CN105487106A - 一种基于高斯射线束目的层能量照明的补炮方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于高斯射线束目的层能量照明的补炮方法，包括以下步骤：根据现有地质资料建立勘探区域的三维地质模型，基于炮点高斯射线束对地质模型做照明分析来确定目的层面元偏移能量；统计目的层面元偏移能量分布情况以圈定目的层中能量弱区；根据各炮点对能量弱区的照明参考值确定目的层中能量弱区对应的地表补炮区域；在地表补炮区域的原有炮点网格中等间隔设置补炮炮点。本发明可以准确圈定目的层的能量弱区，定量确定补炮数目，从而使得目的层中照明能量弱的位置得到补偿，提高地震资料处理后的信噪比，改善地震采集资料品质。

Description

一种基于高斯射线束目的层能量照明的补炮方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术领域，尤其涉及一种基于高斯射线束目的层能量照明的补炮方法。

背景技术

地震采集是地震勘探的第一环节，是决定整个地震资料品质好坏的最关键一步，而观测***设计又是地震采集环节中的重点。观测***设计主要是合理设置炮点和检波点的分布位置，提高野外数据采集工作的效率和准确程度。

常规观测***设计主要是基于水平层状介质理论，观测***属性参数都是基于水平层状介质得到的，没有考虑实际地质构造的影响。由于实际地质构造中的目的层并非呈严格的水平层状分布，现有观测***得到的地震资料会出现信号能量较弱的区域。

这部分能量较弱的区域中信噪比较低，常规观测***中不会对能量弱区做任何处理，因此观测到的地震资料难以达到地震处理和解释的要求。导致在后续的地震处理过程中不能针对能量弱区还原真实的地下地质构造。

因此，亟需一种能够对目的层能量较弱的区域进行补炮的方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于高斯射线束目的层能量照明的补炮方法，包括以下步骤：

