一種優(yōu)化地震采集觀測系統(tǒng)的逆向照明方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種優(yōu)化地震觀測系統(tǒng)的逆向照明方法，該方法利用互易原理，以目標(biāo)儲集層為平面波震源，沿地質(zhì)模型逆向傳播地震波場，采用交錯網(wǎng)格高階有限差分?jǐn)?shù)值模擬技術(shù)離散求解波動方程，采用數(shù)值邊界吸收技術(shù)處理起伏地表邊界，計(jì)算靶區(qū)地質(zhì)模型的照明強(qiáng)度分布，通過分析地表處照明度的強(qiáng)弱，進(jìn)行震源點(diǎn)與檢波點(diǎn)位置的優(yōu)化布設(shè)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明經(jīng)濟(jì)實(shí)用，節(jié)約了施工成本，而且是對全靶區(qū)進(jìn)行優(yōu)化分析，不存在盲區(qū)漏區(qū)，為解決復(fù)雜地表、復(fù)雜地下構(gòu)造的地震觀測系統(tǒng)的優(yōu)化問題，提供了一個有效的技術(shù)方案。
【專利說明】-種優(yōu)化地震采集觀測系統(tǒng)的逆向照明方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明專利屬于油氣地震勘探領(lǐng)域，涉及一種利用地震波場逆向照明提高地震采 集觀測系統(tǒng)效率的方法，該方法對復(fù)雜地表?xiàng)l件地區(qū)都有效。

【背景技術(shù)】：
[0002] 人工地震方法在油氣勘探中占有舉足輕重的作用，其中野外采集環(huán)節(jié)至關(guān)重要， 對之后的處理解釋影響重大，也將影響到油氣的開發(fā)開采階段。野外采集過程中，人工激震 震源和檢波器的相對位置關(guān)系稱為觀測系統(tǒng)，其布設(shè)方式不僅關(guān)系到目標(biāo)層采集信號的好 壞，而且也關(guān)系到施工效率及其進(jìn)度。目前，我國油氣勘探的區(qū)域已從簡單區(qū)域轉(zhuǎn)向復(fù)雜區(qū) 域，諸如鄂爾多斯黃土塬地區(qū)、南方碳酸鹽巖出露地區(qū)，這些地區(qū)地表往往起伏巨大，淺層 物理參數(shù)影響因素很多，觀測系統(tǒng)若按常規(guī)布設(shè)，難以滿足勘探要求。
[0003] 現(xiàn)有的優(yōu)化觀測系統(tǒng)方法基本上是憑借以往經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，比如"五避五就"原則等。 對特定地區(qū)的觀測方法優(yōu)化，往往采用野外震源點(diǎn)試驗(yàn)方式，試驗(yàn)優(yōu)化地震觀測系統(tǒng)需要 野外施工隊(duì)的鉆孔、布線等工作，增加了地震采集成本，且試驗(yàn)只能選擇典型的小塊區(qū)域， 對于全區(qū)存在特例情況就無能為力了。在地震勘探初期，根據(jù)重磁電方法得到原始資料，首 先建立勘探地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行室內(nèi)模擬采集參數(shù)論證。在科學(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)的今天，軟件、硬 件比較低廉，這種大規(guī)模的模擬技術(shù)容易得到實(shí)現(xiàn)。特別當(dāng)前勘探采集方式還在沿用基于 水平層狀介質(zhì)的反射波方法，已經(jīng)不適用中西部勘探條件?；诳碧侥繕?biāo)的采集方法設(shè)計(jì) 可以通過建立合理的地質(zhì)模型對野外的采集參數(shù)（震源、觀測系統(tǒng)方式、道距、偏移距等） 進(jìn)行室內(nèi)模擬，可以對這些參數(shù)進(jìn)行量的論證，得到優(yōu)化的勘探采集方式，最大限度的減少 投資，提1?經(jīng)濟(jì)效益。
