CN115061189A - 基于量子测量的地震波采集方法与*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于量子测量的地震波采集***与方法，涉及地震波数据采集领域。具体步骤为：确定量子态地震波采集区域；在采集区域中，布置激发单元与接收单元，利用量子态随机采集与几何态规则采集在时间‑空间域叠加，实现多态式地震波采集；在地震波采集过程中，利用炮道密度控制空间采样和小面元覆盖次数，得到地震波数据；存储所述地震波数据。本发明在利用反射波获取层状介质信息的同时，均衡利用绕射波、散射波获取非层状介质的信息，提高了地震探测精度。
Description
技术领域
本发明涉及地震波数据采集技术领域，更具体的说是涉及一种基于量子测量的地震波采集方法与***。
背景技术
地震数据采集是地震勘探最主要的基础工作，对于反射波地震勘探技术而言，遵循层状介质假设，以提高界面成像准确性和提高薄互层垂向分辨能力为主要目标，在地下地质界面满足菲涅尔带内反射波相干叠加条件下，地震采集是基于射线路径计算的稀疏态测量活动。只要在地表稀疏部署炮点与检波器，精确计算每个共中心点(CMP)道集接收的反射波传播旅行时，就可以实现地下反射界面的准确归位。
但是，反射地震波不足以描述复杂的地质结构，地壳由多尺度地质体构成，地震波在地壳介质中呈反射、绕射、散射等多态式的传播特征。使用稀疏、规则的炮点线、检波器线采集方式，不能解决地下1-10米级别或更小尺度地质体空间采样，也不利于绕射波、散射波等弱信号的采集。因此，目前的地震波采集方法制约了高精度地震勘探技术的发展，不能满足高质量油气资源开发和矿藏资源开采的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于量子测量的地震波采集方法与***，以解决背景技术中的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于量子测量的地震波采集方法，具体步骤包括如下：
确定量子态地震波采集区域；
在采集区域中，布置激发单元与接收单元，利用量子态炮点、检波点局部随机采集与几何态炮点、检波点线束状规则采集在时间-空间域叠加，通过统一近地表条件，实现多态式地震波采集；
在地震波采集过程中，利用炮道密度控制空间采样和小面元覆盖次数，得到地震波数据；
在数据整理单元存储所述地震波数据。
可选的，还包括针对采集区域的多域信号接收。
可选的，还包括针对采集区域的特定目标进行多次地震波采集。
可选的，将激发点与检波点局部随机布设，炮点间距、检波点间距在固定范围不均匀变化，实现采集区域的小面元、小道距、小偏移距、高覆盖采样。
可选的，还包括采用偏移距与多次覆盖在地震波采集过程中进行多域控制，实现近偏增加小面元覆盖次数、远偏借大面元道集、小面元道数、能量均衡。
另一方面，提供一种基于量子测量的地震波采集***，包括区域确定模块、采集模块、第一信号增强模块、数据整理模块；其中，
所述区域确认模块，利用前期几何态地震采集数据，经地震处理、解释与地质分析，用于限定量子态地震波采集范围；
所述采集模块，用于在采集区域中，布置激发单元与接收单元，利用量子态随机采集与几何态规则采集在时间-空间域叠加，实现多态式地震波采集；
所述第一信号增强模块，用于在地震波采集过程中，利用炮道密度控制空间采样和小面元覆盖次数，得到地震波数据；
所述数据整理模块，用于存储所述地震波数据。
可选的，还包括观测***设计模块，用于确定炮检点空间分布及炮检点之间关系，在采集过程中进行实时调整。
可选的，还包括第二信号增强模块，利用多域信号接收，利用多次地震波采集，增强地震波中的弱信号。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于量子测量的地震波采集***与方法，具有以下有益的技术效果：
(1)本发明采用炮道密度控制空间采样与多次覆盖，按照地质对象尺度在空间上可以无限细分，激发点与检波点局部随机布设，实现地面地震测量的空间采样间隔多级细分，或者说达到连续采样密度，满足量子测量的波粒二象性要求。
(2)本发明采用规则与非规则观测***叠加模式，既保证了量子测量的统计性又控制了量子测量的不确定性，确保测量结果塌陷在适当的量子态。
(3)本发明采用偏移距与多次覆盖等多域控制，实现了近偏高覆盖，有利于绕射波、散射波等弱信号采集，有利于对局域性的弱信号增强。
(4)本发明支持地震采集多次叠加，考虑勘探对象的复杂性及量子测量的可叠加性，支持多期、多观测***激发与接收，不仅提高数据密度，还大幅度节约采集成本。
(5)本发明支持更高精度地震勘探，目前地震勘探技术的横向分辨能力下限是10-100米，本方法可使地震横向分辨能力提高一个数量级，达到1-10米，描述目标体岩性、物性、含流体性变化，服务矿藏资源开发(图5)。
(6)本发明支持多期时移地震，可实现N维地震数据采集，可广泛应用于地质基础工程的监测与矿藏资源开发工程监测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的多态式地震波采集示意图；