根据现有地质资料建立勘探区域的三维地质模型，基于炮点高斯射线束对地质模型做照明分析来确定目的层面元偏移能量；

统计目的层面元偏移能量分布情况以圈定目的层中能量弱区；

根据各炮点对能量弱区的照明参考值确定目的层中能量弱区对应的地表补炮区域；

在地表补炮区域的原有炮点网格中等间隔设置补炮炮点。

根据本发明的一个实施例，所述基于炮点高斯射线束对地质模型做照明分析来确定目的层面元偏移能量的步骤中，进一步包括：

基于炮点高斯射线束对地质模型做照明分析，确定入射到每一目的层面元的全部高斯射线束的入射能量；

计算经由目的层反射之后，由每一地表检波器接收的覆盖检波器所在网格范围的高斯射线束能量；

根据入射到一个目的层面元的并且由全部地表检波器接收的高斯线束能量确定目的层面元偏移能量。

根据本发明的一个实施例，所述基于炮点高斯射线束对地质模型做照明分析，确定入射到每一目的层面元的全部高斯射线束的入射能量包括：

统计入射到目的层的全部高斯射线束；

分别统计覆盖每一目的层面元的高斯射线束；

叠加计算入射到每一目的层面元的高斯射线束的入射能量，得到每一目的层面元入射能量。

根据本发明的一个实施例，所述计算经由目的层反射之后，由每一地表检波器接收的覆盖检波器所在网格范围的高斯射线束能量包括：

统计通过目的层反射至地表的所有高斯射线束；

分别统计覆盖每一地表检波器所在网格范围的高斯射线束；

叠加计算由每一地表检波器接收的全部高斯射线束的入射能量，得到每一地表检波器的接收能量。

根据本发明的一个实施例，所述根据入射到一个目的层面元的并且由全部地表检波器接收的高斯线束能量确定目的层面元偏移能量包括：

计算每一目的层面元入射能量占炮点高斯射线束总入射能量的比值；

统计每一地表检波器的接收能量，计算所有地表检波器接收的由一个目的层面元反射的来自每一炮点的高斯射线束能量；

叠加计算由目的层面元反射的来自所有炮点的高斯射线束能量，获得目的层面元的有效反射能量；

由目的层面元的有效反射能量与目的层面元的入射能量占炮点高斯射线束总入射能量的比值的乘积得到目的层面元的面元偏移能量。

根据本发明的一个实施例，所述根据各炮点对能量弱区的照明参考值确定目的层中能量弱区对应的补炮区域包括：

统计入射到目的层能量弱区的高斯射线束对应的炮点；

分别计算入射到目的层能量弱区的来自各炮点的高斯射线束能量与能量弱区总入射能量的比值，获得各炮点对能量弱区的照明参考值；

选择对能量弱区的照明参考值预大于或等于设阈值的炮点组成地表补炮区域。

根据本发明的一个实施例，所述在补炮区域的原有炮点网格中等间隔设置补炮炮点为：

在地表补炮区域的原有的两个相邻炮点的中间位置设置一个补炮炮点。

根据本发明的一个实施例，所述根据现有地质资料建立勘探区域的三维地质模型包括：

利用现有地质资料分别构建中深层构造模型和地表模型；

设定每一地层的纵波速度、横波速度和密度，得到三维块状地质模型。

根据本发明的一个实施例，所述目的层面元的面元偏移能量表示为：

$\mathrm{ECellRecv}(i,j)=\underset{p=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{ER}\left(p\right)\·\mathrm{PCell}(i,j)$

其中，(i，j)表示目的层中的水平坐标，p为目的层面元反射到地表的射线束编号，ER(p)为目的层面元内第p条射线束反射到达地面被所有检波器接收能量叠加总和，N为目的层面元反射到地面的射线束的总数，PCell(i,j)表示目的层面元入射能量占炮点射线束总入射能量的比值。

根据本发明的一个实施例，所述预设能量阈值为60％。

本发明提出目的层面元偏移能量的概念用于表征真正可用于地面成像的地下面元有效接收能量，从而可以定量评价观测***设计的优劣，更合理地设计观测***参数。同时面元偏移能量的提出使得地震采集与资料处理成像更加一体化，为以成像为目的的地震采集设计提供依据。

本发明还可以准确圈定目的层的能量弱区，定量确定补炮数目，从而使得目的层中照明能量弱的位置得到补偿，提高地震资料处理后的信噪比，改善地震采集资料品质。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1a是根据本发明实施例的高斯射线束振幅分布示意图；

图1b是根据本发明实施例的基于高斯射线束能量叠加的原理示意图；

图2是根据本发明实施例的射线坐标系示意图；

图3是根据本发明实施例的基于高斯射线束目的层能量照明的补炮方法的步骤流程图；

图4是根据本发明实施例的确定目的层面元偏移能量的步骤流程图；

图5a是入射到目的层面元的高斯射线束分布示意图；

图5b是地表检波器接收到的目的层反射线束的分布示意图；

图5c是目的层面元偏移能量射线束分布示意图；

图6a是多线束入射照明的三维地质结构示意图；

图6b是多线束接收照明的三维地质结构示意图；

图6c是多线束偏移照明的三维地质结构示意图；

图7是某工程示例的三维地质构造模型示意图；

图8是补炮前观测***对目的层照明的分布图；

图9是补炮后观测***对目的层照明的分布图；

图10a是地表补炮区域的分布图；

图10b是地表补炮区域的放大显示结果。

具体实施方式

本发明的实施例中构建基于勘探区域的三维地质模型，利用基于高斯束射线束的照明技术获得地下目的层的偏移能量分布。由分布结果找到目的层能量弱的位置适当在地表相应位置进行补炮，定量确定补炮数目，使得目的层中照明能量弱的位置得到补偿。使得地震资料处理后目的层能量和信噪比得到提高，最终达到改善地震采集资料品质的目的。

以下对基于高斯射线束的照明技术进行详细说明。

如图1a所示，高斯射线束可以看作是一条从震源出发以射线为中心的能量管，射线束的振幅分布以偏离中心射线的距离平方呈指数衰减。如图1b所示，接收点R或地下成像点处的波场可看作是由多条从震源点s0出发，在R点一定范围内的高斯射线束能量的叠加。

在图2中，P为空间一点，其在中心射线S上的垂直投影点为P’，s为P’点到震源点s0的弧长，n表示P’点到P点的距离，即P点到中心射线S的距离。图2中射线坐标系由向量n(沿射线的法矢量)和t(沿射线的切矢量)来定义。

