优化逆VSP环形观测系统设计方法与流程

本发明涉及油气勘探地震资料采集，特别是涉及到一种基于检波器数量的目的层覆盖次数最优化逆vsp环形观测系统设计方法。

背景技术：

1、vsp是在地震测井基础上发展起来的，主要是零偏移距vsp，非零偏移距vsp，多震源、多方位和多偏移距vsp，三维vsp，井间vsp，多分量vsp，逆vsp，随钻vsp等。由于vsp观测系统和地面观测系统有较大差异，造成了地面观测系统设计方法难以直接应用。针对逆vsp观测系统设计的方法目前尚未有完善的解决方案。面向目标的观测系统设计方法是通过在一定的地质模型下进行地震波场的模拟，通过目标层位覆盖次数、照明等信息来进行观测系统参数的设计。这种设计方法可以在逆vsp观测系统设计中发挥重要作用，但是由于逆vsp观测系统的特殊性，仍有很多问题无法解决。

2、井中激发三维地震观测系统设计对提高井中激发地震勘探水平有着重要意义。通过逆vsp观测系统设计，克服逆vsp观测系统特有的覆盖次数极不均匀特点，有助于促进井中激发三维地震观测系统设计优化方法的推广。通过对激发点距、接收点距、接收排列方案等进行优选，可以在较小的生产代价下，获得最优的采集效果。常用的观测系统设计方法是以目标层覆盖次数为设计目标开展设计工作的，但是在逆vsp这种特殊的观测系统下，采用目标覆盖次数进行设计，易造成使用的检波点过多，井口覆盖次数过大等问题。据此，本发明通过限定使用的最大检波器个数，设计出目标层最均匀的逆vsp观测系统，为推进vsp观测系统的发展做出贡献。

3、在申请号：cn201710942367.9的中国专利申请中，涉及到一种三维vsp观测系统评价方法及系统。本发明公开了一种三维vsp观测系统评价方法及系统，包括：1)基于工区的三维地质模型，建立三维块状地质模型；2)建立三维vsp观测系统；3)基于步骤1)建立的三维块状地质模型，对步骤2)建立的三维vsp观测系统，将高斯射线束逆向延拓到目的层以进行照明能量计算，获得目的层的有效能量分布图；4)基于步骤3)获得的有效能量分布图的均匀性对所建立的三维vsp观测系统进行评价。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。

4、在申请号：cn201310476094.5的中国专利申请中，涉及到一种以激发为中心的vsp观测系统设计方法，该方法包含：本发明提供了一种以激发为中心的vsp观测系统设计方法，属于vsp观测系统设计领域。本方法包括：(1)根据勘探任务设计出常规vsp观测系统；(2)依据地表激发条件，重新设计炮点位置和排列方式，得到不规则的炮点排列；(3)获取不规则的炮点排列对应的接收点位置；(4)将落在接收区间内的接收点位置进行离散统计得到理想接收点位置密度分布图；(5)根据理想接收点位置密度分布图确定接收点密度和接收点排列方式。

5、在申请号：cn201410545635.x的中国专利申请中，涉及到一种适用复杂介质的三维vsp观测系统设计方法，包括：本方法包括：(1)确定目的层和炮点设置范围；(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；(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；(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；(5)通过使入射能量均匀化来确定最终炮点排列。

6、在申请号：cn201310476092.6的中国专利申请中，涉及到一种突出转换波的vsp观测系统设计方法。所述方法包括：(1)根据勘探目的层的物性参数，求解zoeppritz方程，获得目的层的p波反射系数和psv波反射系数与入射角的关系；按反射系数的变化规律确定出目的层的p波的有效入射角度和psv波的有效入射角度；(2)按勘探任务和vsp采集设备的情况，确定井中检波器的摆放深度和间距；(3)针对每个ccp面元，按任务要求的叠加次数，进行psv波的接收点-ccp-炮点方向的射线追踪计算，并统计入射角在psv波有效入射角度内的炮点位置，生成psv波炮点位置密度图。

7、以上现有技术均与本发明有较大区别，未能解决我们想要解决的技术问题，为此我们发明了一种新的优化逆vsp环形观测系统设计方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种具有较好适应能力，有效设计逆vsp地震观测系统的优化逆vsp环形观测系统设计方法。

