專利名稱：一種炮檢對照明度確定方法
技術領域：
本發(fā)明涉及石油地球物理勘探觀測系統(tǒng)照明分析技術，是一種炮檢對照明度確定方法。
背景技術：
石油地球物理勘探面向目標層的觀測系統(tǒng)設計與評價中，照明分析是一項重要的技術，它能指出炮點激發(fā)的能量有多少能傳播到目的層上、目的層反射的能量有多少能被檢波器接收到，同時還能分析采集腳印的分布狀況?，F(xiàn)代地震勘探采用多次覆蓋技術，其本質(zhì)是用多個不同方位角和偏移距的炮檢對的信息疊加來獲得地下一個反射點的地質(zhì)信息。因此，照明分析的關鍵在于得到一個炮檢對的照明度分布。
確定炮檢對照明度的一個重要步驟是通過數(shù)值模擬方法計算地震波場的能量。波場數(shù)值模擬常用方法之一是波動方程，三維波動方程計算量大，由于受當前計算機能力的限制，其計算效率低，難以滿足觀測系統(tǒng)設計與評價中快速計算的需要?；谏渚€的方法計算效率高，但存在臨界區(qū)、陰影區(qū)等問題，計算精度低。高斯射線束是在旁軸漸近射線基礎上發(fā)展起來的一種地震波場數(shù)值模擬方法，無需進行兩點射線追蹤，具有運算速度快、同時考慮波的動力學和運動學特征、對非正則區(qū)域(臨界區(qū)、陰影區(qū)、焦散區(qū)等)仍能成像的特點。雖然高斯射線束的解是通過對波動方程作高頻近似獲得的，描述波場的精度不及波動方程法，但與傳統(tǒng)的射線方法相比已能攜帶較多的波場動力學信息。在目前的計算機運算能力條件下，高斯射線束方法適合于地震采集設計工作中對復雜地質(zhì)模型，尤其是三維地質(zhì)模型作波場分析的需要。目前炮檢對照明度確定方法中直接把炮點處激發(fā)波場、檢波點處激發(fā)波場的能量值相乘作為照明度，既不考慮地震波的成像條件，也不考慮地震波傳播理論中惠更斯原理對波傳播方向的描述，是一種非常近似的方法，其結果是在炮點、檢波點下方產(chǎn)生虛假的強照明區(qū)，造成照明分析結果的畸變。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種快速、有效計算炮檢對照明度確定方法。本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)I)根據(jù)勘探工區(qū)的地震、地質(zhì)資料，在水平角度0° 360°和垂直角度0° 90°范圍內(nèi)設置射線掃描起、止角度和掃描角度間隔，然后取炮點為源點，先進行目標層的直達波運動學射線追蹤，得到中心射線，然后對中心射線做動力學射線追蹤，得到該炮點的高斯射線束集合GBs ；步驟I)所述的掃描起、止角度是在水平角度0° 360°和垂直角度0° 90°范圍內(nèi)；掃描角度間隔可取1°至2°。步驟I)所述的目標層的直達波運動學射線追蹤是利用斯奈爾定律計算穿過地層界面的透射射線，把到達目標層的全部直達波射線作為炮點的中心射線集合，對每根中心射線，利用龍格-庫塔法作三維動力學射線追蹤得到目標層上的高斯射線束集合GBS。2)選擇目標層上的一個網(wǎng)格點，在到達目標層的高斯射線束集合GBs中取子集GSi ；步驟2)所屬的子集Gsi應滿足網(wǎng)格點與子集Gsi高斯射線束的距離小于該高斯射線束半寬度。步驟2)所述的網(wǎng)格點是目標層上第i個網(wǎng)格點，i為目標層上的網(wǎng)格點序號。3)對子集Gsi中的每根高斯射線束計算，得到網(wǎng)格點對應的高斯包gSij，把全部高斯包gsu相加，得到目標層網(wǎng)格點i處接收到的地震道Tsi
