基於目標層可視性分析的激發位置確定方法

2023-04-22 18:41:31

基於目標層可視性分析的激發位置確定方法
【專利摘要】本發明涉及一種通過地震波針對目標反射層的可視性分析來確定地震波最優激發位置的方法。本發明的基於目標層可視性分析的激發位置確定方法包括：（a）從地質模型中選取目標反射層；（b）在地質模型的整個表面上均勻地布置多個勘探炮和多個檢波器；（c）並且當多個勘探炮中的一個勘探炮產生地震波時，記錄每個檢波器接收到的能量值，從而得到每個檢波器分別針對當前產生地震波的勘探炮的炮檢對的能量值；（d）在所有勘探炮分別產生相同次數的地震波之後，基於多個檢波器分別針對每個勘探炮的炮檢對的能量值，繪製基於地質模型的炮檢對可視性分析圖；（e）基於炮檢對可視性分析圖，確定在實際的地震勘探中應該增加的勘探炮的最佳位置。
【專利說明】基於目標層可視性分析的激發位置確定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種從定量的角度去指導地質觀測系統的方法，，尤其涉及一種通過地震波針對目標反射層的可視性分析來確定地震波激發位置的方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國油氣勘探向西部和西南部的轉移，複雜地表及複雜構造問題變得非常突出，地震資料信噪比低、地震成像困難等問題嚴重影響著這些地區的勘探效果。通過研究地震波在複雜地質條件下的傳播規律與能量分布特徵，進而能夠實現觀測系統的優化設計具有重要的現實意義。
[0003]針對地震觀測系統的設計和採集參數的優化是整個石油勘探中非常重要的環節，是地震資料品質好壞的先決條件，也是地震資料處理和解釋的基礎。常規地震觀測系統的設計的覆蓋次數隻依賴於炮點和檢波點的排列範圍，而與地下結構、目的反射層深度無關。然而，在構造複雜的地區，覆蓋次數除了與炮點和檢波點排列有關外，還與目的反射層的深度以及上覆地質結構有關，此時，常規的基於水平層狀假設的針對CMP點(共中心點)進行設計的觀測系統精度降低。由於目的發射層各CRP點(共反射點)上的覆蓋次數和地震波照射能量共同決定了該點的成像質量，但是複雜的上覆地質結構會造成下伏地層地震照明陰影區，從而引起下伏勘探目的層照明強度顯著下降，最終使得這些目的層界面成像的效果不理想。基于波動方程的觀測系統分析方法目前主要是照明度分析，而地震波照明又可以分為基於射線追蹤的地震波照明方法和基于波動方程的地震波照明方法兩類。射線追蹤地震波照明方法目前應用最為普遍，該方法簡單直觀、計算效率高，但由於射線理論本身的缺陷(如高頻近似、射線盲區等)和複雜介質中的奇異性問題，基於射線的照明分析方法在複雜構造區會出現很大的誤差，照明精度較低。相反，基于波動方程的地震波照明方法能有效地克服射線照明分析方法在複雜構造區的不足，尤其是利用波動方程中的單程波方程的地下照明分析是近幾年的一個研究熱點，它克服了射線照明方法的缺陷，能適應強橫向變速介質，使得目標照明分析更加合理、準確。但是，基于波動方程的照明度計算是分析能量在地下介質分布的情況，並且不會考慮從目標反射層和檢波器接收能量針對觀測系統的影響，使得照明度分析在指導觀測系統設計更多的是定性的角度，無法從定量的角度指導觀測系統的優化設計。
[0004]因此，需要一種能夠適應複雜地表結構且可以從定量的角度去指導地質觀測系統的地震波激發位置的方法。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在於提出一種基於目標層可視性分析的激發位置確定方法。