2、本发明的目的可通过如下技术措施来实现：优化逆vsp环形观测系统设计方法，该优化逆vsp环形观测系统设计方法包括：

3、步骤1，设置目标反射层，根据允许的最小检波点间距和最大炮点间距，设置规则炮点和检波点组合，获得目标层位基础覆盖次数；

4、步骤2，对检波点进行退化性优化处理，即固定炮点，优选最大检波点数对应的最优检波点组合，将覆盖次数均匀化作为优化函数，进行模拟退火法最优化组合计算；

5、步骤3，在优化的检波点组合基础上，对炮点组合进行最优化加密处理，加密的最小间隔人为给定；

6、步骤4，输出优化后的炮点和检波点组合。

7、本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

8、在步骤1中，对检波点进行的设计是按照环形进行设计的，为了更好地实现不同道间距、不同线间距的设计，每环检波器实际设计为5个，按照5倍最小道间距形成的检波点组合环；对目的层覆盖次数的计算，按照实际环分别进行计算，后期的检波点优化是以环为单位的优化，即实际采用的并不是单个检波点的组合，而是对环的组合。

9、在步骤1中，对炮点的设计，以设计过程中允许的最小炮点间距为基础炮间距，进行炮点设计；进行初始覆盖次数的计算，是对每个炮点，每个环进行的覆盖次数计算；后期的优化过程是优选最佳炮点和检波点环的组合。

10、在步骤1中，对环形检波线距离井口的半径应考虑到vsp观测系统的特殊性，结合实际关注的目的层，使用公式(1)进行计算，获得最大检波线环半径：

11、

12、式中xr为检波点地面横坐标，xs为炮点地面横坐标，x为反射点横坐标，haim为目标层深度，hs为炮点深度。

13、在步骤2中，优化是首先对检波线进行优化的；此时，将炮点间距首先设定为允许的最大炮点间距，并计算每个检波线环和设计炮点共同作用下目的层的覆盖次数；对检波线的优化，是以覆盖次数最均匀为优化目标，输出符合要求的最佳检波线组合；实际优化采用模拟退火法进行检波线组合的优选。

14、在步骤2中，考虑到vsp观测系统特殊性，在优化过程中加入对检波线间隔变化的约束；该约束为从外环向内环，环间距逐渐增大。

15、在步骤2中，对检波线的优化，包含了起始检波线和终止检波线号的优化。

16、在步骤2中，对检波线的优化，应考虑给定范围内允许的最小覆盖次数进行设计。

17、在步骤2中，为了更好地描述目的层覆盖次数，为了避免规则面元造成的覆盖次数不均匀问题，结合环形观测系统各个方位均匀的特点，为了保证距离中心等距的面元覆盖次数相同，应进行同半径面元覆盖次数统计，并进行均化处理。

18、在步骤3中，对炮点的优化，需要首先根据允许的最大炮点间距固定部分炮点不可变化；可以优化的炮点仅为最大炮点间距之内的炮点，整个过程属于炮点加密优化。

19、在步骤3中，为了更快地实现炮点优化，需要首先固定已经优化好的检波点；并计算每个待优化炮点和所有已优化完的检波点的覆盖次数，进而优化待加密炮点。

20、本发明中的优化逆vsp环形观测系统设计方法，首先确定允许的最大检波点个数、面元尺寸、目的层深度、允许的最大炮点间隔和最小炮点间隔。后面进行优化前的炮点、检波点初始化，均以此参数为标准；然后根据允许的最大检波点个数的3倍进行密集检波线布置，检波点间距根据面元尺寸进行确定。环形检波器线布置时，检波点间隔为弧线距离相等，也就是说一环检波器是布置在一个圆上的。该检波点布置完后，获得的是一个密集的检波点布置参数；最后将炮点按照允许的最大间隔进行设置，设置深度应小于目的层深度。本发明针对在逆vsp观测系统下，目标层覆盖次数极不均匀，造成成像质量差的问题，提出了一种优化逆vsp环形观测系统设计方法。通过对激发点距、接收点距、接收排列方案等进行优选，在较小的生产代价下，获得最优的采集效果。通过限定使用的最大检波器个数，设计出目标层最均匀的逆vsp观测系统。