專利名稱：一種優(yōu)化垂直地震剖面觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地震勘探技術(shù)，具體是一種優(yōu)化垂直地震剖面觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 的方法。
背景技術(shù)：
垂直地震剖面法(Vertical Seismic Profile,簡稱VSP)是通過地面震源激 發(fā)、井中檢波器接收進(jìn)行地震信號觀測的。與地面地震勘探技術(shù)相比，采集 的地震信號受地表淺層低速層吸收衰減的影響是單程的，故具有更高的分辨 率和保真度。因此在油氣勘探和開發(fā)領(lǐng)域，有良好的應(yīng)用潛力。
VSP的技術(shù)經(jīng)歷了從零井源距—非零井源距和Walkaway VSP—三維VSP 的必然發(fā)展過程。在實(shí)現(xiàn)了零井源距、非零井源距VSP技術(shù)的生產(chǎn)工業(yè)化之 后，勘探界在較多領(lǐng)域進(jìn)行Walkaway VSP測量實(shí)驗(yàn)的同時，進(jìn)入了三維VSP 測量的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)階段。特別是隨著近些年多級多分量井下檢波器的研制成功， 進(jìn)一步推動了 VSP采集技術(shù)的改革。
但是，目前的VSP勘探中，仍然套用常規(guī)的VSP觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行 數(shù)據(jù)采集。實(shí)際的觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要還是通過簡單計(jì)算無假頻的空間采樣和 時間采樣作為分析參數(shù)確定接收點(diǎn)距等參數(shù)，基于這種方法設(shè)計(jì)的VSP觀測 系統(tǒng)采集的地震數(shù)據(jù)難以滿足地質(zhì)目標(biāo)勘探的需要，導(dǎo)致VSP技術(shù)的應(yīng)用和 研究發(fā)展緩慢。
美國的GeoTomo和挪威的N0RSAR等公司開發(fā)的采集設(shè)計(jì)軟件，借用了地 面地震采集中的一些思路和方法。由于VSP觀測系統(tǒng)的特殊性以及三分量數(shù)據(jù)特性，如何更專業(yè)的利用多種特征參數(shù)分析優(yōu)化觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是需要研 究和解決的問題。
在目前的VSP生產(chǎn)中，主要套用常規(guī)的零井源距和非零井源距VSP的觀 測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，這些常規(guī)方法的主要缺點(diǎn)表現(xiàn)在
(1) 、采集設(shè)計(jì)參數(shù)單一。常規(guī)的VSP數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)參數(shù)主要包括觀測 點(diǎn)間距、時間采樣間隔等參數(shù)。從目前實(shí)際應(yīng)用效果看，僅通過這些種參數(shù) 進(jìn)行VSP觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)表現(xiàn)出手段單一、方法簡單和效果不佳等特點(diǎn)，難以 達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。
(2) 、采集設(shè)計(jì)參數(shù)欠合理。由于VSP的觀測是地面震源激發(fā)，井中檢
波器接收，這樣即使是在水平層狀均勻介質(zhì)的假定條件下，對于均勻分布的 炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)，在地下某一水平界面的成像點(diǎn)分布不是均勻的，而且隨深度 變化。目前常用的利用研究區(qū)域的最小速度和最高頻率計(jì)算空間采樣率的方
法是基于單點(diǎn)非零井源距VSP觀測提出來的，但遠(yuǎn)沒有解決其觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 的問題，導(dǎo)致目前這種觀測方法的應(yīng)用面臨很大問題。并且，隨著VSP技術(shù) 的發(fā)展，多種觀測方式應(yīng)運(yùn)而生，這種簡單的、欠合理的分析方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足 不了實(shí)際的需求。