Ts, = ~YjSsv(I)
j地震道Tsi的能量為炮點處激發(fā)波場在目標層上第i個網(wǎng)格點處的能量Usi ;式中j為聞斯射線束序號，j = l，2,3,...,i為目標層上的網(wǎng)格點序號；步驟3)所述的高斯包gsu是利用高斯射線束在時間域合成地震記錄的方法得到。4)對目標層上每個網(wǎng)格點按步驟3)方式重復，求得炮點激發(fā)波場在目標層各點的能量分布；5)取檢波點為源點，重復步驟I)至4)合成目標層網(wǎng)格點i處接收到的地震道TKi，得到檢波點處激發(fā)波場在目標層上網(wǎng)格點i處的能量Um ；6)采用下式計算一個炮檢對(S，R)在目標層第i個網(wǎng)格點處的照明度:I— = uSi.uRi.KyH、2(2)式中Usi——以炮點為源點激發(fā)的波場在網(wǎng)格點i處的能量Um——以檢波點為源點激發(fā)的波場在網(wǎng)格點i處的能量Ki——i點處的反射系數(shù)β——從i點指向檢波點的向量與滿足斯奈爾定律的反射射線向量之間的夾角；步驟6所述的一個炮檢對(S，R)在目標層第i個網(wǎng)格點處的照明度同時受到的地震波從激發(fā)點下傳到目標層的能量、地震波從目標層上傳到接收點的能量、目標層對地震波的反射能力以及激發(fā)點-反射點-接收點三者之間的空間位置的影響權重相同。圖I描述了一個炮檢對的照明分析原理，從震源S激發(fā)的地震波傳到地層界面上B點，B點反射地震波，檢波器R接收到反射波，向量BM為反射點B處的界面法線，Θ (即Z SBM)為射線的入射角，向量BD為根據(jù)斯奈爾定律求出的反射射線的方向，反射點與檢波器之間的向量BR與反射射線BD之間的夾角為β (即Z DBR)。7)改變目標層網(wǎng)格點位置，重復步驟6)計算目標層上的每個網(wǎng)格點照明度，得到一個炮檢對在整個目標層上各網(wǎng)格點處的照明度分布；8)把觀測系統(tǒng)中所有炮檢對在目標層上的照明度都計算出來，然后相加，就可得到整個觀測系統(tǒng)在目標層上的照明度分布。本發(fā)明可以得到整個觀測系統(tǒng)在目標層上的照明度分布，從而快速確定一個觀測系統(tǒng)對目標層各區(qū)域的照明能力。本發(fā)明計算速度比波動方程照明快，精度比射線法照明高，能滿足石油地震勘探采集設計工作中快速、準確計算一個觀測系統(tǒng)在目標層上照明度分布的要求。


本發(fā)明

如下圖I 一個炮檢對的照明過程示意圖；圖2三維水平地層模型；圖3炮點處激發(fā)波場的能量 分布；圖4檢波點處激發(fā)波場的能量分布；圖5炮檢對(S，R)的照明度分布；圖6三維多斷層復雜模型；圖7 —條三維線束觀測系統(tǒng)；圖8第5層正演疊加剖面與照明分析結果對比。
具體實施例方式本發(fā)明首先利用高斯射線束方法快速計算出目標層一個網(wǎng)格點處的炮點激發(fā)波場能量和檢波點激發(fā)波場能量，然后把炮點激發(fā)波場能量、檢波點激發(fā)波場能量、網(wǎng)格點處的反射系數(shù)以及炮點、檢波點與目標層網(wǎng)格點三者之間空間位置關系四個因素的乘積作為炮檢對在目標層上該點處的照明度。本發(fā)明提供技術包含炮點處激發(fā)波場能量的高斯射線束法計算、檢波點處激發(fā)波場能量的高斯射線束法計算和炮檢對照明度值計算三部分。I、根據(jù)勘探工區(qū)的地震、地質(zhì)資料，取水平角度0° 360°和垂直向下角度0° 90°范圍為運動學射線追蹤的起、止角度，角度間隔取1°。