一种保护激发频率的延时震源组合参数计算方法技术

本发明专利技术涉及一种保护激发频率的延时震源组合参数计算方法，该方法首先需要建立地质模型，在后期优化可能用到的坐标位置上布设震源，在以最浅目的层深度为半径组合中心为球心的球面上等角度布设检波器，完成所有震源的单炮正演；然后在给定组合个数和组合形态的基础上通过数值寻优算法或贪婪算法计算得到最佳组合参数，计算过程需要满足给定的主频约束条件。本发明专利技术克服了当前震源组合参数设计上的某些不足，寻找到了一种快速的组合参数定量化计算方法，同时具有良好地可操作性，可以为野外施工提供方案指导。

【技术实现步骤摘要】
一种保护激发频率的延时震源组合参数计算方法
本专利技术涉及延时震源组合参数计算方法，具体涉及一种保护激发频率的延时震源组合参数计算方法，属于石油勘探领域。
技术介绍
我国的陆地地震勘探中，炸药震源仍然是经常采用的能量源。炸药震源可视为点震源，在均匀介质中震源激发的能量向四周均匀扩散，波前面为一球面，非均匀介质存在波的额外反射，传播波场复杂，能量分布与介质结构有关。无论地下介质均匀与否，有一点是确定的，那就是地震勘探所接收到的反射能量仅仅只是原始震源激发能量的一小部分。炸药震源激发的能量很大一部分用于破碎周围岩石，这部分由岩石的力学性质决定无法人为控制，一小部分用于产生原始弹性震动能量，这部分能量中的又一小部分向地下传播到达地层产生反射波并最终被地表的检波器接收，形成地震记录。弹性能量的更大一部分直接传至地表或向两翼传播不产生反射，在降低能量利用效率的同时，会产生额外的杂乱反射叠加进有效波场，污染有效反射，降低记录信噪比。因此，想要提升采集质量，就需要考虑改变弹性能量的空间配比，将更多的能量传导到地下地层。实践中改变能量空间分布的方法就是组合激发。组合满足波场的线性叠加原理，各震源子波传播到空间某位置时具有不同的到达时间，时间同步则等相位叠加，能量加强，时间不同步则叠加能量减弱，相差1/2周期的简谐波叠加抵消为零。人为控制波场能量分配的原理就是设计合理的时间搭配关系，在需要的空间方向上加强能量，其它方向削弱能量。组合能量的空间分布一般称为方向特性，组合频率的空间分布被称为频率特性。造成频率改变的原因本质上也是不同简谐波成分的叠加削弱与加强。总体而言，震源子波中的低频成分由于具有更长的周期，到达时间的一致性较容易得到满足，或者说对时间的不同步不敏感，与之相对应，具有短周期的高频成分则很容易被叠加削弱，从而导致整个频谱在组合后向低频端移动，也就是我们常说的组合具有降频效应。目前生产中常用的震源组合方式为等深度的平面组合，这些施工方法存在诸多不足：1、没有一个定量化的评价组合优劣的方法，组合好坏完全是试验多种组合后对比看效果；2、没有考虑组合对频率的影响；3、组合深度上的变化较少考虑；4、延时激发较少采用。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种保护激发频率的延时震源组合参数计算方法，可以快速的将震源组合参数定量化，为野外施工提供设计方案指导。本专利技术的技术方案具体如下：一种保护激发频率的延时震源组合参数计算方法，包括以下步骤：步骤(1)、根据工区实际情况，建立三维地质模型；步骤(2)、基于三维地质模型，确定待优化的组合中心，围绕该中心在三维地质模型的地质网格节点上布设一定数量的震源；步骤(3)、获取最浅目的层深度信息以步骤(2)确定的组合中心为球心，以最浅目的层深度为半径做球面，该球面与地质网格相交，在球面上以等倾角和水平角度间隔布设检波器，以获取最浅目的层深度信息；步骤(4)、对步骤(2)中所有震源依次进行单程波动方程正演，记录下各检波器接收到的首波波形，存储待用；步骤(5)、根据检波器接收排列长度和最浅勘探