[0004] 針對上述問題，國內(nèi)外研究了一些數(shù)值方法進(jìn)行地震觀測系統(tǒng)的優(yōu)化，數(shù)值方法 首先節(jié)約了試驗(yàn)成本，提高了設(shè)計(jì)地震觀測系統(tǒng)的效率；而且可以對于全測區(qū)進(jìn)行分析優(yōu) 化，解決了整個地震采集區(qū)塊內(nèi)的震源與檢波點(diǎn)布設(shè)問題，進(jìn)而提高了資源勘探的效率。中 西部復(fù)雜的地表和地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)不同于東部平原地區(qū)相對簡單的地質(zhì)概貌。因此，地震照 明作為一種模型正演方法可以驗(yàn)證野外勘探施工采集方式在國內(nèi)外得到了廣泛研究和應(yīng) 用。數(shù)值計(jì)算照明強(qiáng)度方法用于優(yōu)化地震觀測系統(tǒng)包括幾種，如震源單向激發(fā)照明在地質(zhì) 模型中的強(qiáng)度分析，通過地質(zhì)模型中的照明度強(qiáng)弱分析，建立對儲集目標(biāo)層的勘探效果評 價；震源和檢波點(diǎn)的雙向激發(fā)照明分析，通過地質(zhì)模型中互易定理下的源點(diǎn)和檢波點(diǎn)照明 強(qiáng)度，建立在已有排列情況下的儲集目標(biāo)層的勘探效果評價。這些方法取得一定的效果，但 對于地下目標(biāo)體來說，從地表正向傳播進(jìn)行照明分析，只能得到已確定地震觀測系統(tǒng)對目 標(biāo)體的效果評價，難以提出對地震觀測系統(tǒng)的有效改進(jìn)措施。


【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高地震勘探分辨率、優(yōu)化地震 觀測系統(tǒng)的逆向照明方法。
[0006] 本發(fā)明提出的逆向照明分析方法，其核心思想是通過互易原理以地下目標(biāo)體為 源，逆向進(jìn)行地震波場傳播計(jì)算照明強(qiáng)度，分析優(yōu)化地表布置的地震觀測系統(tǒng)，特別適用于 復(fù)雜地表?xiàng)l件的地震勘探，解決復(fù)雜地表?xiàng)l件下震源與檢波點(diǎn)的布設(shè)問題。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] -種優(yōu)化地震采集觀測系統(tǒng)的逆向照明方法，包括以下步驟：
[0009] a、根據(jù)地震勘探中常規(guī)采集原則，建立初始地震觀測系統(tǒng)；
[0010] b、按照測繪提供的資料與前期踏勘地質(zhì)調(diào)繪資料，制作測區(qū)帶有起伏地表的地質(zhì) 模型，作為逆向照明方法的實(shí)施模型，其中從淺至深標(biāo)識出目標(biāo)儲層位置；
[0011] C、計(jì)算該起伏地表地質(zhì)模型下的波動方程數(shù)值模擬結(jié)果，采用交錯網(wǎng)格有限差分 數(shù)值算法進(jìn)行離散求解，計(jì)算初始觀測系統(tǒng)與起伏邊界條件下的模型波場強(qiáng)度，記錄離散 時刻的地震波場值；
[0012] d、計(jì)算該起伏地表地質(zhì)模型下基于波動方程的震源照明強(qiáng)度值，傳播波場以相應(yīng) 震源的Green函數(shù)表示，即單向照明，此過程需考慮震源與地質(zhì)結(jié)構(gòu)對于地震波傳播的影 響，綜合反映震源對于地下構(gòu)造的照明強(qiáng)度展布；
[0013] e、按照d步驟將觀測系統(tǒng)內(nèi)所有震源位置處的地質(zhì)模型照明強(qiáng)度計(jì)算出來，根據(jù) 設(shè)計(jì)需要對全部震源或部分震源的照明強(qiáng)度進(jìn)行疊加，分析目標(biāo)儲層位置的照明強(qiáng)度值；
[0014] f、根據(jù)地震波傳播互易原理，在勘探線上任意檢波點(diǎn)位置放置震源，按照d步驟， 計(jì)算所有檢波點(diǎn)位置處的地質(zhì)模型照明強(qiáng)度；
[0015] g、將單炮震源的地質(zhì)模型照明強(qiáng)度與該單炮對應(yīng)檢波點(diǎn)的地質(zhì)模型照明強(qiáng)度進(jìn) 行相關(guān)疊加，此步兼顧了觀測系統(tǒng)的震源-檢波器排列方式，以及地質(zhì)模型結(jié)構(gòu)中的散射 效應(yīng)，即建立野外觀測方式下的雙向照明強(qiáng)度分析；
[0016] h、以地質(zhì)模型的目的層為震源激發(fā)位置，以平面波源方式，計(jì)算地震波場從目標(biāo) 儲層沿逆向傳播到起伏地表的照明強(qiáng)度值。在位置點(diǎn)（X，z)處，記時間域目的層平面波震 源波場和散射波場分別為G s (xs ;X，z，t)，GK (? ;X，z，t)，首先分別對震源照明和檢波器照明 做時間域波場求和，再對照明結(jié)果做點(diǎn)乘后求和，可計(jì)算采集時間內(nèi)的平均照明強(qiáng)度為：
[0017]

【權(quán)利要求】
