一種增強(qiáng)地震波激發(fā)照明的設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油、天然氣勘探領(lǐng)域中一種地震勘探技術(shù)，應(yīng)用于復(fù)雜構(gòu)造區(qū)增強(qiáng) 地震波激發(fā)照明的觀測系統(tǒng)設(shè)計。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著石油天然氣勘探開發(fā)向復(fù)雜構(gòu)造區(qū)不斷地延伸，油氣勘探所面臨的地震地質(zhì) 條件也越來越復(fù)雜，主要表現(xiàn)為地表起伏劇烈、表層速度變化大、地下地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、勘探 目標(biāo)埋藏深、高速推覆體發(fā)育等，導(dǎo)致地震波場復(fù)雜、地質(zhì)目標(biāo)成像困難。
[0003] 常規(guī)的基于水平層狀介質(zhì)和水平地表假設(shè)的野外地震采集觀測系統(tǒng)設(shè)計，已經(jīng)無 法滿足復(fù)雜構(gòu)造區(qū)油氣勘探開發(fā)的要求。為了提高復(fù)雜構(gòu)造區(qū)地震數(shù)據(jù)采集的可靠性和有 效性，地球物理工作者提出了基于地質(zhì)模型和地震波正演模擬的觀測系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計。通過 對地質(zhì)模型的地震波射線追蹤或波動方程數(shù)值模擬，可以確定野外觀測系統(tǒng)對地下反射界 面的照明和反射盲區(qū)的位置，從而指導(dǎo)野外觀測系統(tǒng)設(shè)計。
[0004] 地震照明分析技術(shù)通過正演模擬分析地下照明能量分布來預(yù)測和評價采集效果， 進(jìn)而優(yōu)化采集參數(shù)。目前，地震照明分析技術(shù)分為兩大類：基于射線理論的射線照明分析和 基于波動理論的波動方程照明分析。由于射線理論的固有缺陷（高頻近似和射線盲區(qū)）， 射線追蹤照明分析只適用于速度橫向變化不大的簡單模型。然而波動方程照明分析對速度 模型沒有任何限制，且能夠比較真實(shí)地反映地下介質(zhì)中地震波傳播過程的能量分布，為觀 測系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計提供了有利的保障。董良國等（2006)根據(jù)波動方程照明結(jié)果，提出了利用 照明統(tǒng)計法和波場上傳法，確定針對勘探目標(biāo)的地面最優(yōu)的炮點(diǎn)加密范圍，初步實(shí)現(xiàn)了從 通過照明度評價觀測系統(tǒng)到進(jìn)行觀測系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的轉(zhuǎn)變。趙虎等（2010)通過分析面向 復(fù)雜構(gòu)造的密集炮點(diǎn)正演模擬結(jié)果，確定目的層照明能量最小位置，并進(jìn)行局部炮點(diǎn)加密， 依據(jù)能量均勻性判斷準(zhǔn)則自動求得了目的層照明能量均勻性最高的炮點(diǎn)集合。朱金平等 (2011)基于三維波動方程照明分析確定了面向勘探目標(biāo)的有利激發(fā)范圍，發(fā)展了面向勘探 目標(biāo)的三維地震勘探觀測系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法。
[0005] 常規(guī)的照明分析僅考慮了震源炮點(diǎn)對地下介質(zhì)的照明，而沒有考慮地下構(gòu)造的傾 角。為此，人們又提出了地震定向照明分析方法，即通過局部平面波分解算子（如坡印廷矢 量、小波變換、窗口傅里葉變換等）將模擬地震波場分解為不同傳播方向的平面波，然后計 算不同方向（組合）的地震定向照明。然而，地震定向照明分析只是通過定量計算各個方 向的地震波對目標(biāo)地質(zhì)體的照明情況，從而篩選出對目標(biāo)地質(zhì)體照明較好的優(yōu)勢方向，卻 并沒有實(shí)質(zhì)性提高目標(biāo)地質(zhì)體的照明能量。
[0006] 其實(shí)，早在20世紀(jì)70年代，美國石油公司第一次在Tulsa地區(qū)進(jìn)行了地震波束 形成試驗(yàn)，證實(shí)了地震波束定向傳播方向與延時時間間隔的關(guān)系，拉開了震源組合方向特 性研究的序幕。胡啟宇（1981)詳細(xì)地介紹了時序激發(fā)等間隔震源組合獲得指向性波束的 原理和方法。姜強(qiáng)等（2008,2012)對相控震源定向地震波信號進(jìn)行了定量分析，分別通過 數(shù)值模擬和野外試驗(yàn)，得出相控震源相對于常規(guī)同時激發(fā)組合震源，其反射波信號信噪比 明顯提高的結(jié)論，并提出了基于接收陣列的時域地震波束形成方法。對于水平地表情況下 的地震組合激發(fā)定量分析與信噪比分析、震源組合激發(fā)參數(shù)優(yōu)選（震源個數(shù)、組內(nèi)距等參 數(shù)）、炸藥震源定向激發(fā)定量分析、及其在勘探地震中的應(yīng)用等方面，汪仁富等（2011)、徐 峰等（2011)、劉福烈等（2013)，蔡紀(jì)琰（2013)分別在其文章中進(jìn)行了詳細(xì)地討論。鞏向博 等（2014)將組合震源波場定向方法推廣至任意起伏地表，利用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)法計算組合震源 激發(fā)延時，為復(fù)雜起伏地表情況下的組合震源定向波場激發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。野外實(shí)踐和 理論研究都證明，基于相控理論的震源組合可以極大地提高采集資料的信噪比和地震波束 定向傳播方向上的照射能量。