高斯射线束公式是建立在射线中心坐标系下的波动方程集中于射线附近的高频渐近解。中心射线附近高频能量的分布用下式表示：

$u(s,n,\mathrm{\ω})=\frac{\mathrm{\ψ}}{\sqrt{\mathrm{\ρ}\left(s\right)v\left(s\right)q\left(s\right)}}\exp \±\{\mathrm{i\ω\τ}\left(s\right)+\frac{\mathrm{i\ω}}{2}\frac{p\left(s\right)}{q\left(s\right)}{n}^2\}---\left(1\right)$

上式中u表示纵波位移，指数部分－号表示正向延拓(正演)，+号表示反向延拓。ψ为某一设定常数值，ω表示高斯射线束波场频率。(s,n)为计算点在中心射线坐标系下的射线坐标。v表示中心射线的速度，τ为中心射线旅行时。

(1)式中p(s)和q(s)为沿中心射线变化的复值动力学参数，满足如下常微分方程组：

$\begin{array}{cc}\frac{\mathrm{dq}}{\mathrm{ds}}=\mathrm{vp}& \frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{ds}}=-v^{-2}\frac{{\∂}^{2}v}{\∂n^2}q\end{array}---\left(2\right)$

对前面的公式进行变换，可以得到如下更具物理意义的高斯射线束表达形式：

$u(s,n,\mathrm{\ω})=A\left(s\right)\exp \{\mathrm{i\ω\τ}\left(s\right)+\frac{\mathrm{i\ω}}{2v\left(s\right)}K\left(s\right)n^2-\frac{n^2}{L^2\left(s\right)}\}---\left(3\right)$

其中：

$A\left(s\right)=\frac{\mathrm{\ψ}}{\sqrt{\mathrm{\ρ}\left(s\right)v\left(s\right)q\left(s\right)}}---\left(4\right)$

K(s)＝v(s)Re[p(s)/q(s)](5)

$L\left(s\right)={\left\{\frac{\mathrm{\ω}}{2}\mathrm{Im}\right[p\left(s\right)/q\left(s\right)\left]\right\}}^{-(1/2)}---\left(6\right)$

式中A为高斯射线束振幅，K表示射线束的波前曲率，L表示射线的有效半宽度，L决定了高斯射线束振幅在中心射线附近的分布，由于振幅分布类似于高斯分布故而得名为高斯射线束。这样可以利用上面的公式进行高斯射线束的正演。

本发明的实施例提供一种基于高斯射线束目的层能量照明的补炮方法。图3所示为本实施例的补炮方法的步骤流程图。

首先，在步骤S101中根据现有地质资料建立勘探区域的三维地质模型，基于炮点高斯射线束对地质模型做照明分析，确定目的层面元偏移能量。

其中，三维地质建模是本实施例的后续步骤中照明和偏移的基础。本实施例主要针对射线束进行建模，因此需要确定三维块状地质模型。

三维建模的基本方法是利用插值构造层位、断层曲面，通过裁剪、缝合建立拓扑一致的曲面模型，利用自动三维块体追踪方法建立三维块体模型。具体来说，利用过工区的深度域解释剖面或深度域层位数据/时间域层位数据得到中深层构造模型，其中，时间域数据需要时深尺进行时深转换；然后，利用GIS高程或SPS检波点坐标生成真实地表模型。进而设定每一地层的纵波速度、横波速度和密度，得到三维块状地质模型。

利用高斯射线束进行正向照明，可以将虚拟检波器放置在反射界面或地表来计算虚拟检波器所接收到的能量，确定目的层面元偏移能量。

以下参考图4详细说明步骤S101中确定目的层面元偏移能量的具体过程。

首先，在子步骤S1011中基于炮点高斯射线束对地质模型做照明分析，确定入射到每一目的层面元的全部高斯射线束的入射能量。

具体而言，如图5a所示，统计所有入射到目的层的高斯射线束，从而分别统计覆盖每一目的层面元的全部高斯射线束。叠加计算入射到每一目的层面元上的全部高斯射线束的入射能量，得到每一目的层面元入射能量ECell(x,y)，形成图6a所示的多束射线的入射照明结果。

接下来，执行子步骤S1012，计算经由目的层反射之后，由每一地表检波器接收的覆盖检波器所在网格范围的高斯射线束能量。即计算检波器的接收能量，也就是检波器接收到来自炮点的能量。