由于觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的問題， 一方面導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集質(zhì)量難以滿足地質(zhì) 目標(biāo)勘探的需求；另一方面阻礙了 VSP數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種優(yōu)化VSP觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)和提高數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的優(yōu)化垂
直地震剖面觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，步驟為1) 根據(jù)觀測項(xiàng)目要求和地質(zhì)目標(biāo)，確定初始觀測系統(tǒng)；
步驟l)所述的確定初始觀測系統(tǒng)是在均勻空間模型假定的條件下，利用 公知的光學(xué)反射原理計(jì)算給定源點(diǎn)和接收點(diǎn)的反射成像點(diǎn)，得到均勻空間模 型中目標(biāo)區(qū)有效反射成像以及相對應(yīng)的源點(diǎn)和接收點(diǎn)分布及范圍。
2) 利用實(shí)測或已知的資料建立地震地質(zhì)模型；
步驟2)所述的實(shí)測或已知的資料包括鉆井分層、聲波、密度測井資料。 步驟2)所述的實(shí)測或已知的資料包括地面地震資料和地質(zhì)構(gòu)造資料圖。
3) 根據(jù)步驟l)初始觀測系統(tǒng)，在步驟2)地震地質(zhì)模型上布設(shè)兩套以上 不同的觀測系統(tǒng)；
步驟3)所述的不同的觀測系統(tǒng)是指觀測系統(tǒng)中的炮點(diǎn)數(shù)及分布或/和接收 點(diǎn)數(shù)及分布不同。
步驟3)所述的不同的觀測系統(tǒng)要求炮點(diǎn)和接收的點(diǎn)數(shù)或/和分布漸變。
4) 利用公知的波動方程正演得到地震波場的響應(yīng)，利用射線追蹤算法進(jìn) 行正演得到反射點(diǎn)位置、入射和反射角度、單位長度或面積內(nèi)的地震射線撞 擊次數(shù)，在此基礎(chǔ)上，重新統(tǒng)計(jì)或計(jì)算的一組反映VSP觀測系統(tǒng)與目標(biāo)區(qū)成象 點(diǎn)關(guān)系的特征參數(shù)；
射線追蹤算法采用斯奈爾(Snell)定理或費(fèi)馬(Fermat)原理算法。 步驟4)所述的特征參數(shù)是用公知的佐普利茲(Zo印pritz)方程計(jì)算目的層
的反射射系數(shù)(R)，統(tǒng)計(jì)給定單位內(nèi)的反射波強(qiáng)度和入射波撞擊的次數(shù)，得
到目的層照明強(qiáng)度。
以上所述的統(tǒng)計(jì)是統(tǒng)計(jì)每個單位內(nèi)的最小、最大和平均入射角并計(jì)算相應(yīng)
的反射系數(shù)。以上所述的反射波強(qiáng)度計(jì)算公式如下
-總
i=l
1 N
~均=Jr的)
i=l
4
均方根
6
其中小為反射波強(qiáng)度，N為撞擊次數(shù)，R ( ej為反射系數(shù)，e,入射角。 步驟4)所述的特征參數(shù)是統(tǒng)計(jì)目的層的反射點(diǎn)不同屬性，得到目的層照
明范圍和照明子區(qū)的特性分布。
以上所述的照明范圍是目的層地震波反射點(diǎn)集合的邊界。 以上所述的照明范圍是在每個給定單位內(nèi)統(tǒng)計(jì)入射角度的變化范圍并確
定反射臨界角大小，根據(jù)反射臨界角分布、反射點(diǎn)的分布等確定照明范圍，
所有有效反射點(diǎn)構(gòu)成的數(shù)據(jù)集構(gòu)成照明的范圍。
以上所述的給定單位內(nèi)有多個反射點(diǎn)時，要統(tǒng)計(jì)出最小反射角、最大反射
角、平均反射角和優(yōu)勢反射角，計(jì)算公式如下(9
200810116287.9 說明書第5/ll頁
%+=Min(《)(i = l,...,N) %*=Max(《)(i = l,..,N)
1 N
均iZ《 i
%勢=(~/max —
N
司)
i=l
M:入射角角度分區(qū)的個數(shù)； 〖腿二MaxWJ》 CH1,…,M)
