基于煤炭开采的四维地震观测系统定量评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及煤炭地震勘探技术领域，具体涉及一种基于煤炭开采的四维地震观测 系统定量评价方法。
【背景技术】
[0002] 四维地震(4D Seismic)和时移地震(Time-lapse seismic)是用于现代油气藏动 态管理的监测方法，是利用不同时间观测的地震数据属性之间的差异变化，来研究油气藏 特性的变化，它们均强调地震资料的重复性。四维地震主要是指利用重复三维地震观测资 料进行油藏动态监测，而时间推移地震与四维地震相比则具有较宽的外延，它可以是重复 多次二维观测，也可以是重复多次三维观测。
[0003] 四维地震研究是一个复杂的系统工程，它涉及到地质、岩石物理实验、地震资料采 集、地震资料处理和地震资料综合解释等方面。利用时移地震技术，通过对比解释多次地震 数据在相位、反射振幅、地震速度、地震属性等方面存在的差异，可以对地层变化做出判断。
[0004] 四维地震不仅用于探查煤系地层精细地质构造，而且更要用于对煤系地层岩性、 各向异性、孔隙、裂隙、含流体特征的检测，因而对观测系统设计的要求将更加严格。
[0005] 现有技术中对四维地震采集系统的评价方法为面元属性分析法，采用覆盖次数、 炮检距、炮检方位分布、方位角分布等参数，通过肉眼辨别覆盖次数，偏移距分布和方位角 分布三种分布图，观察振幅均匀性、信噪比、方位分析的可能性，来定性地、间接地评价采集 系统参数对勘探成果的影响，不能准确的评价四维地震采集系统是否达到了任务要求。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明提出一种基于煤炭开采的四维地震观测系统定量评价方法，以 解决现有技术中的问题，定量的评价四维地震采集系统。
[0007] 本发明提出一种基于煤炭开采的四维地震观测系统定量评价方法，其中，包括以 下步骤:步骤一，根据任务要求，获得计算采集参数所需要的原始数据，计算采集参数;步骤 二，确定四维地震观测系统，并按计算的采集参数确定四维地震观测系统细节;步骤三，采 用分辨率函数、AVP函数、聚焦射束分析、优度分析和采集足痕对四维地震观测系统进行评 价;步骤四，根据步骤三得到的评价结果，对四维地震观测系统进行修改，直至符合任务要 求为止。
[0008] 优选地，其中，还包括步骤五，利用步骤四得到的四维地震观测系统进行现场试 验，对采集参数进行实地确认，实地获得的采集参数与计算的采集参数不匹配时，对四维地 震观测系统进行修改，确定最终的四维地震观测系统设计方案。
[0009] 优选地，其中，采集参数包括面元、炮检距、覆盖次数和偏移孔径。
[0010] 优选地，其中，原始数据包括目标层深度、厚度、地层倾角、接收窗口、地质异常体 的大小、波的传播速度、频带宽度、零偏移距反射时间和信噪比。
[0011] 优选地，其中，偏移孔径的设计方法为:a)令大于地质上估计的每个倾角的横向移 动为Z*tan0，其中Z为地层深度，Θ为地层倾角;b)收集30°出射角范围内的绕射能量所需要 的距离，且不小于第一菲涅尔的半径;c)偏移孔径选a)和b)二者之中的较大者。
[0012] 优选地，其中，基于目标尺度选择面元的尺寸；其中，目标尺度是指目标地质体的 大小，在主测线方向或横测线方向上需至少2-3道，将面元确定为目标尺度的1/3。
[0013] 优选地，其中，观测系统细节包括观测系统形状、激发位置、接收线束、接收道数、 总接收道数、接收线距、接收道距、横向炮距、纵向炮距、最大炮检距、最小炮检距、CDP网格 和覆盖次数。
[0014] 本发明提供了一种基于煤炭开采的四维地震观测系统定量评价方法通过采用分 辨率函数、AVP函数、聚焦射束分析、优度分析和采集足痕的方法，直接、定量地分析四维地 震观测系统对分辨率和保真度的影响，实现了对四维地震观测系统进行直接、定量的评价， 使得四维地震观测系统的设计更加的符合任务要求。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明的基于煤炭开采的四维地震观测系统设计过程示意图；
[0016] 图2是本发明实施例的基于煤炭开采的四维地震观测系统设计过程示意图；
[0017] 图3是本发明实施例的聚焦性与检波器和震源分布关系示意图；
[0018] 图4是本发明实施例的基于煤炭开采的四维地震观测系统示意图。
【具体实施方式】
[0019] 以下结合附图以及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细描述。
[0020] 图1示出了本发明的基于煤炭开采的四维地震观测系统设计过程示意图，本发明 实施例提供的基于煤炭开采的四维地震观测系统定量评价方法，包括以下步骤：
[0021] 步骤一，根据任务要求，获得计算采集参数所需要的原始数据，计算采集参数；
[0022] 明确四维地震地质任务的要求，根据地质任务的要求，了解采集工区的测区范围， 收集采集工区内现有的地形、地物、地质及物探资料，掌握采集参数计算所需的原始数据， 如目标层深度、厚度、地层倾角、接收窗口、地质异常体的大小、波的传播速度、频带宽度、零 偏移距反射时间和信噪比等，然后根据采集的原始数据计算采集参数，采集参数包括面元、 炮检距、覆盖次数和偏移孔径等。
[0023]计算采集参数的方法如下：