[0007] 綜合起來，目前針對復(fù)雜構(gòu)造區(qū)的地震采集分別是從兩方面來解決，一是通過照 明模擬確定在地表局部區(qū)域加密炮點(diǎn)，以增加對目的層的照明能量；二是在地表的每一個 激發(fā)位置，通過多個炮點(diǎn)的組合激發(fā)，以增加向地下傳播的地震波能量。本發(fā)明同樣是針對 地下復(fù)雜構(gòu)造區(qū)，如陡傾角的地層、斷層、上覆有高速異常體的目標(biāo)層等，通過地震波的照 明模擬結(jié)果，既計算出地表加密炮點(diǎn)的區(qū)域，同時也計算出地震波向地下目的層傳播的方 向，從而實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜構(gòu)造區(qū)目的層地震波最有利與最有效的激發(fā)設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008](一）發(fā)明目的
[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種在復(fù)雜構(gòu)造區(qū)增強(qiáng)地震波激發(fā)照明的地震觀測系統(tǒng)設(shè) 計方法。其將變觀加密炮思想和相控震源組合技術(shù)與地震照明分析相結(jié)合，基于波動方程 的地震照明分析，是在目標(biāo)位置激發(fā)地震波，通過波場上傳法和地表方向統(tǒng)計，獲得震源組 合參數(shù)和對目標(biāo)地質(zhì)體照明貢獻(xiàn)較大的加密炮區(qū)域。在加密炮區(qū)域布置加密炮點(diǎn)，同時利 用相控震源組合確保每一個加密炮的優(yōu)勢能量都能集中向目標(biāo)地質(zhì)體傳播。這樣不僅提高 了震源的激發(fā)效率，而且能夠使目標(biāo)地質(zhì)體獲得了更好的照明效果，提高了成像質(zhì)量。該方 法為復(fù)雜構(gòu)造區(qū)提供了更有效、更經(jīng)濟(jì)的觀測系統(tǒng)綜合設(shè)計方法。
[0010] (二）技術(shù)方案
[0011] 一種增強(qiáng)地震波激發(fā)照明的設(shè)計方法，采用相控理論和組合震源的理論信噪比最 大化原則作為震源組合參數(shù)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，即為組內(nèi)距和震源個數(shù)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，其他改進(jìn)的 優(yōu)化設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，同屬此方法一個系列；其不限于水平地表情況，可以適用于復(fù)雜地表復(fù)雜構(gòu) 造的區(qū)域；其具體步驟如下：
[0012]A.根據(jù)現(xiàn)有資料，建立復(fù)雜構(gòu)造區(qū)的正演地質(zhì)模，并確定地質(zhì)目標(biāo)；收集工區(qū)的 地質(zhì)資料，地震資料，測錄井、鉆井的資料，綜合已知的解釋成果和地質(zhì)認(rèn)識，通過建模軟件 建立工區(qū)精確的地質(zhì)模型，確定地質(zhì)目標(biāo)，即地質(zhì)目標(biāo)在模型中位置、形狀和范圍；
[0013]B.在地下目標(biāo)位置布置人工震源，采用波動方程正演模擬方法進(jìn)行照明模擬；根 據(jù)地質(zhì)模型中目標(biāo)的特點(diǎn)，在目標(biāo)位置s= (xs，zs)放置人工震源，即目標(biāo)震源，通過全程聲 波波動方程正演模擬在地下介質(zhì)中傳播的地震波場，計算得到目標(biāo)震源在模型中（x，z)處 的照明結(jié)果I(X，z;s)，其定義如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種增強(qiáng)地震波激發(fā)照明的設(shè)計方法，采用相控理論和組合震源的理論信噪比最大 化原則作為震源組合參數(shù)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，即為組內(nèi)距和震源個數(shù)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，其他改進(jìn)的優(yōu) 化設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，同屬此方法一個系列；其不限于水平地表情況，可以適用于復(fù)雜地表復(fù)雜構(gòu)造 的區(qū)域；其具體步驟如下： A. 根據(jù)現(xiàn)有資料，建立復(fù)雜構(gòu)造區(qū)的正演地質(zhì)模，并確定地質(zhì)目標(biāo)；收集工區(qū)的地質(zhì) 資料，地震資料，