對應(yīng)的序號； ^:單位長度/面積內(nèi)有效反射點(diǎn)的個數(shù)。
步驟4)所述的特征參數(shù)是在觀測系統(tǒng)下，用射線追蹤方法計(jì)算目的層的 成像點(diǎn)，并將其投影到激發(fā)-接收平面，形成目的層成像點(diǎn)數(shù)據(jù)集，計(jì)算相鄰 成像點(diǎn)之間的距離；
所述的計(jì)算相鄰點(diǎn)之間的距離方法是
Z)I, = - (/ = 1，..., AO
所有炮、檢點(diǎn)在目的層的成像點(diǎn)總點(diǎn)數(shù)為N，按離井口的距離大小排序， 組成新的數(shù)據(jù)集(...，offseti, ...) (i=l， ...， N)， offset為成像點(diǎn)至井口的 距離。
所述的計(jì)算相鄰點(diǎn)之間的距離(DXi)數(shù)據(jù)集中的最大值大于給定單位的 大小，修改觀測系統(tǒng)，反之?dāng)?shù)據(jù)成像不滿足地質(zhì)目標(biāo)的需求。
步驟4)所述的特征參數(shù)是對目的層成像點(diǎn)數(shù)據(jù)集按共炮點(diǎn)道集進(jìn)行分選 后計(jì)算相鄰成像點(diǎn)之間的距離，
計(jì)算方法是對應(yīng)每一個炮點(diǎn)，以最淺的接收點(diǎn)為參考點(diǎn)，計(jì)算確定接收排列在目的層的成像點(diǎn)與參考點(diǎn)的距離
DX)= - . ("l,…，m), (/ = 1廣.，")
其中，m為一個排列的接收點(diǎn)數(shù)，n為炮點(diǎn)數(shù)。
5) 利用特征參數(shù)組建分析圖件；
步驟5)所述的分析圖件包括不同反射角度隨深度變化的分布圖；反射強(qiáng) 度在目的層位的平面分布圖，利用波動方程正演結(jié)果組織分析圖件，炮點(diǎn)距 與成像點(diǎn)的關(guān)系圖、接收點(diǎn)距與成像點(diǎn)的關(guān)系圖。
6) 根據(jù)項(xiàng)目要求和地質(zhì)目標(biāo)，根據(jù)不同觀測系統(tǒng)的特征參數(shù)計(jì)算結(jié)果， 在兩套以上觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中確定最佳方案用于實(shí)際勘探。
步驟6)的選擇確定是
(1) 目的層反射波成像范圍滿足項(xiàng)目要求，不否存在盲區(qū)，不存在空間
假頻；
(2) 目的層反射波覆蓋次數(shù)的垂向和橫向分布的均勻；
(3 )目的層照明強(qiáng)度和分布要滿足地質(zhì)目標(biāo)勘探的需求；
(4) 目的層地震波入射角度分布小于反射臨界角的80°/。；
(5) 時間采樣間隔和記錄時間長度根據(jù)正演結(jié)果確定，滿足目的層反射 波成象要求；
(6) 對于多分量垂直地震剖面勘探，有利于同時最佳觀測到上行壓縮波 (PP)和剪切波(PSv)，易于對不同波場的分離。
(7) 經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。
本發(fā)明采用基于空間模型的多參數(shù)分析，結(jié)果合理性強(qiáng)，適應(yīng)于細(xì)節(jié)，可 以是均勻空間、 一維、二維或三維模型，用于非零源距、Walkaway和3D-3C VSP的勘探設(shè)計(jì)，還可以用于縱波、橫波和轉(zhuǎn)換波的VSP勘探設(shè)計(jì)分析。


圖1均勻空間模型初始觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖2二維地震速度模型；
圖3是三維VSP地面炮點(diǎn)初始設(shè)計(jì)圖4是二維VSP觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的部分特征參數(shù)結(jié)果及分析圖； 圖5是三維VSP觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的部分特征參數(shù)計(jì)算結(jié)果及分析圖； 圖6是目的層不同入射角的反射系數(shù)與經(jīng)特征參數(shù)分析后最終確定的炮 點(diǎn)分布圖7是據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的觀測系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)并通過處理得到的三維VSP縱 波、轉(zhuǎn)換波成像數(shù)據(jù)體。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例和附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。