目标层的深度确定有效入射角α，根据组合激发图形中心点的深度和最浅勘探目标层的深度确定非有效入射角β；步骤(6)、统计球面上投射至目的层锥角范围内的能量和其它方向能量的比值，以能量比值最大化为判别标准进行优化计算根据步骤(5)得到的有效入射角α和非有效入射角β，将给定震源组合个数和平面组合形态作为已知量，统计球面上投射至目的层锥角范围内的能量和其它方向能量的比值，以能量比值最大化为判别标准，采用粒子群优化算法或贪婪算法计算延时震源组合参数，延时震源组合参数包括各个震源的三维空间坐标(xi,yi,zi)、组合加权系数Ci和组合激发延迟时间△t延迟i。进一步地，步骤(2)中，震源布设的数目与范围取决于优化所需的震源坐标取值区间。进一步地，步骤(5)中，有效入射角α按下式计算：其中，L是检波器接收排列长度，H是最浅勘探目标层的深度；非有效入射角β按下式计算：其中，hs是组合激发图形中心点的深度(中心点的Z坐标)或者β＝90°-α。进一步地，步骤(6)中，延时震源组合参数的计算按下式进行：其中，θ为极坐标系下的倾角、为水平角，t为合成子波的传播时间，α为指向目的层的有效入射角度，β为指向目的层之外区域的非有效入射角度，T为某角度上从震源激发零时刻开始至合成子波波尾穿过检波器球面位置所用的时间，固定θ和求和的核函数f表达式为：f合(t)＝c1f1(t+Δt1)+c2f2(t+Δt2)+…+cnfn(t+Δtn)，，其中，Ci为各震源的加权系数，△ti为各震源子波到达观测位置的时间差。进一步地，步骤(6)中，△ti按下式计算：Δti＝Δt传播i+Δt廷迟i，其中，式中，di为各震源到观测点的空间距离，v为介质速度，(xi，yi，zi)为各震源点的空间坐标。进一步地，步骤(6)中，延时震源组合参数的计算还需要进行频率约束，使得有效入射角度范围内所有角度上组合后子波主频不低于某一给定值，组合后某角度上的子波在频域表达式如下：其主频位置可以由该角度下所有频率的谱能量最大值定位，再找出所有角度下的主频的最小值，让其满足大于给定频率即可，最小主频由下式定位：与现有技术相比，本专利技术的有益效果具体如下：(1)本专利技术可根据激发层及目的层地质信息设计合理的震源组合参数，提升有效信号能量的同时将其频率的降低控制在给定的范围内，从而在提高地震记录的信噪比的同时不损失分辨率，为后期的处理解释工作提供高质量的原始资料。(2)本专利技术采用单程声波波动方程正演获取准确的空间地震波形，以最浅一套目的层的深度为半径，以组合中心为球心，统计该球面上投射至目的层锥角范围内的能量和其它方向能量的比值，以能量比值最大化为判别标准进行优化计算，同时满足该角度范围内主频降低不大于给定值。(3)本专利技术考虑了介质非均质性、组合的空间位置关系、组合延迟时间因素、组合的频率效应，最重要的是给出了定量化的评价标准，填补了定量化震源组合参数设计技术的空白，同时也为野外施工提供了可靠的依据。(4)本专利技术可根据简化的地质模型、激发子波主频率、观测系统排列长度、最浅目的层深度等信息快速计算出最优的震源组合方式，优化后的组合方式包含了震源在平面、深度、药量、激发时间上的变化。附图说明图1为实施例的震源子波空间叠加原理示意图；图2为实施例的震源激发能量分区示意图；图3为实施例的极坐标系下倾角和水平角的方向规定示意图，图3(a)为倾角，取值范围[-180°～180°]，图3(b)为水平角，取值范围[0°～360°]；图4为实施例的波动方程正演计算时震源与检波器布设空间位置示意图；图5为本实施例的工艺流程图；图6为波动方程正演记录，抽取沿X轴的剖面(0°水平角)，-90°～90°倾角范围的检波器接收数据显示。图6(a)表示当震源位于组合中心位置时到各检波器距离相等，子波到达时间一致，图6(b)表示当震源偏离组合中心，与各检波器距离不等，子波到达时间波动起伏。