專利名稱：基于地質(zhì)地球物理模型的三維地震觀測系統(tǒng)優(yōu)化設計方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及石油天然氣和其它礦產(chǎn)資源及地質(zhì)工程中三維地震勘探的一種技術(shù)設計優(yōu)化方法，特別是一種基于地質(zhì)地球物理模型的三維地震觀測系統(tǒng)優(yōu)化設計方法。
背景技術(shù)：
地震勘探三大環(huán)節(jié)是采集、處理與解釋。采集是基礎；地面上震源激發(fā)點位組成的激發(fā)系統(tǒng)和檢波器接收點位組成的接收系統(tǒng)，必須通過正確的幾何分布，即優(yōu)化的地震觀測系統(tǒng)，才能采集到有效的完整的地下地質(zhì)構(gòu)造信息。因此，觀測系統(tǒng)在地震勘探中起重要作用，它的設計優(yōu)劣直接關(guān)系到勘探任務的成敗。又因為三維地震工作量大、投資高，三維工區(qū)往往布置在復雜構(gòu)造地區(qū)，所以三維觀測系統(tǒng)優(yōu)化設計就倍為重要。
至今，國內(nèi)外廣為采用的三維觀測系統(tǒng)設計軟件多是以水平層狀地質(zhì)模型和共中心點(CMP)疊加原理為基礎的，它們不適用于復雜構(gòu)造、大傾角地層的三維地震技術(shù)設計。在復雜構(gòu)造情況下，應用這類設計方案，不僅不能得到高質(zhì)量的地震成像，甚至可能得出錯誤的地震成像結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的使提供一種基于地質(zhì)地球物理模型的三維地震觀測系統(tǒng)優(yōu)化設計方法。
該方法以勘探地區(qū)先驗的三維地質(zhì)和地球物理模型為基礎，采用數(shù)值模擬與物理模擬聯(lián)合正演技術(shù)，根據(jù)共反射點(CRP)原理，以地質(zhì)目標高質(zhì)量地震成像為評價標準，將三維地震采集技術(shù)設計方案與地震數(shù)據(jù)處理的成像質(zhì)量直接聯(lián)系起來，以此實現(xiàn)優(yōu)化三維觀測系統(tǒng)設計這一采集技術(shù)目標。
本發(fā)明提供的基于地質(zhì)地球物理模型的三維地震觀測系統(tǒng)優(yōu)化設計方法包括以下步驟A)根據(jù)勘探地區(qū)現(xiàn)有的勘探成果，即復雜地質(zhì)構(gòu)造和復雜地質(zhì)體形態(tài)及其地球物理參數(shù)建立先驗的地質(zhì)地球物理模型；B)以上述地質(zhì)地球物理模型為勘探目標，設計兩種或多種三維地震數(shù)據(jù)采集的觀測系統(tǒng)；C)以該模型作為三維地震觀測對象，按照觀測系統(tǒng)設計所要求的技術(shù)參數(shù)和施工圖形在實驗室模擬野外地震數(shù)據(jù)采集過程，獲得模擬的野外原始地震記錄，具體作法是采用虛譜法三維波動方程數(shù)值模擬與三維地震物理模型模擬兩種方法聯(lián)合正演來完成這一數(shù)據(jù)采集工作；D)對采集的數(shù)據(jù)進行三維地震數(shù)據(jù)處理，其中以共反射點為基礎，對數(shù)據(jù)進行疊前深度偏移處理，得到地震處理幾種成像結(jié)果；E)以先驗的地質(zhì)地球物理模型作為評價與對比標準，以信噪比、分辨率和構(gòu)造形態(tài)特征作為技術(shù)分析主要內(nèi)容，對地震處理幾種成像結(jié)果進行成像質(zhì)量的綜合對比評價，經(jīng)過對比，確定其中一個最佳地震成像結(jié)果。
此外，上述步驟E)還包括如果這個成像結(jié)果還沒有達到地震勘探的目標要求，則修改原先的三維觀測系統(tǒng)設計方案，隨后重新進行三維地震數(shù)據(jù)采集處理工作；如果這個成像結(jié)果已經(jīng)達到地震勘探的目標要求，則輸出三維地震觀測系統(tǒng)優(yōu)化設計流程圖。