1、 初始觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)項(xiàng)目要求以及地質(zhì)目標(biāo)給定的勘探范圍，通過公知的均勻空間直射 線計(jì)算方法確定目標(biāo)區(qū)實(shí)現(xiàn)反射波有效成像所需的炮點(diǎn)和接收點(diǎn)分布及范 圍。圖1顯示了在均勻空間模型中兩個炮點(diǎn)、 一個接收點(diǎn)與成像區(qū)的關(guān)系。 利用這種簡潔關(guān)系設(shè)計(jì)初始觀測系統(tǒng)。
2、 建立地震地質(zhì)模型
通過收集井區(qū)附近鉆測井、地質(zhì)和地震資料，在分析解釋的基礎(chǔ)上利用 公知的方法和商業(yè)化軟件建立地震地質(zhì)模型。圖2為通過有關(guān)資料建立的二 維地震速度模型，用于后期的地震正演計(jì)算。3、多套觀測排列設(shè)計(jì)及布設(shè)
在初始觀測系統(tǒng)布設(shè)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)至少兩套不同的觀測系統(tǒng)，用于后 期的計(jì)算和評估。設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是要建立好炮點(diǎn)和接收點(diǎn)排列的關(guān)系，譬如確 定每個炮點(diǎn)對應(yīng)觀測排列中的觀測點(diǎn)數(shù)及位置。不同觀測排列的變化要有連 續(xù)性，便于比較不同觀測系統(tǒng)對應(yīng)的特征參數(shù)和地震響應(yīng)的差異，進(jìn)而有目
標(biāo)的取舍。圖3顯示了 3D VSP地面炮點(diǎn)設(shè)計(jì)圖。
不同的觀測系統(tǒng)的井下接收系統(tǒng)為32級、級間距為20m，初始觀測系統(tǒng)中 確定接收點(diǎn)的排列在井中深度2500-3120m，設(shè)兩個觀測井段，分別為 2000-2620m和3000-3620m，其中相鄰接收井段的接收點(diǎn)有120米的重復(fù)。 4、特征參數(shù)及地震波場響應(yīng)計(jì)算
在2和3的基礎(chǔ)上利用上述的公式和方法，計(jì)算特征參數(shù)和地震響應(yīng)， 組織相關(guān)的分析圖件。特征參數(shù)是在利用射線追蹤算法進(jìn)行正演得到反射點(diǎn) 位置、入射和反射角度、單位長度或面積內(nèi)的地震射線撞擊次數(shù)等的基礎(chǔ)上， 重新統(tǒng)計(jì)或計(jì)算的一組反映VSP觀測系統(tǒng)與目標(biāo)區(qū)成象點(diǎn)關(guān)系特征的參數(shù)。 特征參數(shù)包括目的層照明強(qiáng)度、目的層照明范圍、基于不同炮點(diǎn)距激發(fā)的相 鄰成像點(diǎn)距離和基于不同觀測井段接收的相鄰成像點(diǎn)距離。圖4顯示了二維 VSP觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中計(jì)算的縱波入射角、縱波覆蓋次數(shù)(撞擊次數(shù))和范圍、 轉(zhuǎn)換波入射角和轉(zhuǎn)換波覆蓋次數(shù)和范圍的剖面圖。
圖5顯示了三維VSP觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中計(jì)算的炮點(diǎn)與成像點(diǎn)關(guān)系圖、接收 井段與成像點(diǎn)關(guān)系圖、縱波覆蓋次數(shù)水平切片圖以及縱波反射強(qiáng)度水平切片 圖。
5、觀測系統(tǒng)評估及選擇針對目標(biāo)區(qū)的VSP勘探的要求，利用上述步驟6中的基本原則對不同觀 測系統(tǒng)計(jì)算的特征參數(shù)和地震響應(yīng)進(jìn)行分析和評估，確定最終設(shè)計(jì)方案。評 估和選擇的基本原則是
(1)目的層反射波成像范圍滿足項(xiàng)目要求，不否存在盲區(qū)，不存在空間
假頻；
(2) 目的層反射波覆蓋次數(shù)的垂向和橫向分布的均勻；
(3) 目的層照明強(qiáng)度和分布要滿足地質(zhì)目標(biāo)勘探的需求；
(4) 目的層地震波入射角度分布小于反射臨界角的80%;