图7为组合后主频的空间分布示意图。图7(a)为三维显示，图7(b)为沿X轴切片二维显示。图8为本实施例的9口震源组合的平面分布形态；图9为本实施例的优化后的空间展布形态。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种保护激发频率的延时震源组合参数计算方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤(1)、根据工区实际情况，建立三维地质模型；步骤(2)、基于三维地质模型，确定待优化的组合中心，围绕该中心在三维地质模型的地质网格节点上布设一定数量的震源；步骤(3)、获取最浅目的层深度信息以步骤(2)确定的组合中心为球心，以最浅目的层深度为半径做球面，该球面与地质网格相交，在球面上以等倾角和水平角度间隔布设检波器，以获取最浅目的层深度信息；步骤(4)、对步骤(2)中所有震源依次进行单程波动方程正演，记录下各检波器接收到的首波波形，存储待用；步骤(5)、根据检波器接收排列长度和最浅勘探目标层的深度确定有效入射角α，根据组合激发图形中心点的深度和最浅勘探目标层的深度确定非有效入射角β；步骤(6)、统计球面上投射至目的层锥角范围内的能量和其它方向能量的比值，以能量比值最大化为判别标准进行优化计算根据步骤(5)得到的有效入射角α和非有效入射角β，将给定震源组合个数和平面组合形态作为已知量，统计球面上投射至目的层锥角范围内的能量和其它方向能量的比值，以能量比值最大化为判别标准，采用粒子群优化算法或贪婪算法计算延时震源组合参数，延时震源组合参数包括各个震源的三维空间坐标(xi,yi,zi)、组合加权系数Ci和组合激发延迟时间△t延迟i。...

【技术特征摘要】
1.一种保护激发频率的延时震源组合参数计算方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤(1)、根据工区实际情况，建立三维地质模型；步骤(2)、基于三维地质模型，确定待优化的组合中心，围绕该中心在三维地质模型的地质网格节点上布设一定数量的震源；步骤(3)、获取最浅目的层深度信息以步骤(2)确定的组合中心为球心，以最浅目的层深度为半径做球面，该球面与地质网格相交，在球面上以等倾角和水平角度间隔布设检波器，以获取最浅目的层深度信息；步骤(4)、对步骤(2)中所有震源依次进行单程波动方程正演，记录下各检波器接收到的首波波形，存储待用；步骤(5)、根据检波器接收排列长度和最浅勘探目标层的深度确定有效入射角α，根据组合激发图形中心点的深度和最浅勘探目标层的深度确定非有效入射角β；步骤(6)、统计球面上投射至目的层锥角范围内的能量和其它方向能量的比值，以能量比值最大化为判别标准进行优化计算根据步骤(5)得到的有效入射角α和非有效入射角β，将给定震源组合个数和平面组合形态作为已知量，统计球面上投射至目的层锥角范围内的能量和其它方向能量的比值，以能量比值最大化为判别标准，采用粒子群优化算法或贪婪算法计算延时震源组合参数，延时震源组合参数包括各个震源的三维空间坐标(xi,yi,zi)、组合加权系数Ci和组合激发延迟时间△t延迟i。2.根据权利要求1所述的延时震源组合参数计算方法，其特征在于：步骤(2)中，震源布设的数目与范围取决于优化所需的震源坐标取值区间。3.根据权利要求1所述的延时震源组合...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘传山，陈明春，尹以东，谭勇，韦相宁，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11