一种可控震源同步扫描波场正演数值模拟方法
【专利摘要】本发明提供了一种可控震源同步扫描波场正演数值模拟方法，属于石油勘探领域。本方法包括：(1)输入模拟参数；(2)根据步骤(1)输入的模拟参数计算获得可控震源同步扫描模拟参数，并将这些参数输出到参数文件中；所述可控震源同步扫描模拟参数包括：每一个震源位置、起始与终止扫描时间及其属于哪个同步源、连续记录时间长度和每一个同步元的扫描信号；(3)通过高阶有限差分波场延拓计算得到模拟记录；(4)输出模拟结果。本发明方法能够根据实际模拟的需要，通过输入参数的可控，模拟滑动扫描、独立同步扫描、伪随机扫描、距离拉开同步扫描技术和V1等多种方式的可控震源同步扫描、任意多个可控震源的正演模拟连续记录。
【专利说明】一种可控震源同步扫描波场正演数值模拟方法
【技术领域】
[0001]本发明属于石油勘探领域，具体涉及一种可控震源同步扫描波场正演数值模拟方法。
【背景技术】
[0002]可控震源同步扫描(又称为同步激发)技术是近年来发展起来的一种高效地震采集技术。由于在采集过程中不考虑各个震源扫描信号之间的相互影响，因此该技术可以大大缩短采集周期，降低采集成本。目前该技术正逐步走向实用，但其资料处理仍然存在着各种方法技术的攻关难题。而可控震源同步扫描正演数值模拟技术的开发对于这种处理技术的攻关具有重要的意义。
[0003]目前常规地震波场数值模拟技术已发展到岩性与油藏模拟阶段，基于弹性波方程的炸药震源和可控震源扫描的常规地震波场正演数值模拟技术已极为完善，但未见有关可控震源同步扫描正演模拟技术的文献和报道，目前在进行多震源地震方法技术研究时大多采用由常规炸药震源模拟数据(或常规采集数据)的合成多震源地震数据或实际野外可控震源同步扫描的实际数据，由于这种合成数据不同于真正的多震源数据，而实际资料又过于复杂，从而影响了多震源地震处理技术的进度。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种可控震源同步扫描波场正演数值模拟方法，开发基于弹性波方程的2D、3D可控震源同步扫描连续记录波场正演数值模拟技术，可以模拟滑动扫描、独立同步扫描、伪随机扫描、距离拉开同步扫描技术和Vl等多种主要可控震源同步扫描连续地震记录，为这些可控震源同步扫描地震技术的方法研发提供实验数据。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种可控震源同步扫描波场正演数值模拟方法，所述方法包括以下步骤:
[0007](I)输入模拟参数:
[0008]所述模拟参数包括常规观测系统参数和可控震源同步扫描参数；所述常规观测系统参数包括炮间距、道间距、最大、最小偏移距和时间采样间隔；所述可控震源同步扫描参数包括同步震源个数，扫描信号长度，最低频率，最高频率、听时间长度，最大随机时差以及各个震源扫描信号的分段数；
[0009](2)根据步骤⑴输入的模拟参数计算获得可控震源同步扫描模拟参数，并将这些参数输出到参数文件中；所述可控震源同步扫描模拟参数包括:每一个震源位置、起始与终止扫描时间及其属于哪个同步源、连续记录时间长度和每一个同步元的扫描信号；
[0010](3)通过高阶有限差分波场延拓计算得到模拟记录:
[0011]根据步骤(I)输入的模拟参数和步骤(2)计算得到的可控震源同步扫描模拟参数，利用高阶有限差分形式的波动方程进行正演模拟计算得到模拟结果；[0012](4)输出申旲拟结果:
[0013]将步骤(3)得到的模拟结果采用野外地震采集解编前的时间切片记录方式进行记录并输出。
[0014]所述步骤⑵包括以下步骤:
[0015](A)根据同步源个数将地面炮点区域划分为与同步源个数相同的、形状、大小近似相同的子区域，并对这些子区域进行编号；每个子区域采用一个扫描信号；所述扫描信号根据子区域编号、最低频率，最高频率和总的分段时间自动生成；
[0016](B)按照常规观测系统参数计算每一个子区域中的震源位置，并按顺序对同一个子区域的震源位置进行独立编号；同时利用随机生成函数，根据最大随机时差生成每一炮的随机时差，并与其扫描信号长度和听时间长度相加生成每一炮的完成时间长度；按照震源位置编号将每一炮的完成时间长度进行累加，从而得到同一子区域的各炮的起始与终止扫描时间；完成所有子区域的计算后得到所有炮的起始与终止时间(即所有震源位置扫描信号的起始与终止时间)以及每一个子区域的最长连续记录时间；
[0017](C)比较所有子区域的最长连续记录时间的长度，选择其中最长的作为模拟连续记录时间长度。
[0018]所述步骤(3)中，在正演模拟计算时模拟计算区域的边界采用的是高阶有限差分形式最佳匹配层吸收边界条件方程；在正演模拟计算时的循环顺序是直接进行时间层的循环，且循环时间长度为步骤(C)中得到的模拟连续记录时间长度。