[0006]根據本發明的一實施例的基於目標層可視性分析的激發位置確定方法，包括以下步驟:(a)從地質模型中選取目標反射層；(b)在地質模型的整個表面上均勻地布置多個勘探炮和多個檢波器；(C)使所有勘探炮分別產生地震波，並且當多個勘探炮中的一個勘探炮產生地震波時，多個檢波器分別接收該地震波被目標反射層反射回來的反射波，同時記錄每個檢波器接收到的能量值，從而得到每個檢波器分別針對當前產生地震波的勘探炮的炮檢對的能量值；(d)在所有勘探炮分別產生相同次數的地震波之後，基於多個檢波器分別針對每個勘探炮的炮檢對的能量值，繪製基於地質模型的炮檢對可視性分析圖；(e)基於炮檢對可視性分析圖，確定在實際的地震勘探中應該增加勘探炮數量的範圍，其中，炮檢對的能量值是指一個檢波器接收到的一個地震波的能量值 。
[0007]優選地，在步驟(C)中，利用有限差分算子，對當前產生的地震波進行正向延拓到目標反射層，然後再從目標反射層反向延拓到檢波器，來模擬地震波被目標反射層反射回來的反射波，從而記錄每個檢波器接收到的反射波的能量值。
[0008]優選地，在步驟(C)中，當產生地震波時，地震波在頻率域中以下面的公式(I)的形式傳播，
[0009](k2+ Δ ) U (rs, r, ω) =-f (ω) δ (r_rs)公式(I)
[0010]其中，k= ω Zc0 (r)為波數，ω表示地震波的頻率，C0(r)為位於目標反射層的點r=(x, y, z)處的背景場速度值，Λ為拉普拉斯算子，f(?)為勘探炮函數，δ (r-rs)是單位脈衝函數，rs表示勘探炮的三維坐標。
[0011]優選地，在步驟(C)中，利用有限差分算子，對當前產生的地震波進行正向延拓到目標反射層，然後再從目標反射層反向延拓到檢波器，
[0012]其中，檢波器接收到的反向延拓的反射波的地震波場通過公式(2)來表示，
[0013]P (rs, rg, ω)=
[0014]2k2 / v(r)G(r，rs; co)m(r)G(r，rg; co)d3r 公式(2)
[0015]其中，G(r，rs; ω)和G(r，rg; ω)分別是頻率域中勘探炮和檢波器位置的格林函數，&表示檢波器位置的三維坐標，m(r)是位於目標反射層的點r=(x，y，z)處速度模型擾動，V(r)為目標反射層的所有點的集合。數學上還可有如下的表示m(r)= δ c/c(r), c (r)是地質模型的速度值，δ c是對速度值的求導，但是本發明中沒有使用該式來求出m(r)。
[0016]優選地，多個檢波器中的一個檢波器針對當前產生地震波的勘探炮的炮檢對的能量值通過公式(3)來表示，
[0017]Psr (rs, rg, ω) = |P(rs, rg, ω) 公式(3)。
[0018]本發明從基於目標反射層可視性分析的角度對勘探炮位置(即，激發位置)進行了定量評估，對在後續的地質勘探中提高山地地震採集設計效率及優化提供了保障，具有重要應用價值。
[0019]本發明基於可視性分析計算角度，確定了對目標反射層的影響較大的觀測系統的激發位置，對進行山地複雜構造的地震資料採集觀測系統設計的激發位置的優選提供了保障，進而為山地複雜條件下的偏移成像、油氣儲層預測、油藏描述的可靠性奠定了基礎，具有重要應用價值。
[0020]根據本發明，可以確定能夠更好地獲取目標反射層的反射信息的地表位置，即在這些優選的地表上布置勘探炮時可以得到針對目標反射層的更好的成像效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]通過下面結合附圖進行的對實施例的描述，本發明的上述和/或其他目的和優點將會變得更加清楚，其中:
[0022]圖1是示出本發明的基於目標層可視性分析的激發位置確定方法的流程圖。
[0023]圖2是示出二維地質模型的示意圖。
[0024]圖3是示出地震波傳播和反射過程的示意圖。
[0025]圖4是示出一個勘探炮所產生的地震波被目標反射層反射之後由檢波器所接收到的反射波的可視性能量分布圖。
[0026]圖5是示出在顯示單元上顯示基於地質模型的炮檢對可視性分析圖。
[0027]圖6是示出根據本發明的方法對圖2的二維地質模型的目標反射層進行的實際應用的圖，圖6的(a)是示出在優選的激發位置增加勘探炮後得到的偏移剖面的圖，圖6的(b)是示出在優選的激發位置之外增加勘探炮後得到的偏移剖面的圖。
【具體實施方式】
[0028]以下，參照附圖來詳細說明本發明的實施例。
[0029]本發明利用有限差分算子，對勘探炮所產生的進行地震波場正向延拓到目標反射層，然後再反向延拓到檢波器，記錄每個檢波器接收到的反射波的能量值進而繪製當前地質模型的炮檢對可視性分析圖，從而基於炮檢對可視性分析圖來確定在檢波器處的能量貢獻較大的地震波激發位置。
[0030]以下，詳細說明本發明的各個流程。
[0031]圖1是示出本發明的基於目標層可視性分析的激發位置確定方法的流程圖。圖2是示出二維地質模型的示意圖。
[0032]在圖1的步驟S101，從地質模型中選擇目標反射層。本發明中選擇如圖2所示的二維地質模型中的某一目標反射層，並且該地質模型的任何地層都可被選擇為目標反射層。並且，根據已知地質信息建立二維地質模型進而分析各種參數的選取是地球物理領域通用的方法。
[0033]在步驟S102，在地質模型的整個表面上均勻地布置多個勘探炮和多個檢波器。在此，只有在地質模型的整個表面上均勻地布置勘探炮和檢波器，才能使每個勘探炮產生的地震波對炮檢對可視性分析圖的影響是相同的。並且，在整個表面上僅布置一個勘探炮和一個檢波器是沒有太大價值的，因此在此步驟中將不會考慮這種情況。
[0034]在步驟S103，使所有勘探炮分別產生地震波，並且當多個勘探炮中的一個勘探炮產生地震波時，多個檢波器分別接收該地震波被目標反射層反射回來的反射波，同時記錄每個檢波器接收到的能量值，從而得到每個檢波器分別針對當前產生地震波的勘探炮的炮檢對的能量值。其中，炮檢對的能量值是指一個檢波器接收到的一個地震波的能量值。並且，在地質模型的整個表面上均勻地布置多個勘探炮和多個檢波器的前提下，為使每個勘探炮產生的地震波對炮檢對可視性分析圖起到相同權值的影響，使所有勘探炮分別產生相同次數的地震波。
[0035]在本發明中，是基於勘探炮處產生的地震波對目標反射層的貢獻來確定貢獻度較大的勘探炮，因此為了使多個勘探炮對目標反射層有相同權值的影響，需要使每個勘探炮產生的地震波的數量相同。在此，雖然在本發明中使所有勘探炮各產生一次地震波，但是根據需要，可使所有勘探炮分別產生多次(例如，2次，3次。。。η次等)地震波。[0036]另外，在產生地震波時，勘探炮位置以及地震波的激發位置(B卩，地震炮和地震波的產生位置)實際上是不同的，但是相比其他諸如數Km的距離，位置差別很小，因此在本領域中一般認為是相同的。
[0037]並且，當產生地震波時，在頻率域中且密度固定的地震波能夠以下面的公式(I)形式傳播，
[0038](k2+ Δ ) U (rs, r, ω) =-f (ω) δ (r_rs)公式(I)
