CN114814931A - 一种观测***排列长度选择方法 - Google Patents

一种观测***排列长度选择方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种观测***排列长度选择方法，包括以下步骤：步骤S101：基于波场传播理论获取地表任意一点的地震响应公式；步骤S102：根据所述地震响应公式，从不同考虑因素确定最佳排列长度的选择准则；步骤S103：利用所述最佳排列长度的选择准则，分别得到所述不同考虑因素的排列长度；步骤S104：综合所述不同考虑因素的排列长度，确定观测***的最佳排列长度为目标层位深度的
Figure DDA0003611435390000011
倍。本发明提出的排列长度的论证方法相对常规参数论证方法具有面向目标层位的更加准确、更具普适性的优点，对于海洋野外高分辨率、高信噪比三维地震勘探具有重要意义。

Description

一种观测***排列长度选择方法
技术领域
本发明涉及野外地质调查和油气资源勘探技术领域，尤其涉及一种观测***排列长度选择方法。
背景技术
野外地质调查及油气资源勘探中观测***参数的选择是获取目标层位高质量成像的关键，特别是合理排列长度的选择对于潜山、凹陷、逆掩推覆等复杂构造区域的成像尤为重要。随着油气资源开发迈向中深层，地震地质条件的复杂程度提高，地震采集精度和分辨率要求随之提高，观测***排列长度的精准确定受到越来越多的关注。过小的排列长度使得有效信息丢失，过大的排列长度受动校拉伸的影响使得优势主频降低并且容易接收到更多的噪音，造成成像质量的降低。传统的观测***排列长度的选择是基于水平叠加理论，此方法的前提是假设地下为水平层状介质，但是该方法对于双复杂区勘探时地震波场会产生严重畸变。而面向地质目标的地震波正演模拟是解决该问题的有效手段，目前正演模拟技术主要基于两个方向，基于射线理论的正演模拟和基于波动理论的正演模拟，两种技术分别在计算效率和计算精度上各有优势，但是在计算精度和计算速度上存在问题。针对以上问题，发展起来了以高斯射线束方法为代表的地震波束理论。既有运动学特征，又有波动力学特征，可以在一定程度上克服射线的盲区效应，提高正演照明精度，同时具有高效性和灵活性，能够适应复杂的地质条件和地震采集***。但是该方法仍然存在问题，比如在参数优化和属性评价等方面不具普适性。
综上所述，以往观测***排列长度的选择方法和技术较复杂，在工程量和普适性方面存在问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于波场传播理论的观测***排列长度选择方法，该更简单、更具有普适性。
一种观测***排列长度选择方法，包括以下步骤：
步骤S101：基于波场传播理论获取地表任意一点的地震响应公式；
步骤S102：根据所述地震响应公式，从不同考虑因素确定最佳排列长度的选择准则；
所述不同考虑因素包括：目标层深度、速度分析精度、动校拉伸、反射波能量、AVO精度；
步骤S103：利用所述最佳排列长度的选择准则，分别得到所述不同考虑因素的排列长度；
步骤S104：综合所述不同考虑因素的排列长度，确定观测***的最佳排列长度为目标层位深度的
Figure BDA0003611435370000021
倍。
进一步地，如上所述的观测***排列长度选择方法，所述步骤S101包括：
步骤1)：考虑地震波在海水中***激发，经过地下某点反射/绕射后，传达到接收拖缆，该点的地震响应用地震绕射理论对该点进行定量分析，则：
水平方向某点的地震响应为：
Figure BDA0003611435370000031
式中，x,y,z为任意反射/绕射点的坐标，单位为m，t为地震波传播时间，单位为s，h为该点的垂直深度,单位为m，c为地震子波振幅，单位为m，单位为m/s，p为拉普拉斯变量,V为地震波速度，单位为m/s，r为震源激发点到反射/绕射点的距离，单位为m，S为反射点所在的反射界面；
步骤2)、根据反射界面位置，将该点响应分为反射波响应和绕射波响应：
Figure BDA0003611435370000032