2、在觀測系統(tǒng)中選取一個炮點，以其空間位置(xs，ys，zs)為源點，以步驟I確定的射線追蹤角度進行到目標層的直達波運動學射線追蹤，把追蹤得到的射線作為該炮點的中心射線。對每個角度都作一次，從而得到炮點的中心射線集合CRS。3、對中心射線集合CRs中的每根射線從炮點(xs，ys, zs)出發(fā)利用龍格-庫塔法作三維動力學射線追蹤，求得到達目標層上的高斯射線束集合GBs4、對于目標層上第i個網(wǎng)格點(Xi，yi； Zi) (i = 1,2,3, Λ)，在到達目標層的高斯射線束集合GBs中找出滿足該點與高斯射線束距離小于高斯射線束半寬度的子集GSi。對于子集Gsi中的每根高斯射線束j(j = 1,2,3, Λ)，計算網(wǎng)格點i接收到的高斯包gSij。i為目標層上的網(wǎng)格點序號，j為高斯射線束序號。5、按公式⑴把全部高斯包gSij相加，得到目標層網(wǎng)格點i處接收到的地震道TSi，然后用地震道Tsi的能量來表征炮點處激發(fā)波場在目標層i網(wǎng)格點處的能量uSi。對目標層上每個網(wǎng)格點都按步驟4 5重復進行，從而可以求得炮點處激發(fā)波場在目標層各點的能量分布。6、在觀測系統(tǒng)中選取上述炮點排列中的一個檢波點，以其空間位置(xK，yE, zE)為源點，參照步驟2 5同樣的方式進行到目標層的直達波運動學射線追蹤、動力學射線追蹤并按公式(I)計算出目標層網(wǎng)格點i接收到的地震道TKi，然后用地震道TKi的能量來表征檢波點處激發(fā)波場在目標層i網(wǎng)格點處的能量UKi。
對目標層上每個網(wǎng)格點都按上述步驟重復進行，從而可以求得檢波點處激發(fā)波場在目標層各點處的能量分布。7、對于目標層上的每個網(wǎng)格點都根據(jù)公式⑵計算炮檢對(S，R)在該點處的照明度1W1，從而可求得炮檢對(S，R)在整個目標層上各點處的照明度。8、把觀測系統(tǒng)中所有炮檢對在目標層上的照明度都計算出來，然后相加，就可得到整個觀測系統(tǒng)在目標層上的照明度分布。本發(fā)明實例如下。圖I是一個炮檢對的照明過程示意圖；如圖2所示，一個長10Km、寬5Km、深5Km、有6套水平地層的三維模型，炮點S在地表(4000，2500，O)處，檢波點 R 在地表(6000，2500，O)。
把最下面一層作為目標層，取到目標層的直達波運動學射線追蹤的水平角度范圍為O。 360°，垂直向下角度范圍為0° 90°，角度間隔為1°。炮點處激發(fā)波場的能量分布如圖3所示，檢波點處激發(fā)波場的能量分布如圖4所示。從圖可見，炮點、檢波點波場的能量成同心圓分布，圓心處能量最強，分別位于炮點、檢波點的垂直下方，從圓心向外，能量逐漸減弱，符合均勻介質(zhì)中地震波場的分布特征。炮檢對(S，R)在最下面一層上的照明度如圖5所示，從圖可見，炮檢對(S，R)在地層界面上的照明度值呈橢圓狀分布，橢圓長軸位于炮、檢點在水平界面上垂直投影點的連線上，橢圓中心區(qū)域照明度最大，從中心向外，照明度逐漸變小，與炮檢對(S，R)在水平界面上的反射點分布區(qū)域特征一致。圖6為多斷層復雜模型。圖7為一條線束三維觀測系統(tǒng)。展示了在多斷層復雜模型上一條三維線束的觀測系統(tǒng)正演疊加剖面與照明分析結果的對比。圖8為目標層第5層的水平疊加剖面與照明分析結果的對比。(a)為水平疊加剖面，是通過先正演單炮地震記錄，然后用處理系統(tǒng)作全三維常規(guī)數(shù)據(jù)處理得到，圖中的直線段表示斷層界面；(b)為照明分析結果，圖中的水平直線表示第5號面元線的空間位置。比較可見，水平疊加剖面上同相軸強弱變化的規(guī)律與照明分析圖第5號面元線附近面元照明值的變化規(guī)律是基本一致的，不同之處在于前者屬于時間域、后者屬于空間域，存在位置的偏移。上下圖之間的雙箭頭線表示了兩者之間的位置對應點。