(5) 時間采樣間隔和記錄時間長度根據(jù)正演結(jié)果確定，滿足目的層反射 波成像要求；
(6) 對于多分量垂直地震剖面勘探，有利于同時最佳觀測到上行壓縮波 (PP)和剪切波(PSv)，易于對不同波場的分離。
(7) 經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。
如上述三套三維VSP觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通過圖5所示有關(guān)特征參數(shù)分析 圖件等選定了接收井段在3000-3610m，炮點(diǎn)、炮線距為100m (炮點(diǎn)分布如圖 6所示)的觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
6、最終觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)提交
整理最終觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有關(guān)數(shù)據(jù)資料，按VSP技術(shù)規(guī)范向用戶提供觀 測系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告。
以下是本發(fā)明效果的實(shí)例。
(1)用于分析以往二維VSP觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的問題 有一勘探目標(biāo)在深度5800米附近，常規(guī)設(shè)計(jì)方法給出的觀測系統(tǒng)為激發(fā)點(diǎn)離井口 3500m;接收井段為500-6800m;接收點(diǎn)距為20米。根據(jù)以上發(fā) 明內(nèi)容計(jì)算了特征參數(shù)。圖4為用本發(fā)明計(jì)算得到的部分參數(shù)圖件，其中包 括縱波、轉(zhuǎn)換波入射角度和縱波、轉(zhuǎn)換波覆蓋次數(shù)。圖中色標(biāo)指示了值域變 化。圖中可見，在目的層段，無論縱波和轉(zhuǎn)換波，高覆蓋次數(shù)區(qū)域離井口較 遠(yuǎn)，且對應(yīng)較小的入射角；低覆蓋次數(shù)區(qū)域離井口較近，對應(yīng)較大的入射角。 顯然這種觀測系統(tǒng)在目的層的入射角度和覆蓋次數(shù)橫向變化太大，導(dǎo)致照明 度分布不均勻，不利于VSP數(shù)據(jù)成像。通過此分析，否定了常規(guī)方法確定的 方案，并重新設(shè)計(jì)觀測系統(tǒng)，避免了由于觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的 問題。
(2)三維VSP觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 某井區(qū)的地質(zhì)目標(biāo)在深度5600-5800米，用本方法對該井區(qū)3D-3C VSP(三 維三分量VSP)數(shù)據(jù)采集進(jìn)行了觀測系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中，對于現(xiàn)有的 32級(級間距離20m)井下接收系統(tǒng)，采用了三套方案進(jìn)行特征參數(shù)計(jì)算， 即將井下觀測排列置于三個不同的深度段2000-2610m、 2500-3110m和 3000-3610m。地面炮點(diǎn)設(shè)計(jì)采用了兩套方案，即炮點(diǎn)距100m、炮線距100m和 炮點(diǎn)距200m、炮線距200m。圖3顯示了一地面炮點(diǎn)的初始設(shè)計(jì)方案，炮點(diǎn)距 和炮線距為100m。圖5顯示了四方面的內(nèi)容，其一，炮點(diǎn)距與成像點(diǎn)距的關(guān) 系，據(jù)此用于分析炮點(diǎn)距對數(shù)據(jù)處理中成像的影響；其二，以不同井源距的 炮點(diǎn)激發(fā)，觀測井段與成像范圍的關(guān)系，反映了觀測井段對應(yīng)的成像范圍、 總體成像范圍以及反射波覆蓋次數(shù)的橫向變化；其三，目的層水平切片上覆 蓋次數(shù)的變化；其四，目的層水平切片反射系數(shù)(平均反射角)的變化，與 前者結(jié)合反映了目的層的照明度。通過不同方案的比較和綜合分析，最終在兩套炮點(diǎn)分布和三套觀測井段
的初始設(shè)計(jì)的方案中，確定了炮點(diǎn)、炮線距為100m、接收井段為3000-3610m 的觀測系統(tǒng)。