式中，θ为反射点与地面的夹角，ξ为激发点到反射/绕射点距离的广义定义，单位为m；
步骤3)、根据所述反射波响应和绕射波响应，得到地表任意一点的地震响应公式为：
Figure BDA0003611435370000033
式中，f为地震子波主频，单位为Hz，j为虚数单位。
进一步地，如上所述的观测***排列长度选择方法，所述步骤S102包括：
(1)最大排列长度应该接近于目标层深度，需满足
|x-h|＜ε (4)
式中，ε为任意无穷小的量。
(2)最大排列长度满足速度分析精度要求，即
Figure BDA0003611435370000041
(3)动校拉伸不大于12.5％，即排列长度小于地震波达到目标层的单程路径，即
Figure BDA0003611435370000042
式中,k为动校拉伸系数；
(4)考虑反射波能量和AVO精度。
进一步地，如上所述的观测***排列长度选择方法，所述步骤S103包括：
对所述公式(3)进行分析可知，当目标炮检距有响应时，该公式的最小值应大于等于0，此时应满足：
Figure BDA0003611435370000043
取所述公式(5)不等式中的等式部分带入公式(3)，可得：
Figure BDA0003611435370000044
即振幅响应为与子波主频，目标层深度与速度有关的振幅为正的指数函数，恒大于0，满足速度分析精度要求；
将所述公式(6)带入目标方程(3)可得：
Figure BDA0003611435370000051
由于t0v＜2h，得到F(f，x)＞0，满足动校拉伸的要求；
反射界面入射角小于临界角时，反射能量稳定，同时考虑到保证AVO分析精度的要求，入射角为40°。
与现有技术相比，本发明可以获得以下技术效果：
本发明提供的基于波场传播理论的观测***排列长度选择方法，根据波场传播中的惠更斯原理，即任意一点的波场可以作为新的震源进行传播，可以定义一次、二次、多次震源，并对其进行定量分析，并根据互易定理，将目的层的地震响应与一次震源互换，形成理想观测***下目的层的有效响应，此时可以得到该观测***下的菲涅尔体，满足成像要求，通过以上分析，结合图1中所示的三角关系得到目标层位的最佳排列长度应为目的层深度的
Figure BDA0003611435370000052
倍。
本发明提出的选择方法综合考虑了目标层深度，满足速度分析精度、满足动校拉伸要求、保证反射系数稳定的要求，本发明提出的排列长度的论证方法相对常规参数论证方法具有面向目标层位的更加准确、更具普适性的优点，对于海洋野外高分辨率、高信噪比三维地震勘探具有重要意义。
附图说明
图1为波场特征图；
图2为地震绕射理论对地震响应进行定量分析的原理图；
图3是本申请基于波场传播理论的观测***排列长度选择方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请提供一种基于波场传播理论的观测***目标层位最佳排列长度选择方法。所述确定观测***目标层位最佳排列长度的方法提供由地表任意点的震源激发的地震子波按照球面波场方式进行传播。
在本实施方式中，所述球面波场中任意一点按照惠更斯原理都可以作为新的震源进行传播，由此可以定义一次、二次、多次震源，波场特征。如附图1所示，震源处波场的传播和来自目的层的反射符合附图1中所示的实线和点画线关系，即一次震源激发的波场半径为一次震源到反射点的距离1，根据惠更斯原理，目的层位的反射点会形成二次震源，二次震源激发的波场半径为
Figure BDA0003611435370000061
倍的一次震源到反射点的距离。根据互易定理，可以将目的层的地震响应与一次震源互换，形成理想观测***下目的层的有效地震响应，即附图1中所示的虚线。此时可以形成该观测***下的菲涅尔体，即附图1中所示的粗线段。根据地震绕射理论对图1中所示的理想观测***下目的层的有效地震响应进行定量分析，如附图2所示，得到地表任意位置的地震响应表达式。根据图1所示的波场特征，综合考虑目标层深度、满足速度分析精度要求(5％)、满足动校拉伸要求(12.5％)、考虑反射系数稳定等因素，通过对步骤三中地表任意位置的地震响应表达式的深入分析可以确定观测***最佳排列长度。
