一种基于目标区域照明度的观测系统优化方法
【专利摘要】本发明是石油物探面向目标层的观测系统优化设计方法，通过三维地质模型和地震波照明分析，确定常规观测系统在目标区域的照明弱区，利用从照明弱区传播到地表的射线振幅密度图寻找有利于目标区域照明的炮点分布位置，然后设计扩展观测系统，根据扩展观测系统中每炮在目标区域的照明度分布计算炮的权因子，综合权因子，优选出能增强目标区域照明效果的炮，和常规观测系统组合优化观测系统。优化的观测系统符合野外生产要求，能在使用最少扩展炮的情况下提高目标层阴影区域的照明效果，使目标层的地震波能量尽可能均匀分布，为叠前深度偏移处理提供良好的地震数据。
【专利说明】-种基于目标区域照明度的观测系统优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油地球物理勘探面向目标层的地震资料采集观测系统设计技术，是 一种基于地震波照明分析结果优化炮检点位置，从而得到使勘探目标层能被均匀照明的观 测系统方法。
【背景技术】
[0002] 常规的三维地震勘探采集观测系统设计方法建立于水平层状假设理论之上，如今 大多数探区都已作过地震勘探，油气地球物理工作者对地下构造都有了或多或少的先验知 识，勘探的目标也由简单的构造勘探逐渐转向高精度的岩性勘探，勘探对象不再是简单的 地质圈闭，而往往是由高陡构造、逆掩断层、盐丘等封闭的油气藏。在这种情况下，水平层 状假设与勘探对象复杂性之间的矛盾日益突出，常规观测系统设计模式所采用的共中心点 (CMP)不能代表地下真正的反射点。在此背景下，近年来国内外都在开始尝试基于地下地 质模型来设计三维观测系统，试图针对地下目标层上的实际反射点来布设地面的炮检点位 置。
[0003] 面向目标层设计观测系统的核心在于分析目标层上反射点（也即共反射点CRP)的 波场信息。获取CRP点波场信息的途径可归纳为两种方式：一种是模拟野外放炮过程，在模 型的地表面上激发、接收，然后分析目标层上CRP点的波场信息，可称之为基于地表激发的 思路，其核心是利用目前在采集设计中广泛应用的地震波照明技术。另一种是基于地震波 传播的激发点一接收点互换原理，直接在目标层上的CRP点激发，在模型的地表面上接收， 根据各个接收点的波场信息来布设真正的地表炮、检点位置，这可称之为基于目标层激发 的思路。
[0004] 董良国（董良国等，逆掩推覆构造的地震波照明与观测系统优化，石油物探， Vol. 45,No. 1，p40-47,2006)根据波动方程地震波照明结果，利用照明统计、双程波照明或 单程波照明方法，确定针对勘探目标层的地面最优炮点分布范围；利用射线追踪和波动方 程模拟，分析特定目的层各CRP点的覆盖次数以及照射能量的分布情况；综合地下目标层 不同炮检距地震道对各CRP点的覆盖次数和能量贡献分布曲线，确定目标层的最优检波器 排列方式和排列长度。赵虎(赵虎等，基于目标层照明能量的炮点设计方法，Vol. 49,No. 5， p478-481，2010)通过正常炮距的数值模拟结果，确定照明能量最小位置，根据该最小位置 在地面的对应点来确定局部的加密炮位置。这种简单判断加密炮位置的方法不能准确确定 加密炮位置，最终的加密炮组合不能充分提高目标层阴影区的照明度。
[0005] 基于地表激发的思路与野外实际放炮的过程很类似，比较直观，但对于一些复杂 的地质构造来说，这种方式有可能产生反射盲区，不能对复杂地质体进行有效成像；而且对 于复杂构造来说，分析波场特征有时非常困难。因此，有文献认为基于地表激发的思路不是 最佳的方案，而应该利用炮一检点的互换原理，把激发点直接放置在目标层上，即直接在目 标层的共反射点（CRP)激发，考察波场传播到地表后的分布状况，在地表波场能量强的区域 就是应该布设炮、检点的位置。
[0006] Chih-PingJ.Lu(Chih_PingJ.Lu等，FlowerPlot:anewtoolforsmartsurvey design, 2002 年Ann.InternatMtg. ,Soc.Expl.Geophys,ExpandedAbstracts,p45-47) 提出一种新的工具--花图（FlowerPlot),通过在地下目标层上激发的射线来确定能精 确照明目标区域的地表炮、检点位置。刘守伟（刘守伟等，Controlledilluminationand seismicacquisitiongeometryfortarget-orientedimaging,AppliedGeophysics, Vol. 2，No. 4，p230-234,2005)从控制照明的思想出发，提出了一种面向目标成像的地震观 测系统设计方法，即把震源放在目标层上并使地震波向上传播，在地表接收到的波场能量 分布可以反映对目标成像所要求的炮、检点位置：炮点或检波点应该放置于波场能量最强 的区域。