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明，以便于進一步理解本發(fā)明的上述目的、特點以及由此帶來的優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的基于地質(zhì)地球物理模型的三維地震觀測系統(tǒng)優(yōu)化設計方法的流程圖；圖2(a)是根據(jù)先驗資料制作的千米橋潛山構(gòu)造物理模型；圖2(b)是南北方向穿過潛山頂部的二維337測線地質(zhì)剖面圖；圖3是在337測線上分別采用虛譜法三維波動方程正演模擬和采用三維地震物理模擬所得到的地震記錄；圖4是三種觀測系統(tǒng)采集的地震數(shù)據(jù)水平疊加成像結(jié)果(337線)，其中圖4(a)是8線2炮縱24次橫1次觀測系統(tǒng)；圖4(b)是8線4炮縱24次橫2次觀測系統(tǒng)；圖4(c)是8線8炮縱24次橫2次觀測系統(tǒng)；圖5是不同寬窄度三維采集的地震數(shù)據(jù)偏移成像結(jié)果(圓丘頂部成像的水平切片圖)，其中，圖5(a)是窄三維采集的地震數(shù)據(jù)偏移，圖5(b)是寬三維采集的地震數(shù)據(jù)偏移。
具體實施例方式
中國石油天然氣集團公司物探重點實驗室從1996年開始探索一種針對勘探地區(qū)具體的復雜地質(zhì)構(gòu)造為目標的，以CRP地震成像為基礎的，新的三維采集技術(shù)設計方法，該方法工作流程如圖1所示。
首先根據(jù)勘探地區(qū)現(xiàn)有的勘探成果(復雜地質(zhì)構(gòu)造和復雜地質(zhì)體形態(tài)及其地球物理參數(shù))建立先驗的地質(zhì)地球物理模型，通常建立地下介質(zhì)的地震速度模型；第二步以上述地質(zhì)地球物理模型為勘探目標，設計兩種或多種三維地震數(shù)據(jù)采集的觀測系統(tǒng)；第三步以該模型作為三維地震觀測對象，按照觀測系統(tǒng)設計所要求的技術(shù)參數(shù)和施工圖形在實驗室模擬野外地震數(shù)據(jù)采集過程，本方法特點是采用數(shù)學計算和物理實驗兩種方法模擬野外地震施工，獲得模擬的野外原始地震記錄(參見圖3)，具體是采用虛譜法三維波動方程數(shù)值模擬與三維地震物理模型模擬兩種方法聯(lián)合正演來完成這一數(shù)據(jù)采集工作；第四步是對采集的數(shù)據(jù)進行三維地震數(shù)據(jù)處理，處理原理以共反射點(CRP)為基礎，核心技術(shù)為疊前深度偏移處理，即一種當前流行的地震成像技術(shù)，從而得到地震處理幾種成像結(jié)果；第五步以先驗的地質(zhì)地球物理模型作為評價與對比標準，以信噪比、分辯率和構(gòu)造形態(tài)特征作為技術(shù)分析主要內(nèi)容，對地震處理幾種成像結(jié)果進行成像質(zhì)量的綜合對比評價，經(jīng)過對比，確定其中一個最佳地震成像結(jié)果；如果這個成像結(jié)果還沒有達到地震勘探的目標要求，則要修改原先的三維觀測系統(tǒng)設計方案，隨后重新進行三維地震數(shù)據(jù)采集處理工作；如果這個成像結(jié)果已經(jīng)達到地震勘探的目標要求，則它所對應的三維觀測系統(tǒng)就是該地區(qū)三維地震勘探優(yōu)化設計的最后結(jié)果，隨后輸出三維地震觀測系統(tǒng)優(yōu)化設計工作流程圖。此時，整個優(yōu)化設計工作也同時宣告完成。
三維地震觀測系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容是三維觀測模板(幾線、幾炮制)選擇和三維觀測系統(tǒng)參數(shù)設計。三維觀測系統(tǒng)參數(shù)主要有三維地震觀測寬窄度、面元尺寸、覆蓋或照明次數(shù)、照明度、地震道總數(shù)、最大炮檢距等。在確定三維地震觀測寬窄度N時，利用申請人提出的下列公式N=θ2π(C1LcLi+C2ncni)]]>式中Lc/LI-排列片橫縱比；nc/nI-覆蓋次數(shù)橫縱比；C1-與排列片橫縱比有關(guān)的系數(shù)；C2-與覆蓋次數(shù)橫縱比有關(guān)的系數(shù)，且C2＝1-C1，一般可取C1＝C2＝0.5；θ-子區(qū)中心面元方位角分布范圍(弧度)。當N＜0.5時為窄方位觀測系統(tǒng)；
N≥0.5時為寬方位觀測系統(tǒng)；N≥0.85時為全方位觀測系統(tǒng)；結(jié)合我國東西部復雜地區(qū)的油氣勘探任務，中國石油天然氣集團公司(CNPC)物探重點實驗室多次將這一方法應用到實際的三維地震技術(shù)設計中，例如大港千米橋潛山模型，新疆車排子地區(qū)逆掩斷裂帶模型，新疆伊奇克里克褶皺沖斷帶模型，江蘇句容和洪澤的復雜斷塊模型等，均取得了很好的效果。下面以大港千米橋潛山構(gòu)造三維地震觀測系統(tǒng)優(yōu)化設計為例，對這一方法作一簡單介紹。