1. 一種優(yōu)化地震采集觀測系統(tǒng)的逆向照明方法，其特征在于，包括以下步驟： a、 根據(jù)地震勘探中常規(guī)采集原則，建立初始地震觀測系統(tǒng)； b、 按照測繪提供的資料與前期踏勘地質(zhì)調(diào)繪資料，制作測區(qū)帶有伏地表的地質(zhì)模型， 作為逆向照明方法的實(shí)施模型，其中從淺至深標(biāo)識出目標(biāo)儲層位置； c、 計(jì)算該帶有伏地表的地質(zhì)模型下的波動方程數(shù)值模擬結(jié)果，采用交錯網(wǎng)格有限差分 數(shù)值算法進(jìn)行離散求解，計(jì)算初始觀測系統(tǒng)與起伏邊界條件下的模型波場強(qiáng)度，記錄離散 時刻的地震波場值； d、 計(jì)算該帶有伏地表的地質(zhì)模型下的基于波動方程的震源照明強(qiáng)度值，傳播波場以相 應(yīng)震源的Green函數(shù)表示，即單向照明，此過程需考慮震源與地質(zhì)結(jié)構(gòu)對于地震波傳播的 影響，綜合反映震源對于地下構(gòu)造的照明強(qiáng)度展布； e、 按照d步驟將觀測系統(tǒng)內(nèi)所有震源位置處的地質(zhì)模型照明強(qiáng)度計(jì)算出來，根據(jù)設(shè)計(jì) 需要對全部震源或部分震源的照明強(qiáng)度進(jìn)行疊加，分析目標(biāo)儲層位置的照明強(qiáng)度值； f、 根據(jù)地震波傳播互易原理，在勘探線上任意檢波點(diǎn)位置放置震源，按d步驟，計(jì)算所 有檢波點(diǎn)位置的地質(zhì)模型照明強(qiáng)度； g、 將單炮震源的地質(zhì)模型照明強(qiáng)度與該單炮對應(yīng)檢波點(diǎn)的地質(zhì)模型照明強(qiáng)度進(jìn)行相 關(guān)疊加，此步兼顧了觀測系統(tǒng)的震源-檢波器排列方式，以及地質(zhì)模型結(jié)構(gòu)中的散射效應(yīng)， 即建立野外觀測方式下的雙向照明強(qiáng)度分析； h、 以地質(zhì)模型的目的層為震源激發(fā)位置，以平面波源方式，計(jì)算地震波場從目標(biāo)儲層 沿逆向傳播到起伏地表的照明強(qiáng)度值。在地面位置點(diǎn)（X，z)處，記時間域目的層平面波震 源波場和散射波場分別為G s(xs;x，z，t)，GK(xK;X，z，t)，首先分別對震源照明和檢波器照 明做時間域波場求和，然后對照明結(jié)果做點(diǎn)乘和波場相關(guān)后求和，即可計(jì)算采集時間內(nèi)的 平均照明強(qiáng)度； i、 根據(jù)h步驟計(jì)算的逆向照明強(qiáng)度值，即地面不同位置接收到的地震波能量強(qiáng)弱來選 擇地表激發(fā)地震波的位置，就能對該目的層界面達(dá)到最佳的照明，即逆向照明分析方法； j、 優(yōu)化震源位置，根據(jù)計(jì)算的目標(biāo)儲層對地質(zhì)模型的照明強(qiáng)度，尤其是起伏地表位置 的照明強(qiáng)度，進(jìn)行起伏地面震源位置的優(yōu)化布置，采取地表強(qiáng)照明處加密震源，地表弱照明 處抽稀震源原則，優(yōu)化地震采集中的觀測系統(tǒng)； k、 優(yōu)化檢波點(diǎn)位置，根據(jù)互易原理與計(jì)算的目標(biāo)儲層對地質(zhì)模型的照明強(qiáng)度，尤其是 起伏地表位置的照明強(qiáng)度，進(jìn)行起伏地面檢波器位置的優(yōu)化布置，采取地表強(qiáng)照明處加密 檢波點(diǎn)數(shù)，地表弱照明處抽稀檢波點(diǎn)數(shù)； l、 按照優(yōu)化后的地震觀測系統(tǒng)進(jìn)行油氣勘探的地震數(shù)據(jù)采集。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種優(yōu)化地震采集觀測系統(tǒng)的逆向照明方法，其特征在于， 采用目標(biāo)儲集層的平面波源逆向傳播算子，計(jì)算帶起伏地表地質(zhì)模型的照明強(qiáng)度值，其時 間域波場求和后點(diǎn)乘和波場相關(guān)后求和表達(dá)式分別為：

3.按照權(quán)利要求1所述的一種優(yōu)化地震采集觀測系統(tǒng)的逆向照明方法，其特征在于， 根據(jù)計(jì)算的逆向照明結(jié)果，對于起伏地表處的震源與檢波點(diǎn)位置，采取強(qiáng)照明數(shù)值處加密、 弱照明數(shù)值處抽稀方式進(jìn)行地震詳勘。
【文檔編號】G01V1/28GK104090297SQ201410264925
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月14日
【發(fā)明者】鞏向博, 韓立國, 李洪建, 靳中原 申請人:吉林大學(xué)