[0039]其中，k= ω /c0 (r)為波數，ω表示地震波的頻率，C0 (r)為點r=(x, y, z)處的背景場速度值，Λ為拉普拉斯算子，f(co)為勘探炮函數，δ (r-rs)是單位脈衝函數，rs表示勘探炮的三維坐標。而且，公式(I)為本領域公知的地震波的傳播數學式，因此在此不對此進行詳細的說明。
[0040]圖3是示出地震波傳播和反射過程的示意圖。因此，在步驟S103中，利用有限差分算子，對當前產生的地震波進行正向延拓到目標反射層，然後再從目標反射層反向延拓到檢波器，此時記錄每個檢波器接收到的針對當前產生的地震波的能量值。其中，有限差分算子作為地震波場的傳播算子，其實際數學表示為一個矩陣，表示地震波的實際正向傳播過程。並且反向延拓可以看成，將從勘探炮正向延拓到目標反射層的地震波當作二次勘探炮，進而從目標反射層到檢波器的正向延拓。
[0041]此時，檢波器接收到的地震波場(被目標反射層反射回來的反射波場)通過公式
(2)來表示，
[0042]P (rs, rg, ω)=
[0043]2k2 / v(r)G(r，rs; co)m(r)G(r，rg; co)d3r 公式(2)
[0044]其中，G(r, rs; ω)和G(r，rg; ω)分別是頻率域中勘探炮和檢波器位置的格林函數，&表示檢波器位置的三維坐標，m(r)是位於目標反射層的點r=(x，y，z)處速度模型擾動，V (r)為目標反射層的所有點的集合。數學上還可有如下的表示m(r)= δ c/c(r), c (r)是地質模型的速度值，δ c是對速度值的求導，但是本發明中沒有使用該式來求出m(r)。
[0045]並且，多個檢波器中的一個檢波器針對當前產生地震波的勘探炮的炮檢對的能量值通過公式(3)來表示，
[0046]Psr (rs, rg, ω) = | P (rs, rg, ω) 公式(3)。
[0047]圖4是示出一個勘探炮所產生的地震波被目標反射層反射之後由檢波器所接收到的反射波的能見度(可視性能量)分布圖。圖5是示出基於地質模型的炮檢對可視性分析圖。
[0048]在步驟S104，在所有勘探炮分別產生相同次數的地震波之後，基於多檢波器分別針對每個勘探炮的炮檢對的能量值，繪製根據地質模型的炮檢對可視性分析圖。
[0049]具體地，一個勘探炮所產生的地震波被目標反射層反射之後由檢波器所接收到的反射波的可視性能量分布圖如圖4所示，並且圖5以圖2的二維地質模型的左上角為原點，且檢波點離原點的距離為橫坐標，勘探炮離原點的距離為縱坐標。因此，在繪製圖5所示的炮檢對可視性分析圖時，將同一個檢波器在所有勘探炮產生地震波時所接收的炮檢對的能量值加起來(簡稱，能量值總和)，然後將該檢波器離原點的距離作為橫坐標，將當前產生地震波的勘探炮離原點的距離作為縱坐標，並且，針對每個檢波器的能量值總和的大小在圖5上能夠用不同的顏色來表示(在顯示單元上用顏色來表示能量大小是可行的)，例如可用紅色代表能量最強，藍色代表能量最弱，此時為了提高用戶體檢，可使用顯示器來顯示彩色的炮檢對可視性分析圖。當然，也可以用諸如直接標註能量值、點的密度等來表示能量值的大小。由此，圖5的每個點表示同一個檢波器針對所有地震波(從目標反射層反射回來的反射波)記錄的能量值的總和。
[0050]在步驟S105，基於炮檢對可視性分析圖，確定在實際的地震勘探中應該增加勘探炮數量的範圍。在圖5中，用半圓形實線包圍的位置即為應該增加勘探炮數量的範圍。
[0051]圖6是示出根據本發明的方法對圖2的二維地質模型的目標反射層進行的實際應用的圖，圖6的(a)是示出在優選的激發位置增加勘探炮後得到的偏移剖面的圖，圖6的(b)是示出在優選的激發位置之外增加勘探炮後得到的偏移剖面的圖。