[0024] ①面元
[0025]面元：由主测线方向和横测线方向上相邻共中心点围成的面积称为共中心点 (CMP)面元尺寸。
[0026] 面元尺寸选择需要考虑三个要素：目标尺度、由地层倾角推算的最高无混叠频率 和横向分辨率。
[0027] (1)目标尺度：目标地质体的大小，在主测线方向或横测线方向一般至少需要2-3 道即可，根据经验法则，面元可以确定为目标尺度的1 /3;
[0028] (2)最高无混叠频率:条件是零炮检距射线的时差小于半个周期；
[0029] 偏前：b = Vint/(4*Fmax*Sin9);
[0030] 偏后：b = Vint/(4*Fmax*Tan9);
[0031] 式中：b-面元边长；
[0032] Vint-上一层层速度；
[0033] Fmax一最高无混叠频率；
[0034] Θ-地层倾角。
[0035] (3)横向分辨率：根据经验法则可以确定为优势频率（Fdom)的1 /2波长（Vint/ 2Fdom)〇
[0036] ②炮检距
[0037] 炮检距:炮点与检波点之间的距离。实际上，不同炮点对应的炮检距又是不同的。
[0038] 最大最小炮检距:在一个子区内（由相邻接收线和相邻两条炮线围成的范围称为 子区），不同CMP面元的最小炮检距是不同的，其中最大的最小炮检距称为最大最小炮检距。 [0039]最大炮检距:在三维观测系统中，炮点到最远检波点的距离，称为最大炮检距。
[0040] ③覆盖次数
[0041] 覆盖次数:一个共中心点上重复观测的次数。三维覆盖次数可分解纵向覆盖次数 和横向覆盖次数。
[0042 ]总覆盖次数=纵向覆盖次数X横向覆盖次数；
[0043] 纵向覆盖次数= N/2d;
[0044] 其中，N为单条排列线接收道数、d为炮线距与道间距之比。
[0045] 横向覆盖次数比较复杂:一般横向覆盖次数为接收线数的1/2;也可以设计为横向 覆盖次数与接收线数相等;横向覆盖次数通常可以使用下面公式计算：
[0046] 横向覆盖次数= NrXNs/2d
[0047]其中，Nr为接收线数;Ns为一排炮炮点数;d为相邻束线横向滚动距离相当于炮点 距数。
[0048]④偏移孔径
[0049] 为了使倾斜层和断层正确归位，必须进行偏移。在偏移之后成像面积会往地层上 倾方向收缩;另外考虑绕射波收敛，也需要附加勘探面积。为了偏移成像，地表需要附加的 勘探面积，从一个方向看，附加的勘探长度称为偏移孔径。
[0050] 偏移孔径设计原则一般遵循如下原则：
[0051] a)大于地质上估计的每个倾角的横向移动为Z*tan0，其中Z为地层深度，Θ为地层 倾角；
[0052] b)收集30°出射角范围内的绕射能量所需要的距离，决不能小于第一菲涅尔的半 径。
[0053] c)偏移孔径一般选a)和b)二者之中的较大者。
[0054] 步骤二，确定四维地震观测系统，并按计算的采集参数确定四维地震观测系统细 T ；
[0055] 根据计算的面元、炮检距、覆盖次数和偏移孔径等参数，选择观测系统类型，如中 心激发观测系统、固定排列观测系统等，同时，设定观测系统细节。观测系统细节包括观测 系统形状、激发位置、接收线束、接收道数、总接收道数、接收线距、接收道距、横向炮距、纵 向炮距、最大炮检距、最小炮检距、CDP (共反射点道集)网格和覆盖次数等。
[0056] 步骤三，采用分辨率函数、AVP函数、聚焦射束分析、优度分析和采集足痕对四维地 震观测系统进行评价;具体方法如下：
[0057]①优度分析
[0058]优度是指面元道集压制多次波的平均压制量与方位角元中最大与最小压制量差 值之比，是以多次波压制特性为度量标准来评价面元的炮检距与炮检方位分布均匀性的一 个量。
[0059]纵波地震勘探优度计算公式为：
[0060] ( 1 )
[0061] ( 2 )
[0062] ( 3 )
[0063] (4)
[0064] ( 5 )
[0065] 其中，GN表示优度，ι?=1，2，···Μ表示面元被分为Μ个角元时，各角元的编号；凡,,表 示第m个角元在qi~ciL范围内的平均压制量；和表示Μ个角元中最大与最小压制量； η= 1，2，μ·Ν表示角元内有Ν道时各道的编号，Χη表示第η道炮检距，1 = 1，2，表示计算压 制量时的q值取样范围。Vsin和Vmui分别代表一次和多次波速度。
[0066] 对于转换波地震勘探，只需将式(5)中的速度参数换为转换波的等效速度，即可用 式(1)-(5)计算优度。
[0067] 利用优度评价炮检距及方位分布的均匀性可以使评价工作由定性转为定量。优度 愈大表明该面元道集对多次波的压制量愈大，炮检距与炮检方位的分布愈均匀;反之，则压 制特性不好，炮检距与炮检方位分布不均匀。
[0068] 应用时，只需预先根据地质任务要求制定一个优度标准，就可以根据优度分布，圈 定出适于做各向异性分析的面元分布范围，确保解释成果的可靠性。
[0069]②聚焦射束分析
[0070] 图2示出了聚焦性与检波器和震源分布关系示意图，频率-空间域的叠前偏移可以 通过检波器射线束和震源射线束的聚焦性，而这种聚焦性又与检波器及震源分布的几何形 态直接相关，所以可以使用聚焦射束来定量地评价四维地震观测系统对成像质量的影响。
[0071] 在均匀介质情况下，聚焦射线束计算公式为：
[0072]
(^)
[0073 ]其中，k为圆波数，k = ω /V; rd为散射点(Xf，yf，Zf)到接收点（Xd，yd，0)的距离，r为