[0019]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明方法能够根据实际模拟的需要，通过输入参数的可控，可以模拟滑动扫描、独立同步扫描、伪随机扫描、距离拉开同步扫描技术和Vl等多种主要方式的可控震源同步扫描、任意多个可控震源的正演模拟连续记录，从而为多震源地震方法技术的研发提供实验用数据和检测方法技术正确性的数据。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明可控震源同步扫描波场正演数值模拟方法的步骤框图。
[0021]图2是本发明实施例中的两个同步扫描震源分别在两个不同位置扫描弹性波模拟垂直分量连续记录。
[0022]图3-1是本发明实施例中第一个震源的扫描信号。
[0023]图3-2是本发明实施例中第二个震源的扫描信号。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明作进一步详细描述:
[0025]本发明以波动理论为指导，以弹性波方程为基础(体现在本发明方法的步骤(3)中，即:采用波动方程高阶有限差分正演模拟技术进行模拟计算)，利用交错网格高阶有限差分法对弹性波方程进行离散化，边界条件采用最佳匹配层吸收边界条件，开发出可控震源同步扫描高精度正演数值模拟技术，同步源之间可以有任意时差，扫描信号可以是线性的，也可以是非线性的，还可以是分段的不连续信号(如图3-1和图3-2所示的扫描信号)。可以提供多种主要可控震源同步扫描模拟连续地震记录。本发明方法的主要创新点是:利用波动方程高阶有限差分法模拟各种多震源地震野外采集原始地震记录，为多震源地震技术的研发提供实验数据。
[0026]本发明可控震源同步扫描波场正演数值模拟方法的步骤如图1所示，包括:
[0027](I).模拟参数输入
[0028]输入如下参数:
[0029]常规观测系统参数:炮间距，道间距，最大、最小偏移距，时间采样间隔。可控震源同步扫描参数:同步震源个数，扫描信号长度，最低频率，最高频率、听时间长度，最大随机时差以及各个震源扫描信号的分段数和总的分段时间。
[0030](2).可控震源同步扫描模拟参数计算
[0031]根据输入参数计算如下参数,并将这些参数输出到参数文件中。
[0032]具体计算方法是:
[0033](A)根据同步源个数将地面炮点区域划分为与同步源个数相同的、形状、大小近似相同的子区域(二维情况下，这些子区域都是一个线段；三维情况下，这些子区域都是长方形)，并对这些子区域进行编号。每个子区域采用一个扫描信号。扫描信号根据子区域编号、最低频率，最高频率和总的分段时间自动生成。
[0034](B)按照观测系统参数计算每一个子区域中的震源位置，并按顺序对同一个子区域的震源位置进行独立编号。同时利用随机生成函数，根据最大随机时差生成每一炮的随机时差，并与其扫描信号长度和听时间长度相加生成每一炮的完成时间长度；按照震源位置编号将每一炮的完成时间长度进行累加，从而得到同一子区域各炮的起始、终止扫描时间。每一子区域均进行这种计算`，从而得到所有震源位置扫描信号的起始、终止时间以及每一个子区域的最长连续记录时间。
`[0035](C)对所有子区域的记录时间长度进行对比，从而得到模拟连续记录时间长度。
[0036]经过上述三步的计算即得到可控震源同步扫描模拟参数:每一个震源位置、起始与终止扫描时间及其属于哪个同步源，连续记录时间长度，每一个同步源的扫描信号。
[0037](3)高阶有限差分波场延拓计算
[0038]地震正演模拟计算都需要使用各种不同形式的边界条件以消除模拟计算边界所产生的反射，因为这种反射在实际地震勘探中是不存在的。这一步主要是根据输入参数和计算得到的可控震源同步扫描模拟参数，利用高阶有限差分形式的波动方程进行模拟正演模拟计算(可参考的文献很多，例如可参考董良国，马在田，曹景中等的“一阶弹性波交错网格高阶差分解法”【J】.地球物理学报，2000，43 (3):411~419)，在模拟计算区域的边界，采用高阶有限差分形式最佳匹配层吸收边界条件方程(该方程是现有的，参考文献有:Berenger, J., A perfectly matched layer for the absorption of electromagneticwaves [J], J.Comput.Phys., 1994,114(1), 185-200。)来消除边界反射。但与常规单炮模拟相比，其循环顺序有较大变化。常规单炮模拟最外层是炮循环，其次是时间循环，最后是模型空间网格点的循环，而本发明中可控震源同步扫描没有炮循环这一层，直接进行时间层的循环，且循环时间长度由常规单炮模拟的单炮记录长度变为全部模拟结束的连续记录时间长度。