在這套方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合上述資料進(jìn)行了進(jìn)一步的完善。根據(jù)目的層 的波阻抗與上覆地層的接觸關(guān)系，計(jì)算了其反射系數(shù)，如圖6 (左)所示。從 反射系數(shù)隨入射角度的變化不難看出，當(dāng)反射系數(shù)大于0.25時，對應(yīng)的入射 角度接近于臨界角(約為50°)。結(jié)合分析圖5中的縱波反射強(qiáng)度圖，對應(yīng)反 射系數(shù)大于0.25的區(qū)域?yàn)閳D中的紅色區(qū)域，說明在該區(qū)域的炮點(diǎn)在目的層的 入射角接近于臨界角，其反射系數(shù)變化不穩(wěn)定，用這些炮點(diǎn)實(shí)施數(shù)據(jù)采集是 沒有意義的。因此，在進(jìn)一步分析中，根據(jù)圖5中的縱波反射強(qiáng)度非常強(qiáng)的 四個角區(qū)(大于臨界角的區(qū)域)，刪除了圖3中該區(qū)域?qū)?yīng)的炮點(diǎn)，最終形成 了圖6中所示的炮點(diǎn)分布圖，據(jù)此共減少了 1272炮，降低了近12. 5%的數(shù)據(jù) 采集投資。圖6 (右)顯示了最終確定的炮點(diǎn)圖。圖7為按本設(shè)計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)采 集并通過處理后得到的三維VSP縱波和轉(zhuǎn)換波成像數(shù)據(jù)體，充分證實(shí)了本發(fā) 明方法的正確性和效果。
權(quán)利要求
1、一種優(yōu)化垂直地震剖面觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，其特征在于通過實(shí)現(xiàn)步驟為1)根據(jù)觀測項(xiàng)目要求和地質(zhì)目標(biāo)，確定初始觀測系統(tǒng)；2)利用實(shí)測或已知的資料建立地震地質(zhì)模型；3)根據(jù)步驟1)初始觀測系統(tǒng)，在步驟2)地震地質(zhì)模型上布設(shè)兩套以上不同的觀測系統(tǒng)；4)利用公知的波動方程正演得到地震波場的響應(yīng)，利用射線追蹤算法進(jìn)行正演得到反射點(diǎn)位置、入射和反射角度、單位長度或面積內(nèi)的地震射線撞擊次數(shù)，在此基礎(chǔ)上，重新統(tǒng)計(jì)或計(jì)算的一組反映VSP觀測系統(tǒng)與目標(biāo)區(qū)成象點(diǎn)關(guān)系的特征參數(shù)；5)利用特征參數(shù)組建分析圖件；6)根據(jù)項(xiàng)目要求和地質(zhì)目標(biāo)，根據(jù)不同觀測系統(tǒng)的特征參數(shù)計(jì)算結(jié)果，在兩套以上觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中確定最佳方案用于實(shí)際勘探。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的優(yōu)化垂直地震剖面觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，其特征 在于步驟l)所述的確定初始觀測系統(tǒng)是在均勻空間模型的條件下，利用公知 的光學(xué)反射原理計(jì)算給定源點(diǎn)和接收點(diǎn)的反射成像點(diǎn)，得到均勻空間模型中 目標(biāo)區(qū)有效反射成像以及相對應(yīng)的源點(diǎn)和接收點(diǎn)分布及范圍。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的優(yōu)化垂直地震剖面觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，其特征 在于步驟2)所述的實(shí)測或已知的資料包括鉆井分層、聲波、密度測井資料， 還包括地面地震資料和地質(zhì)構(gòu)造資料圖。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的優(yōu)化垂直地震剖面觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，其特征在于步驟3)所述的不同的觀測系統(tǒng)是指觀測系統(tǒng)中的炮點(diǎn)數(shù)及分布或/和接 收點(diǎn)數(shù)及分布不同，要求炮點(diǎn)和接收的點(diǎn)數(shù)或/和分布漸變。