图3(a)为炮点间距、检波点间距规则布设示意图；
图3(b)为本发明的炮点间距、检波点间距局部随机布设示意图；
图4(a)为本发明的常规反射波地震成像图；
图4(b)为本发明的多态式地震成像图；
图5为本发明的***结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
本发明实施例公开了一种基于量子测量的地震波采集方法，如图1所示，具体步骤包括如下：
S1、确定量子态地震波采集区域；
S2、在采集区域中，布置激发单元与接收单元，利用量子态炮点、检波点局部随机采集与几何态炮点、检波点线束状规则采集在时间-空间域叠加，实现多态式地震波采集；
S3、在地震波采集过程中，利用炮道密度控制空间采样和小面元覆盖次数，得到地震波数据；
S4、整理和存储地震波数据。
具体的，利用前期几何态地震采集数据，经地震处理、解释与地质分析，确定量子态地震波采集区域；考虑目标的局域性以及地震采集成本，范围一般选择1+或者10+平方千米为宜。
在采集区域中，布置激发单元与接收单元，利用量子态随机采集与几何态规则采集在时间-空间域叠加，实现多态式地震波采集；为控制量子测量导致***结果的不确定性，或者引导***结果按照一定的量子态塌陷，需要规则测量与局部随机测量结合，采用多观测***设计，例如大偏移距(6000米)、大道间距(40米)、大炮点距(80米)规则的线束状炮点、检波点布设与小偏移距(0-1000米)、小道间距(0-5米)、小炮点距(0-50米)局部随机的炮点、检波点布设相结合，实现多态式地震波采集，如图2所示；
在采集过程中，利用炮道密度控制空间采样和小面元覆盖次数，将激发点与检波点局部随机布设，炮点间距、检波点间距在固定范围不均匀变化，实现采集区域的小面元、小道距、小偏移距、高覆盖采样，还包括采用偏移距与多次覆盖在地震波采集过程中进行多域控制，实现近偏增加小面元覆盖次数、远偏借大面元道集、小面元道数、能量均衡。由此产生的共中心点道集具备空间离散特征，满足多面元划分的要求，由于抽取的CMP(共中心点)道集可实现多面元划分，一般选需要分辨最小尺度的1/2为最佳面元，得到地震波数据。
进一步的，波粒二象性(wave-particle duality)是量子测量的重要特征，地质对象的尺度在空间上可以无限细分，理论上讲，地面地震测量的空间采样间隔也趋于无限小，或者说达到连续采样密度。实现地震空间采样间隔超密集或者连续采样，需要结合两种操作方式，如图3(a)、图3(b)所示，其一是非严格按炮线与检波线激发、接收的方式，按照局部随机理念，炮点间距、检波点间距可在一定范围变化且不均匀，由此产生的共中心点道集具备空间离散特征，满足多面元划分的要求，由此产生基本面元和最佳面元两个概念，基本面元是指能满足空间分辨率最低要求的采样间隔，一般等于规则采集的面元，最佳面元是指满足空间分辨率最佳要求的采样间隔，一般选需要分辨最小尺度的1/2。其二是局部随机理念，炮点间距、检波点间距可在一定范围变化且不均匀，由于弱信号依靠多次叠加，再小的面元划分都需要以面元内覆盖次数为保证。理解炮道密度最方便的是两个相互关联的公式：
炮道密度＝单位面积面元数*覆盖次数 (1)
炮道密度＝单位面积的总炮数*总道数 (2)
公式(1)表明，炮道密度主要受单位面积的面元数控制，覆盖次数由规则采集与随机采集两部分构成，以实现近偏移距弱信号增强为依据。每平方千米按照1米*1米间距划分面元，总共有100万个面元，若需100次覆盖，炮道密度是1亿次/每平方千米。公式(2)表明，炮道密度是每炮所接收的道数与总炮数的乘积，为实现1亿次/每平方千米的炮道密度有多种组合方式，可以是1万道接收联合1万次激发，也可以是10万道接收，1千次激发，需要综合技术评价、环保要求、设备投入与消耗材料投入等多因素。
量子测量另外的重要特征是局域性(localization)，地震勘探虽无法定义绕射波、散射波的确切位置，但知道可能出现在近偏移距道集或者自激自收道集上。采用区域规则采集与局部随机采集数据融合等控制，就可以实现近偏高覆盖，有利于绕射波、散射波等多态式弱信号采集，有利于局域性信号增强。
量子测量的重要特征还包括叠加性(superposition)，地震采集可以一次完成也可以通过多次采集完成。在量子测量概念下，针对局部目标实施多次地震采集，可以实现1亿地震道/每平方千米或者更高的炮道密度。同时，针对特定目标的多次采集实现了在局限空间的弱移动，用时间换取高采样密度，用时间降低采集成本，确保量子测量技术在地震勘探中物理可实现。如图4(a)、图4(b)所示，可以看出，使用本发明方法进行地震波采集，提高了采集的精度。
不同于经典的精确测量方法，量子测量是指测量本身即是物理***的一部分，并对***的状态产生影响，量子态是描述一个孤立***的状态，它包含了***所有的信息，根据波恩的波函数统计解释，只要知道***量子态的信息，就能给出对***进行测量的结果。量子***不仅用于描述微观世界也适用于描述宏观世界，研究认为，对由大量处于某种状态的量子体系构成之大体系的宏观测量，可用作对量子理论及测量原理的检验。就地震勘探而言，通常时间采样为米级，空间采样为十米级，将地震采集按照量子测量理念提高一个数量级，相当于使地震成像精度有数量级的提高。