如图3所示，本发明实施例提供一种基于波场传播理论的观测***排列长度选择方法，包括以下步骤：
步骤S101：基于波场传播理论获取地表任意一点的地震响应公式；
具体地，该地震响应公式的获取包括以下步骤：
步骤1：考虑地震波在海水中***激发，经过地下某点反射/绕射后，传达到接收拖缆。该点的地震响应可以用地震绕射理论对该点进行定量分析。根据上述分析得到的波场特征，可以给出最大排列长度。
水平方向某点的地震响应为：
Figure BDA0003611435370000071
式中，x,y,z为任意反射/绕射点的坐标，单位为m，t为地震波传播时间，单位为s，h为该点的垂直深度,单位为m，c为地震子波振幅，单位为m，单位为m/s，p为拉普拉斯变量,V为地震波速度，单位为m/s，r为震源激发点到反射/绕射点的距离，单位为m，S为反射点所在的反射界面。
步骤2、根据反射界面位置，将该点响应分为反射波响应和绕射波响应：
Figure BDA0003611435370000081
式中，θ为反射点与地面的夹角，ξ为激发点到反射/绕射点距离的广义定义，单位为m。
步骤3、经过推导，可得地表任意位置的地震响应为：
Figure BDA0003611435370000082
式中，f为地震子波主频，单位为Hz，j为虚数单位。
即，基于惠更斯原理，对波场传播进行分析，可以得到地表任意一点的地震信号的特征，该特征与地下介质目标层深度，层速度和激发地震的子波主频，振幅有关。根据上述公式，我们可以综合各方面因素，更加深入、详细的给出最佳排列长度。
步骤S102：根据所述地震响应公式，从不同考虑因素确定最佳排列长度的选择准则；所述不同考虑因素包括：目标层深度、速度分析精度、动校拉伸、反射波能量、AVO精度。
具体地，从目标层深度、速度分析精度、动校拉伸、反射系数稳定等方面确定最佳排列长度的选择准则，分别为：
(1)最大排列长度应该接近于目标层深度，需满足
|x-h|＜ε (4)
式中，ε为任意无穷小的量。
(2)最大排列长度满足速度分析精度要求，即
Figure BDA0003611435370000091
(3)动校拉伸不大于12.5％，即排列长度小于地震波达到目标层的单程路径，即
Figure BDA0003611435370000092
式中,k为动校拉伸系数。
(4)考虑反射波能量和AVO精度。
步骤S103：利用所述最佳排列长度的选择准则，分别得到所述不同考虑因素的排列长度；
利用所述的最佳排列长度的选择准则，对所述的地表任意位置的地震响应表达式(公式3)进行深入推导和分析，分别得到基于步骤S102所述四个选择准则的排列长度，分别为：
对所述公式(3)进行分析可知，当目标炮检距有响应时，该公式的最小值应大于等于0，此时应满足：
Figure BDA0003611435370000093
取所述公式(5)不等式中的等式部分带入公式(3)，可得：
Figure BDA0003611435370000094
即振幅响应为与子波主频，目标层深度与速度有关的振幅为正的指数函数，恒大于0，满足速度分析精度要求。
将上述公式(6)带入目标方程(3)可得：
Figure BDA0003611435370000101
由于t0v＞2h，得到F(f，x)＞0，满足动校拉伸的要求。
反射界面入射角小于临界角时，反射能量稳定，同时考虑到保证AVO分析精度的要求，入射角最好为40°。
步骤S104：综合所述不同考虑因素的排列长度，确定观测***的最佳排列长度为目标层位深度的
Figure BDA0003611435370000102
倍。
综合考虑以上所述各因素最终确定的观测***的最佳排列长度为目标层位深度的
Figure BDA0003611435370000103
倍，该发明中确定的最佳排列长度由分析波场特征而来，基于的是惠更斯原理，即每一点都被当做新的震源进行传播，因此可以完全满足高分辨、高信噪比的地震采集***的要求。
具体地，首先通过惠更斯原理和震源互易定理得到震源的波场特征。如图1所示，根据波场波场传播理论以及三角函数关系，一次震源与目标层位的距离为1，二次震源形成的波场半径为