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的優(yōu)化垂直地震剖面觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，其特 征在于步驟4)所述的射線追蹤算法采用斯奈爾(Sndl)定理或費(fèi)馬(Fermat) 原理算法。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的優(yōu)化垂直地震剖面觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，其特 征在于步驟4)所述的特征參數(shù)是用公知的佐普利茲(Zoeppritz)方程計(jì)算目的 層的反射射系數(shù)(R)，統(tǒng)計(jì)給定單位內(nèi)的反射波強(qiáng)度和入射波撞擊的次數(shù)， 得到目的層照明強(qiáng)度，統(tǒng)計(jì)是統(tǒng)計(jì)每個單位內(nèi)的最小、最大和平均入射角并 計(jì)算相應(yīng)的反射系數(shù)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的優(yōu)化垂直地震剖面觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，其 特征在于以上所述的反射波強(qiáng)度計(jì)算公式如下i=l'均方根其中(()為反射波強(qiáng)度，N為撞擊次數(shù)，R ( 9i)為反射系數(shù)，6i入射角。
8、根據(jù)權(quán)利要求l所述的優(yōu)化垂直地震剖面觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，其特 征在于步驟4)所述的特征參數(shù)是統(tǒng)計(jì)目的層的反射點(diǎn)不同屬性，得到目的層照明范圍和照明子區(qū)的特性分布。
9、根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的優(yōu)化垂直地震剖面觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，其特征在于所述的照明范圍是目的層地震波反射點(diǎn)集合的邊界，照明范圍是在 每個給定單位內(nèi)統(tǒng)計(jì)入射角度的變化范圍并確定反射臨界角大小，根據(jù)反射 臨界角分布、反射點(diǎn)的分布等確定照明范圍，所有有效反射點(diǎn)構(gòu)成的數(shù)據(jù)集 構(gòu)成照明的范圍。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的優(yōu)化垂直地震剖面觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，其特 征在于述的給定單位內(nèi)有多個反射點(diǎn)時，要統(tǒng)計(jì)出最小反射角、最大反射角、 平均反射角和優(yōu)勢反射角，計(jì)算公式如下-<formula>formula see original document page 4</formula>M:入射角角度分區(qū)的個數(shù)； 《麗-Max(司))(j = l,...,M)對應(yīng)的序號； ^:單位長度/面積內(nèi)有效反射點(diǎn)的個數(shù)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的優(yōu)化垂直地震剖面觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，其特 征在于步驟4)所述的特征參數(shù)是在觀測系統(tǒng)下，用射線追蹤方法計(jì)算目的 層的成像點(diǎn)，并將其投影到激發(fā)-接收平面，形成目的層成像點(diǎn)數(shù)據(jù)集，計(jì) 算相鄰成像點(diǎn)之間的距離。