[0007] 基于目标层激发思路设计观测系统的目标是力图使目标层上所有共反射面元的 的照明能量、覆盖次数、方位角和炮检距均匀分布，但事实上，地下均匀后，必然造成地表炮 检关系的不均匀，这样的观测系统无法用于实际的野外生产。
[0008] 综上所述，基于地表激发思路和基于目标层激发思路各有自己的优缺点。前者与 野外实际生产过程类似，但不能有效解决复杂构造反射盲区的照明问题；后者能直接确定 照明目标层CRP点的炮检点位置，但如何得到能满足野外生产要求、适应野外生产过程的 观测系统是其存在的一大问题。
【发明内容】
[0009] 本发明目的是提供一种有效解决复杂构造反射盲区的照明和满足野外生产要求 的基于目标区域照明度的观测系统优化方法。
[0010] 本发明通过以下技术方案实现：
[0011] 1)根据工区已知地震、地质资料建立三维地质模型，按照勘探任务要求和地震采 集参数布设常规观测系统；
[0012] 用Q表示该常规观测系统集合，用Qi表示其中第i炮的炮点和相应的检波点排列， 则常规观测系统可表示为：
[0013] Q=IQ11Q21Q3, - ,Qr}
[0014] 在三维地质模型上计算常规观测系统在目标地层上的照明度，确定照明弱区的闭 合多边形；把该多边形中第j个面元的照明度记为Ij,计算该多边形中所有面元照明度Ij 的均方差e。
[0015] 步骤中Ij的下标j表示照明弱区闭合多边形中的面元序号，S卩j=l，2, 3, 4,…m。
[0016] 步骤中Ij的均方差e采用下式计算，即
【权利要求】
1. 一种基于目标区域照明度的观测系统优化方法，其特征在于通过以下步骤实现： 1) 根据工区已知地震、地质资料建立三维地质模型，按照勘探任务要求和地震采集参 数布设常规观测系统，在三维地质模型上计算常规观测系统在目标地层上的照明度，确定 照明弱区的闭合多边形； 2) 在目标层照明弱区多边形中按照横向间隔AX、纵向间隔Ay的方式均匀布点，在每 个点上按照水平方向和垂直方向范围向地表发射射线，计算每根射线i在地表的出射点位 置（Xi, Yi)和射线振幅Ai ; 在三维地质模型地表上按照横向间隔Aa、纵向间隔Ab水平划分网格，根据射线在地 表的出射点位置坐标统计每个网格内的出射射线，计算网格j的振幅密度Pj,得到地表的出 射振幅密度图； 3) 按照炮点位于出射射线振幅密度图高值区域的原则布设扩展观测系统，计算扩展观 测系统中每炮在目标地层面元上的照明度，确定每炮照明度最大值所在的面元位置，然后 把照明度最大值所在面元位于照明弱区多边形中的炮组成集合U ; 4) 从集合U中优选出能增强目标区域照明效果的炮； 5) 把从集合U中优选出的炮和常规观测系统合并在一起，得到优化的观测系统。
2. 根据权利要求1所述的方法，特点是步骤2)中所述的横向是指X方向，水平面上朝 正东的方向；纵向是指Y方向，水平面上朝正北的方向。
3. 根据权利要求1所述的方法，特点是步骤2)中所述的水平方向是指0°?360° ; 垂直方向是指0°?90°。
4. 根据权利要求1所述的方法，特点是步骤2)计算网格j的振幅密度Pj采用以下公 式：
其中k表示在模型地表的网格j中有k根出射射线。
5. 根据权利要求1所述的方法，特点是步骤4)所述的优选是： 首先，根据照明弱区闭合多边形中照明度最小值所在面元的位置（xmin，ymin)，集合U中 第i炮照明度最大值￡1及其所在面元位置（Xi_，yiniax)，按照公式（2)计算该炮的权因子 入厂
其次，从集合U中取出权因子Ai最大的炮，把每炮的照明度分别加到照明弱区多边形 面元照明度上，采用穷举法找出能使照明弱区多边形中面元照明度均方差减小且均方差最 小的炮，该炮就为优选的炮； 然后，把优选炮的照明度累加到照明弱区多边形面元上，重新计算集合U中剩余炮的 权因子Ai,再次按步骤4)优选出新的一炮；最后，当不能优选出新炮时，终止优选过程。
6. 根据权利要求4所述的方法，特点是所述的权因子A i最大的炮为5到15个。
【文档编号】G01V1/00GK104345336SQ201310316388
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月25日 优先权日:2013年7月25日
【发明者】彭文, 蒋先艺, 姜建军, 姜绍辉, 隆波 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司