[0039](4)输出申旲拟结果。
[0040]常规单炮模拟形成的是记录，由于多震源同步扫描连续记录时间非常长，受计算机内存的制约，不可能采用一炮一炮的记录形式，因此本发明中的模拟结果是采用野外地震米集解编前的时间切片记录方式进行记录，然后输出。
[0041]图2是两个同步源扫描2D弹性波模拟垂直分量连续记录。其中S11和S12所指示为的第一个震源在两个不同位置的起始激发时间，S21和S22所指示为第一个震源在两个不同位置的起始激发时间。每一个震源各自在指定的不同位置各扫描了一次，并连续记录在一个记录中。图3-1是第一个震源的扫描信号，图3-2是第二个震源的扫描信号，两个信号为同步源，图中的纵坐标是扫描信号振幅，横坐标是时间。从图3-1和图3-2可以看出两个震源的扫描信号各不相同，而且每个扫描信号的中间独有间断。实际上这两个扫描信号也可以是相同的，也可以是不间断的，间断次数等都可以由输入参数控制。
[0042]可控震源同步扫描技术是近几年来发展起来的地震勘探资料高效野外采集技术，但其资料处理还面临这一系列的技术攻关，本发明可控震源同步扫描波场正演数值模拟方法提供了认识这种复杂地震波场的工具，另一方面为进行可控震源同步扫描资料处理技术研发提供了能计算试验和检验数据的工具。
[0043]为此本发明以弹性波方程为基础，以交错网格和旋转交错网格的高阶有限差分算法为工具，结合最佳匹配层吸收边界条件，开发了 2D/3D高精度可控震源同步扫描正演数值模拟技术，可以根据实际需要，模拟以滑动扫描、独立同步扫描和伪随机扫描等为主的多种方式的可控震源同步扫描连续记录采集数据
[0044]上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述【具体实施方式】所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
【权利要求】
1.一种可控震源同步扫描波场正演数值模拟方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: (1)输入模拟参数: 所述模拟参数包括常规观测系统参数和可控震源同步扫描参数；所述常规观测系统参数包括炮间距、道间距、最大、最小偏移距和时间采样间隔；所述可控震源同步扫描参数包括同步震源个数，扫描信号长度，最低频率，最高频率、听时间长度，最大随机时差以及各个震源扫描信号的分段数； (2)根据步骤(I)输入的模拟参数计算获得可控震源同步扫描模拟参数，并将这些参数输出到参数文件中；所述可控震源同步扫描模拟参数包括:每一个震源位置、起始与终止扫描时间及其属于哪个同步源、连续记录时间长度和每一个同步元的扫描信号； (3)通过高阶有限差分波场延拓计算得到模拟记录: 根据步骤(I)输入的模拟参数和步骤(2)计算得到的可控震源同步扫描模拟参数，利用高阶有限差分形式的波动方程进行正演模拟计算得到模拟结果； (4)输出模拟结果: 将步骤(3)得到的模拟结果采用野外地震采集解编前的时间切片记录方式进行记录并输出。
2.根据权利要求1所述的可控震源同步扫描波场正演数值模拟方法，其特征在于:所述步骤(2)包括以下步骤: (A)根据同步源个数将地面炮点区域划分为与同步源个数相同的、形状、大小近似相同的子区域，并对这些子区域进行编号；每个子区域采用一个扫描信号；所述扫描信号根据子区域编号、最低频率，最高频率和总的分段时间自动生成； (B)按照常规观测系统参数计算每一个子区域中的震源位置，并按顺序对同一个子区域的震源位置进行独立编号；同时利用随机生成函数，根据最大随机时差生成每一炮的随机时差，并与其扫描信号长度和听时间长度相加生成每一炮的完成时间长度；按照震源位置编号将每一炮的完成时间长度进行累加，从而得到同一子区域的各炮的起始与终止扫描时间；完成所有子区域的计算后得到所有炮的起始与终止时间以及每一个子区域的最长连续记录时间； (C)比较所有子区域的最长连续记录时间的长度，选择其中最长的作为模拟连续记录时间长度。
3.根据权利要求1所述的可控震源同步扫描波场正演数值模拟方法，其特征在于:所述步骤(3)中，在正演模拟计算时模拟计算区域的边界采用的是高阶有限差分形式最佳匹配层吸收边界条件方程；在正演模拟计算时的循环顺序是直接进行时间层的循环，且循环时间长度为步骤(C)中得到的模拟连续记录时间长度。
【文档编号】G01V1/24GK103777236SQ201210408060
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月24日 优先权日:2012年10月24日
【发明者】佘德平, 杨丽, 陈胜红, 赵群 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院