12、 根據(jù)權(quán)利要求l或ll所述的優(yōu)化垂直地震剖面觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法， 其特征在于所述的計(jì)算相鄰點(diǎn)之間的距離方法是,…,TV)所有炮、檢點(diǎn)在目的層的成像點(diǎn)總點(diǎn)數(shù)為N，按離井口的距離大小排序， 組成新的數(shù)據(jù)集(...，offseU...) (i二l， ...， N)， offset為成像點(diǎn)至井口的 距離。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的優(yōu)化垂直地震剖面觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，其特 征在于所述的計(jì)算相鄰點(diǎn)之間的距離(DXi)數(shù)據(jù)集中的最大值大于給定單位 的大小，修改觀測系統(tǒng)，反之?dāng)?shù)據(jù)成像不滿足地質(zhì)目標(biāo)的需求。
14、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的優(yōu)化垂直地震剖面觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，其特 征在于步驟4)所述的特征參數(shù)是對目的層成像點(diǎn)數(shù)據(jù)集按共炮點(diǎn)道集進(jìn)行分 選后計(jì)算相鄰成像點(diǎn)之間的距離，計(jì)算方法是對應(yīng)每一個炮點(diǎn)，以最淺的接收點(diǎn)為參考點(diǎn)，計(jì)算確定接收 排列在目的層的成像點(diǎn)與參考點(diǎn)的距離其中，m為一個排列的接收點(diǎn)數(shù)，n為炮點(diǎn)數(shù)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的優(yōu)化垂直地震剖面觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，其特 征在于步驟5)所述的分析圖件包括不同反射角度隨深度變化的分布圖；反射 強(qiáng)度在目的層位的平面分布圖，利用波動方程正演結(jié)果組織分析圖件，炮點(diǎn) 距與成像點(diǎn)的關(guān)系圖、接收點(diǎn)距與成像點(diǎn)的關(guān)系圖。
16、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的優(yōu)化垂直地震剖面觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，其特 征在于步驟6)的選擇確定是(1)目的層反射波成像范圍滿足項(xiàng)目要求，不存在盲區(qū)，不存在空間假頻；(2) 目的層反射波覆蓋次數(shù)的垂向和橫向分布的均勻；(3) 目的層照明強(qiáng)度和分布要滿足地質(zhì)目標(biāo)勘探的需求；(4) 目的層地震波入射角度分布小于反射臨界角的80%;(5) 時間采樣間隔和記錄時間長度根據(jù)正演結(jié)果確定，滿足目的層反射 波成像要求；(6) 對于多分量垂直地震剖面勘探，有利于同時最佳觀測到上行壓縮波 (PP)和剪切波(PSv)，易于對不同波場的分離；(7) 經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。
全文摘要
本發(fā)明是地震勘探的優(yōu)化垂直地震剖面觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，用已知資料建立地震地質(zhì)模型，布設(shè)兩套以上不同的觀測系統(tǒng)，正演地震波場的響應(yīng)，計(jì)算反射點(diǎn)位置、入射和反射角度、長度或射線撞擊次數(shù)，重新統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)組建分析圖件，根據(jù)地質(zhì)目標(biāo)確定最佳方案用于實(shí)際勘探。本發(fā)明采用基于空間模型的多參數(shù)分析，結(jié)果合理性強(qiáng)，適應(yīng)于細(xì)節(jié)，可提高數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，適用于均勻空間、一維、二維或三維模型，可用于非零源距、Walkaway和3D-3C VSP的勘探設(shè)計(jì)，還可以用于縱波、橫波和轉(zhuǎn)換波的VSP勘探設(shè)計(jì)分析。
文檔編號G01V1/28GK101625417SQ20081011628
公開日2010年1月13日 申請日期2008年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月8日
發(fā)明者嚴(yán)又生, 宜明理, 許增魁, 新 魏 申請人:中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司