圖2(a)為根據(jù)先驗資料制作的千米橋潛山構(gòu)造物理模型，圖2(b)為南北方向穿過潛山頂部的二維337測線地質(zhì)剖面圖。圖3是在337測線上分別采用虛譜法三維波動方程正演模擬和采用三維地震物理模擬所得到的地震記錄，比較這兩張記錄，可以認為兩者是相似的。對該地區(qū)采用了幾種不同的觀測系統(tǒng)進行了三維地震數(shù)據(jù)采集工作，通過處理，得到了不同的地震成像結(jié)果(見圖4和圖5)。隨后以地質(zhì)目標作為標準，對各種成像結(jié)果進行評價，優(yōu)化觀測系統(tǒng)設計。例如圖4(c)的圖像信噪比比圖4(b)和圖4(a)的高，則應該認為圖4(c)相對應的觀測系統(tǒng)是其中最佳的；又例如圖5(b)圓丘頂部成像比較好，聚焦質(zhì)量比圖5(b)高，說明應該選擇寬方位三維觀測系統(tǒng)進行地震施工。上述的一些實際應用表明本方法適用范圍廣泛，應用效果良好，對指導石油天然氣地震勘探實際生產(chǎn)、提高油氣勘探成功率具有現(xiàn)實意義。
權(quán)利要求
1.一種基于地質(zhì)地球物理模型的三維地震觀測系統(tǒng)優(yōu)化設計方法，包括以下步驟A)根據(jù)勘探地區(qū)現(xiàn)有的勘探成果，即復雜地質(zhì)構(gòu)造和復雜地質(zhì)體形態(tài)及其地球物理參數(shù)建立先驗的地質(zhì)地球物理模型；B)以上述地質(zhì)地球物理模型為勘探目標，設計兩種或多種三維地震數(shù)據(jù)采集的觀測系統(tǒng)；C)以該模型作為三維地震觀測對象，按照觀測系統(tǒng)設計所要求的技術(shù)參數(shù)和施工圖形在實驗室模擬野外地震數(shù)據(jù)采集過程，獲得模擬的野外原始地震記錄，具體作法是采用虛譜法三維波動方程數(shù)值模擬與三維地震物理模型模擬兩種方法聯(lián)合正演來完成這一數(shù)據(jù)采集工作；D)對上述采集的數(shù)據(jù)進行三維地震數(shù)據(jù)處理，其中以共反射點為基礎，對采集的數(shù)據(jù)進行疊前深度偏移處理，得到地震處理幾種成像結(jié)果；E)以先驗的地質(zhì)地球物理模型作為評價與對比標準，以信噪比、分辨率和構(gòu)造形態(tài)特征作為技術(shù)分析主要內(nèi)容，對所述地震處理幾種成像結(jié)果進行成像質(zhì)量的綜合對比評價，經(jīng)過對比，確定其中一個最佳地震成像結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟E)還包括如果成像結(jié)果還沒有達到地震勘探的目標要求，則修改原先的三維觀測系統(tǒng)設計方案，隨后重新進行三維地震數(shù)據(jù)采集處理工作；如果成像結(jié)果已經(jīng)達到地震勘探的目標要求，則輸出三維地震觀測系統(tǒng)優(yōu)化設計流程圖。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于地質(zhì)地球物理模型的三維地震觀測系統(tǒng)優(yōu)化設計方法,包括以下步驟:A)建立先驗的地質(zhì)地球物理模型;B)設計兩種或多種三維地震數(shù)據(jù)采集的觀測系統(tǒng);C)采用虛譜法三維波動方程數(shù)值模擬與三維地震物理模型模擬兩種方法聯(lián)合正演來完成數(shù)據(jù)采集工作;D)以共反射點為基礎,對采集的數(shù)據(jù)進行疊前深度偏移處理,得到地震處理幾種成像結(jié)果;E)對所述地震處理幾種成像結(jié)果進行成像質(zhì)量的綜合對比評價,經(jīng)過對比,確定其中一個最佳地震成像結(jié)果。本方法適用范圍廣泛,應用效果良好,對指導石油天然氣地震勘探實際生產(chǎn)、提高油氣勘探成功率具有現(xiàn)實意義。
文檔編號G01V1/00GK1337583SQ0112044
公開日2002年2月27日 申請日期2001年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月13日
發(fā)明者牟永光, 狄?guī)妥? 魏建新, 顧培成 申請人:石油大學(北京)