如图5b所示，统计所有通过目的层反射至地表的高斯射线束，分别统计覆盖每一地表检波器所在网格范围的高斯射线束。叠加计算由每一地表检波器接收的全部高斯射线束的入射能量，得到每一地表检波器的接收能量ERecv(x,y)，形成图6b所示的多束射线的接收照明结果。

随后，在步骤S1013中根据入射到一个目的层面元的并且由全部地表检波器接收的高斯线束能量确定目的层面元偏移能量，即通过面元反射且被地表检波器接收到的可用于实现偏移成像的有效能量。

如图5c中所示，面元偏移能量是指震源激发的地震波通过目的层面元反射后，被观测***中多个检波器接收到的能量总和，代表了真正可以用于成像地下面元的有效接收能量。

具体来说，首先计算每一目的层面元入射能量占炮点射线束总入射能量的比值PCell(i,j)。

统计每一地表检波器的接收能量，计算所有地表检波器接收的由一个目的层面元反射的来自每一炮点的高斯射线束能量，然后叠加计算由一个目的层面元反射的来自所有炮点的高斯射线束能量，获得一个目的层面元的有效反射能量。

最后，计算该目的层面元的有效反射能量与该目的层面元的入射能量占炮点高斯射线束总入射能量的比值的乘积，得到该目的层面元的面元偏移能量：

$\mathrm{ECellRecv}(i,j)=\underset{p=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{ER}\left(p\right)\·\mathrm{PCell}(i,j)---\left(7\right)$

其中，(i，j)表示目的层中的水平坐标，p为目的层面元反射到地面的射线束编号，ER(p)为目的层面元内第p条射线束反射到达地面被所有检波器接收能量叠加总和，N为目的层面元反射到地面的射线束的总数，表示目的层面元的有效反射能量。

ER(p)的数值可以根据表达式(1)至(6)来计算，再根据表达式(7)可获得图6c所示的多束射线的偏移照明结果。这样以来，可以基于高斯束射线束的照明技术对三维地质模型进行分析，获得目的层的偏移能量分布。

与现有技术相比，本实施例中提出目的层面元偏移能量的概念用于表征真正可用于地面成像的地下面元有效接收能量，从而可以定量评价观测***设计的优劣，更合理地设计观测***参数。同时面元偏移能量的提出使得地震采集与资料处理成像更加一体化，为以成像为目的的地震采集设计提供依据。

随后，执行步骤S102，统计目的层面元偏移能量分布情况以圈定目的层中能量弱区。

具体的，首先选定地震勘探的目的层，即此次地震勘探主要想解决地下哪一目的层的地质问题，然后针对选定的地下目的层进行面元偏移能量统计，根据地质区域的实际构造或者勘探目的设定能量弱区的阈值，圈定目的层中能量弱区。

接下来，在步骤S103中根据各炮点对能量弱区的照明参考值确定目的层中能量弱区对应的补炮区域。

首先设定炮点照射到能量弱区的能量阈值。例如可以根据炮点照射能量占区域总能量的60％作为能量阈值。

然后统计到达目的层能量弱区的高斯射线束对应的炮点，分别计算到达目的层能量弱区的来自各炮点的高斯射线束能量与能量弱区总入射能量的比值，获得各炮点对能量弱区的照明参考值。选择对能量弱区的照明参考值大于或等于预设阈值的炮点组成地表补炮区域。

最后，执行步骤S104，在补炮区域的原有炮点网格中等间隔设置补炮炮点。

优选的，在地表补炮区域的原有的两个相邻炮点的中间位置设置一个补炮炮点，这样设置加密炮点可使得原有炮点网格加密一倍。不限于此，也可在原有的两个相邻炮点的中间位置设置两个补炮炮点，或者更多，可根据实施成本具体设定。如此以来，可以通过在补炮区域加密炮点，使得目的层中照明能量弱的位置得到补偿，提高地震资料的信噪比。