其次，地壳结构与地震采集构成宏观量子***，***具备量子叠加的特征，即地壳结构在被测量之前，可以同时存在于多种尺度环境下，例如地壳介质一直以来都在用不同的尺度描述，钻井岩心描述为微米、毫米级，测井曲线采样为厘米、分米级；***具备不确定性特征，如进行反射波测量时呈现界面的反射状态，在进行绕射波测量时呈现界面或介质连续性中断处的绕射状态，在进行散射波测量时呈现颗粒体的散射状态；***具备局域性特征，知道特定态式的地震波出现的位置，就可以通过多维度增强，实现弱信号放大；而且，***也具备量子测量特征，即测量本身会影响测量的结果。利用量子***的上述特征即可实现基于量子测量的多态式地震采集。
基于量子测量的地震采集：按照测量本身即是地壳结构地震成像的组成部分，合理利用测量对地壳结构地震成像产生的干扰，获取地壳结构量子态的信息的过程。
在本实施例中，激发单元由可控震源或***机控制的井炮构成；可以实现兼顾井炮与可控震源的宽频激发，在低频端激发频率需要拓展到1.5-3Hz，在高频端提高到140-160Hz，实现超过6个倍频程的宽频激发。
接收单元包括节点仪与采集站，局部大规模、高密度使用节点仪，每平千米方使用的节点仪将达到104个或以上，比常规采集提高1-2个数量级。由于节点仪使用密度高、间距小，需要在低噪声、低功耗、低成本、小体积、集约化等方面有新的突破。
有线采集站将接收到的信息传输到仪器中心记录单元进行记录，无线节点仪为本地接收、本地记录，定期回收。节点仪与采集站联合使用，并且局部使用节点仪在低噪声、低功耗、低成本、小体积等方面有新的突破，保证信号动态范围满足120分贝。
另一方面，提供一种基于量子测量的地震波采集***，如图5所示，包括区域确定模块、采集模块、第一信号增强模块、数据整理模块；其中，
区域确认模块，利用前期几何态地震采集数据，经地震处理、解释与地质分析，用于限定量子态地震波采集范围；
采集模块，用于在采集区域中，布置激发单元与接收单元，利用量子态随机采集与几何态规则采集在时间-空间域叠加，实现多态式地震波采集；
第一信号增强模块，用于在地震波采集过程中，利用炮道密度控制空间采样和小面元覆盖次数，得到地震波数据；
数据整理模块，用于存储地震波数据。
进一步的，还包括观测***设计模块，用于确定炮检点空间分布及炮检点之间关系，在采集过程中进行实时调整。
更进一步的，还包括第二信号增强模块，利用多域信号接收，利用多次地震波采集，增强地震波中的弱信号。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种基于量子测量的地震波采集方法，其特征在于，具体步骤包括如下：
确定量子态地震波采集区域；
在采集区域中，布置激发单元与接收单元，利用量子态炮点、检波点局部随机采集与几何态炮点、检波点线束状规则采集在时间-空间域叠加，实现多态式地震波采集；
在地震波采集过程中，利用炮道密度控制空间采样和小面元覆盖次数，得到地震波数据；
整理和存储所述地震波数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于量子测量的地震波采集方法，其特征在于，还包括针对采集区域的多域信号接收。
3.根据权利要求1所述的一种基于量子测量的地震波采集方法，其特征在于，还包括针对采集区域的特定目标进行多次地震波采集。
4.根据权利要求1所述的一种基于量子测量的地震波采集方法，其特征在于，将激发点与检波点局部随机布设，炮点间距、检波点间距在固定范围不均匀变化，实现采集区域的密集采样。
5.根据权利要求1所述的一种基于量子测量的地震波采集方法，其特征在于，还包括采用偏移距与多次覆盖在地震波采集过程中进行多域控制。
6.一种基于量子测量的地震波采集***，其特征在于，包括区域确定模块、采集模块、第一信号增强模块、数据整理模块；其中，
所述区域确定模块，利用前期几何态地震采集数据，经地震处理、解释与地质分析，用于限定量子态地震波采集范围；
所述采集模块，用于在采集区域中，布置激发单元与接收单元，利用量子态随机采集与几何态规则采集在时间-空间域叠加，实现多态式地震波采集；
所述第一信号增强模块，用于在地震波采集过程中，利用炮道密度控制空间采样和小面元覆盖次数，得到地震波数据；
所述数据整理模块，用于存储所述地震波数据。
7.根据权利要求6所述的一种基于量子测量的地震波采集***，其特征在于，还包括观测***设计模块，用于确定炮检点空间分布及炮检点之间关系，在采集过程中进行实时调整。
8.根据权利要求6所述的一种基于量子测量的地震波采集***，其特征在于，还包括第二信号增强模块，利用多域信号接收，利用多次地震波采集，增强地震波中的弱信号。
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