[0052]通過實際應用可知，通過本發明可以確定更好地獲取目標反射層的反射信息的地表位置(即，優選的激發位置)，因此在後續實際的地質勘探中向這些優選的激發位置增加勘探炮能夠獲取更準確的目標反射層的信息。
[0053]本發明不限於上述實施例，在不脫離本發明範圍的情況下，可以進行各種變形和修改。
[0054]產業上的可利用性
[0055]本發明可用在對於地質觀測系統的設計以及評價。
【權利要求】
1.一種基於目標層可視性分析的激發位置確定方法，其特徵在於，包括以下步驟: Ca)從地質模型中選取目標反射層； (b)在地質模型的整個表面上均勻地布置多個勘探炮和多個檢波器； (C)使所有勘探炮分別產生地震波，並且當多個勘探炮中的一個勘探炮產生地震波時，多個檢波器分別接收該地震波被目標反射層反射回來的反射波，同時記錄每個檢波器接收到的能量值，從而得到每個檢波器分別針對當前產生地震波的勘探炮的炮檢對的能量值； (d)在所有勘探炮分別產生相同次數的地震波之後，基於多個檢波器分別針對每個勘探炮的炮檢對的能量值，繪製基於地質模型的炮檢對可視性分析圖； (e)基於炮檢對可視性分析圖，確定在實際的地震勘探中應該增加勘探炮數量的範圍， 其中，炮檢對的能量值是指一個檢波器接收到的一個地震波的能量值。
2.根據權利要求1所述的基於目標層可視性分析的激發位置確定方法，其特徵在於，在步驟(C)中，利用有限差分算子，對當前產生的地震波進行正向延拓到目標反射層，然後再從目標反射層反向延拓到檢波器，來模擬地震波被目標反射層反射回來的反射波，從而記錄每個檢波器接收到的反射波的能量值。
3.根據權利要求1所述的基於目標層可視性分析的激發位置確定方法，其特徵在於，在步驟(c)中，當產 生地震波時，地震波在頻率域中以下面的公式(I)的形式傳播，
(k2+ Δ ) U (rs, r, ω) =-f (ω) δ (r-rs)公式(I) 其中，k= ω /C(l (r)為波數，ω表示地震波的頻率，C0 (r)為位於目標反射層的點r=(x, y, z)處的背景場速度 值，Λ為拉普拉斯算子，f(?)為勘探炮函數，δ (r-rs)是單位脈衝函數，rs表示勘探炮的三維坐標。
4.根據權利要求3所述的基於目標層可視性分析的激發位置確定方法，其特徵在於，在步驟(C)中，利用有限差分算子，對當前產生的地震波進行正向延拓到目標反射層，然後再從目標反射層反向延拓到檢波器， 其中，檢波器接收到的反向延拓的反射波的地震波場通過公式(2)來表示，
P (rs，rg, ω)=
2k2 f v(r)G(r，rs; co)m(r)G(r，rg; co)d3r 公式(2) 其中，G(r, rs; ω)和G(r，rg; ω)分別是頻率域中勘探炮和檢波器位置的格林函數，&表示檢波器位置的三維坐標，m(r)是位於目標反射層的點r=(X，y，z)處速度模型擾動，V(r)為目標反射層的所有點的集合。
5.根據權利要求4所述的基於目標層可視性分析的激發位置確定方法，其特徵在於，多個檢波器中的一個檢波器針對當前產生地震波的勘探炮的炮檢對的能量值通過公式(3)來表示，
Psr (rs, rg, ω) = IP (rs, rg, ω) 公式(3 )。
【文檔編號】G01S5/20GK103645460SQ201310596834
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月21日 優先權日:2013年11月21日
【發明者】胡善政, 李亞林, 張曉斌, 何光明, 敬龍江, 陳燕雄, 童濤, 袁光銀, 蔡力, 管敏, 王曉陽 申請人:中國石油集團川慶鑽探工程有限公司地球物理勘探公司