工程实例

下面以DEH地区为例，详细说明整个补炮过程。观测***参数如下表1所示。

表1

通过过工区的三条深度剖面建立一个三维构造模型(如图7所示)。图8是补炮前观测***对目的层照明的分布，从图8可知，面元偏移能量分布差别很大，因此选中图中黑圆圈所示位置进行补炮演示。图9为补炮后的目的层能量的分布，可知黑圆圈位置能量得以补偿(补偿炮数为100炮，以目的层最大能量为标准)。图10a和图10b为地面补炮位置和补炮数的放大显示，从图中可以看到，补炮的位置都是在原先炮点网格加密后的位置，使得原有炮点网格成倍加密。对比图8和图9可以看出，本发明可以准确圈定目的层的能量弱区，定量确定补炮数目，从而使得目的层中照明能量弱的位置得到补偿，提高地震资料处理后的信噪比，改善地震采集资料品质。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种基于高斯射线束目的层能量照明的补炮方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据现有地质资料建立勘探区域的三维地质模型，基于炮点高斯射线束对地质模型做照明分析来确定目的层面元偏移能量；

统计目的层面元偏移能量分布情况以圈定目的层中能量弱区；

根据各炮点对能量弱区的照明参考值确定目的层中能量弱区对应的地表补炮区域；

在地表补炮区域的原有炮点网格中等间隔设置补炮炮点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于炮点高斯射线束对地质模型做照明分析来确定目的层面元偏移能量的步骤包括：

基于炮点高斯射线束对地质模型做照明分析，确定入射到每一目的层面元的全部高斯射线束的入射能量；

计算经由目的层反射之后，由每一地表检波器接收的覆盖检波器所在网格范围的高斯射线束能量；

根据入射到一个目的层面元的并且由全部地表检波器接收的高斯线束能量确定目的层面元偏移能量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于炮点高斯射线束对地质模型做照明分析，确定入射到每一目的层面元的全部高斯射线束的入射能量包括：

统计入射到目的层的全部高斯射线束；

分别统计覆盖每一目的层面元的高斯射线束；

叠加计算入射到每一目的层面元的高斯射线束的入射能量，得到每一目的层面元入射能量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算经由目的层反射之后，由每一地表检波器接收的覆盖检波器所在网格范围的高斯射线束能量包括：

统计通过目的层反射至地表的所有高斯射线束；

分别统计覆盖每一地表检波器所在网格范围的高斯射线束；

叠加计算由每一地表检波器接收的全部高斯射线束的入射能量，得到每一地表检波器的接收能量。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据入射到一个目的层面元的并且由全部地表检波器接收的高斯线束能量确定目的层面元偏移能量包括：

计算每一目的层面元入射能量占炮点高斯射线束总入射能量的比值；

统计每一地表检波器的接收能量，计算所有地表检波器接收的由一个目的层面元反射的来自每一炮点的高斯射线束能量；

叠加计算由目的层面元反射的来自所有炮点的高斯射线束能量，获得目的层面元的有效反射能量；

由目的层面元的有效反射能量与目的层面元的入射能量占炮点高斯射线束总入射能量的比值的乘积得到目的层面元的面元偏移能量。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据各炮点对能量弱区的照明参考值确定目的层中能量弱区对应的补炮区域包括：

统计入射到目的层能量弱区的高斯射线束对应的炮点；

分别计算入射到目的层能量弱区的来自各炮点的高斯射线束能量与能量弱区总入射能量的比值，获得各炮点对能量弱区的照明参考值；

选择对能量弱区的照明参考值大于或等于预设能量阈值的炮点组成地表补炮区域。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述在补炮区域的原有炮点网格中等间隔设置补炮炮点为：

在地表补炮区域的原有的两个相邻炮点的中间位置设置一个补炮炮点。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据现有地质资料建立勘探区域的三维地质模型包括：

利用现有地质资料分别构建中深层构造模型和地表模型；

设定每一地层的纵波速度、横波速度和密度，获得三维块状地质模型。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述目的层面元的面元偏移能量表示为：

$\mathrm{ECellRecv}(i,j)=\underset{p=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{ER}\left(p\right)\·\mathrm{PCell}(i,j)$

其中，(i，j)表示目的层中的水平坐标，p为目的层面元反射到地表的射线束编号，ER(p)为目的层面元内第p条射线束反射到达地面被所有检波器接收能量叠加总和，N为目的层面元反射到地面的射线束的总数，PCell(i,j)表示目的层面元入射能量占炮点射线束总入射能量的比值。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设能量阈值为60％。