差n的m个炮点的偏移距相同，即第1，n+l，2n+l，…， (m-1) Xn+1这m个炮点的偏,移距为p;第2， n+2， 2n+2，…，(m-l)Xn+2这m 个炮点的偏移距为p-d;第3， n+3， 2n+3，…，(m-1) Xn+3这m个炮点的偏移距 为p-2d;…，以此类推，第n， 2n， 3n，…，raXn这n个炮点的偏移距为p-(n-1) d。
具体地，使用单可控震源按以上排列方法，分别获取m组总共N炮单可控震 源单炮地震记录。采用定向照明地震信号合成方法，利用第1组标号为1至n的 n个单震源单炮记录合成第1炮定向照明单炮记录，该记录对应的等效定向照明 炮点位置为第(n+l) /2个炮点所在位置，即第l组中间炮点的位置；利用第2 组标号为n+l至2n的n个单震源单炮记录合成第2炮定向照明单炮记录，该记 录对应的等效定向照明炮点位置为第n+ (n+l) /2个炮点所在位置，即第2组中 间炮点的位置；…；类似地，利用第m组标号为(m-1) n+l至mXn的n个单震 源单炮记录合成第m炮定向照明单炮记录，该记录对应的等效定向照明炮点位置 为第(m-l) n+ (n+l) /2个炮点所在位置，即第m组中间炮点的位置；按照上 述方法可合成m组定向照明单炮记录。其合成方法已被CN200810050992.3公开。
通过对定向照明地震信号实施互相关检测，再利用常规地震数据处理方法及 软件就可以得到地震剖面。
定向照明地震波场方向p的计算方法
根据测区地质资料或单震源地震数据，可估计定向照明方向。对于近似水平 的目标层，设炮检距为x，目标体深度为/2，此时定向照明方向p可按下式估计
<formula>formula see original document page 8</formula>
定向照明地震延时控制参数r的估算方法
设炮点距为d，对于近似水平的目标层，目标层的上覆介质平均速度为v时，
延时参数可按下式估算。
<formula>formula see original document page 8</formula>定向照明单炮地震记录合成方法
采用n炮单震源数据合成1炮定向照明地震数据，合成方法已被
CN200810050992.3公开。
首先用n炮单震源数据合成1炮定向照明地震数据，分析定向照明地震信号 质量。若该信号满足预期的信噪比要求，则确定n炮单震源数据为一个合成组， 合成l炮定向照明地震数据；否则，调整参数，重新确定一个合成组所需定向照 明的炮数。最后，利用合成的m组炮定向照明地震数据，采用常规地震数据处 理方法合成地震剖面。
权利要求
1、一种基于单震源的定向照明地震勘探方法，其特征在于，包括下列顺序和步骤a、野外实施勘探时，依据地质资料按照传统地震勘探方法确定偏移距p、炮点距d和道间距及每一炮的炮点位置；这里p是指第1个炮点距第1个检波器的距离，即偏移距p；b、依据地质背景和勘探要求，确定定向照明组数m和合成一个定向照明炮点所需的单震源炮点数n，因此定向照明地震勘探包含的总炮数N＝n×m，即将定向照明地震勘探总炮数分成m组，每组包含n炮单震源地震数据；c、按照步骤a中设定的的偏移距p，炮点距d和道间距，在测线上布置检波器阵列和炮点；d、若选择n＝3个单震源炮点数据合成单炮定向照明炮点数据，首先布置第1至第n个炮点，这n个炮点可视为定向照明勘探的第1组炮点，按照传统地质勘探方法布置检波器阵列，并根据指定偏移距p，设置第1个炮点，该炮点距离第一个检波器的距离为p1＝p，据此取得可控震源第1炮地震数据，保持检波器阵列位置不变，部置第2个炮点，该炮点距离第一个检波器的距离为p2＝p1-d，取得可控震源取得第2炮地震数据；保持检波器阵列位置不变，部置第3个炮点，该炮点距离第一个检波器的距离为p3＝p2-d＝p1-2d，取得可控震源第3炮地震数据，此时完成了第1组n个炮点的地震数据采集；e、按照传统地震勘探方法，滚动检波器阵列，接着布置第n+1至第2n个炮点，这n个炮点可视为定向照明勘探的第2组炮点，在同组各炮点的数据采集过程中，检波器阵列道间距始终保持不变，第n+1个炮点设置在距离第1个检波器的距离为p1＝p的位置，即与第1组的第1个炮点偏移距相同，取得可控震源第4炮地震数据；第n+2个炮点设置在距距离第1个检波器的距离为p2＝p1-d的位置，即与第1组的第2个炮点偏移距相同，取得可控震源第5炮地震数据；第n+3个炮点设置在距距离第1个检波器的距离为p3＝p2-d＝p1-2d的位置，取得可控震源第6炮地震数据；此时完成了第2组n个炮点的地震数据采集，即同一组内各炮点的偏移距不同，不同合成组序号相差n的m个炮点的偏移距相同；f、依次类推，继续滚动检波器阵列；g、布置下一组的n个炮点，设该组的编号为i，对应第i组的n个炮点在总炮点中的排列序号即为第(i-1)×n+1至第(i-1)×n+n个炮点，布置第(i-1)×n+1个炮点，该炮点距离第一个检波器的距离为p1＝p；再布置第(i-1)×n+2个炮点，该炮点距第一个检波器的距离为p2＝p1-d；……，再布置第(i-1)×n+n个炮点，该炮点距第一个检波器的距离为pn＝pn-1-d＝p1-(n-1)×d；在以上n个炮点取得第(i-1)×n+1至第(i-1)×n+n个炮点的地震数据；h、重复步骤f、g直至取得所有N炮地震数据；i、将取得的单炮地震数据分成m组，对属于同一组的单炮地震数据按编号顺序依次作等间隔延时，将延时后的n个单炮地震数据做线性叠加，合成具有方向性的定向照明地震信号，该信号对应定向地震波场，利用常规地震数据处理方法就能得到基于单震源的定向照明地震剖面。
2、 按照权利要求1所述的基于单震源的定向照明地震勘探方法，其特征在 于，炮点距d等于或不等于道间距。
3、 按照权利要求1所述的基于单震源的定向照明地震勘探方法，其特征在 于，步骤b中的m为〉1的奇数。
全文摘要
本发明涉及一种基于单震源定向照明的地震勘探方法。按传统地质勘探方法确定偏移距、道间距，共线布置检波器阵列，依据同一组内各炮点的偏移距不同，不同组序号相差n的m个炮点偏移距相同的方法，采集整个剖面的单炮地震数据，对属于同一组的单炮地震数据按编号顺序依次作等间隔延时，将延时后的单炮地震数据做线性叠加，合成具有方向性的定向照明地震信号，该信号对应定向地震波场，利用常规地震数据处理方法就能得到基于单震源的定向照明地震剖面。经试验，与普通单震源地震勘探方法相比，合成定向照明地震波场方向可根据目标产状人为控制，对于陡倾角目标体勘探效果更好；与相控地震方法相比，具有工作成本低，操作简单的优点。
文档编号G01V1/16GK101339252SQ20081005106
公开日2009年1月7日 申请日期2008年8月8日 优先权日2008年8月8日
发明者弢 姜, 君 林 申请人:吉林大学