Figure BDA0003611435370000104
倍的一次震源与目标层位的距离，根据震源互易定理，在一次震源处存在二次震源的互易震源，互易震源的半径为
Figure BDA0003611435370000105
倍的一次震源与目标层位的距离，而该半径可以作为针对目标层位的最佳排列长度。然后根据地震绕射理论对波场特征进行定量分析得到地表任意位置地震响应的表达式。最后分别从速度分析精度、动校拉伸、AVO等方面对该地震响应的表达式进行具体分析，得到目标层位的排列长度均符合如图1所示的基于波场传播理论得到的目标层位的最佳排列长度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种观测***排列长度选择方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S101：基于波场传播理论获取地表任意一点的地震响应公式；
步骤S102：根据所述地震响应公式，从不同考虑因素确定最佳排列长度的选择准则；
所述不同考虑因素包括：目标层深度、速度分析精度、动校拉伸、反射波能量、AVO精度；
步骤S103：利用所述最佳排列长度的选择准则，分别得到所述不同考虑因素的排列长度；
步骤S104：综合所述不同考虑因素的排列长度，确定观测***的最佳排列长度为目标层位深度的
Figure FDA0003611435360000012
倍。
2.根据权利要求1所述的观测***排列长度选择方法，其特征在于，所述步骤S101包括：
步骤1)：考虑地震波在海水中***激发，经过地下某点反射/绕射后，传达到接收拖缆，该点的地震响应用地震绕射理论对该点进行定量分析，则：
水平方向某点的地震响应为：
Figure FDA0003611435360000011
式中，x,y,z为任意反射/绕射点的坐标，单位为m，t为地震波传播时间，单位为s，h为该点的垂直深度,单位为m，c为地震子波振幅，单位为m，单位为m/s，p为拉普拉斯变量,V为地震波速度，单位为m/s，r为震源激发点到反射/绕射点的距离，单位为m，S为反射点所在的反射界面；
步骤2)、根据反射界面位置，将该点响应分为反射波响应和绕射波响应：
Figure FDA0003611435360000021
式中，θ为反射点与地面的夹角，ξ为激发点到反射/绕射点距离的广义定义，单位为m；
步骤3)、根据所述反射波响应和绕射波响应，得到地表任意一点的地震响应公式为：
Figure FDA0003611435360000022
式中，f为地震子波主频，单位为Hz，j为虚数单位。
3.根据权利要求2所述的观测***排列长度选择方法，其特征在于，所述步骤S102包括：
(1)最大排列长度应该接近于目标层深度，需满足
|x-h|＜ε (4)
式中，ε为任意无穷小的量
(2)最大排列长度满足速度分析精度要求，即
Figure FDA0003611435360000023
(3)动校拉伸不大于12.5％，即排列长度小于地震波达到目标层的单程路径，即
Figure FDA0003611435360000031
式中,k为动校拉伸系数；
(4)考虑反射波能量和AVO精度。
4.根据权利要求3所述的观测***排列长度选择方法，其特征在于，所述步骤S103包括：
对所述公式(3)进行分析可知，当目标炮检距有响应时，该公式的最小值应大于等于0，此时应满足：
Figure FDA0003611435360000032
取所述公式(5)不等式中的等式部分带入公式(3)，可得：
Figure FDA0003611435360000033
即振幅响应为与子波主频，目标层深度与速度有关的振幅为正的指数函数，恒大于0，满足速度分析精度要求；
将所述公式(6)带入目标方程(3)可得：
Figure FDA0003611435360000034
由于t0v＜2h，得到F(f，x)＞0，满足动校拉伸的要求；
反射界面入射角小于临界角时，反射能量稳定，同时考虑到保证AVO分析精度的要求，入射角为40°。
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