權利要求
1.一種炮檢對照明度確定方法，特點是通過以下技術步驟實現(xiàn) 1)根據(jù)勘探工區(qū)的地震、地質(zhì)資料，在水平角度0° 360°和垂直角度0° 90°范圍內(nèi)設置射線掃描起、止角度和掃描角度間隔，然后取炮點為源點，先進行目標層的直達波運動學射線追蹤，得到中心射線，然后對中心射線做動力學射線追蹤，得到該炮點的高斯射線束集合GBs ； 2)選擇目標層上的一個網(wǎng)格點，在到達目標層的高斯射線束集合GBs中取子集Gsi； 3)對子集Gsi中的每根高斯射線束計算，得到網(wǎng)格點對應的高斯包gsu，把全部高斯包gSiJ相加，得到目標層網(wǎng)格點i處接收到的地震道Tsi
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，特點是步驟I)所述的掃描起、止角度是在水平角度0° 360°和垂直角度0° 90°范圍內(nèi)；掃描角度間隔可取1°至2°。
3.根據(jù)權利要求I所述的方法，特點是步驟I)所述的目標層的直達波運動學射線追蹤是利用斯奈爾定律計算穿過地層界面的透射射線，把到達目標層的全部直達波射線作為炮點的中心射線集合，對每根中心射線，利用龍格-庫塔法作三維動力學射線追蹤得到目標層上的高斯射線束集合GBS。
4.根據(jù)權利要求I所述的方法，特點是步驟2)所屬的子集Gsi應滿足網(wǎng)格點與子集Gsi高斯射線束的距離小于該高斯射線束半寬度。
5.根據(jù)權利要求I所述的方法，特點是步驟2)所述的網(wǎng)格點是目標層上第i個網(wǎng)格點，i為目標層上的網(wǎng)格點序號。
6.根據(jù)權利要求I所述的方法，特點是步驟3)所述的高斯包gsu是利用高斯射線束在時間域合成地震記錄的方法得到。
7.根據(jù)權利要求I所述的方法，特點是步驟6所述的一個炮檢對(S，R)在目標層第i個網(wǎng)格點處的照明度同時受到的地震波從激發(fā)點下傳到目標層的能量、地震波從目標層上傳到接收點的能量、目標層對地震波的反射能力以及激發(fā)點-反射點-接收點三者之間的空間位置的影響權重相同。
全文摘要
本發(fā)明是石油地球物理勘探觀測系統(tǒng)照明分析方法，以炮點、檢波點為源點計算波場在目標層分布，求和產(chǎn)生網(wǎng)格點處接收的地震道，用地震道能量表示激發(fā)波場在目標層網(wǎng)格點的能量，把目標層各點的波場能量和網(wǎng)格點反射系數(shù)，以及炮點、檢波點、目標層網(wǎng)格點三者之間的空間位置關系四項相乘得到炮檢對在目標層照明度。本發(fā)明綜合了地震波從炮點傳到目標層的能力，從目標層上傳到檢波點的能力，目標層對地震波的反射能力，以及炮點、檢波點、反射點三者之間空間關系對波場影響能力，計算速度快，為觀測系統(tǒng)照明分析提供了一種新的計算方法。
文檔編號G01V1/30GK102914795SQ20111022460
公開日2013年2月6日 申請日期2011年8月5日 優(yōu)先權日2011年8月5日
發(fā)明者彭文, 蔣先藝, 隆波, 潘英杰, 羅開云 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司