一种优化垂直地震剖面观测系统设计的方法技术方案

本发明专利技术是地震勘探的优化垂直地震剖面观测系统设计的方法，用已知资料建立地震地质模型，布设两套以上不同的观测系统，正演地震波场的响应，计算反射点位置、入射和反射角度、长度或射线撞击次数，重新统计特征参数组建分析图件，根据地质目标确定最佳方案用于实际勘探。本发明专利技术采用基于空间模型的多参数分析，结果合理性强，适应于细节，可提高数据采集质量，适用于均匀空间、一维、二维或三维模型，可用于非零源距、Ｗａｌｋａｗａｙ和３Ｄ－３Ｃ　ＶＳＰ的勘探设计，还可以用于纵波、横波和转换波的ＶＳＰ勘探设计分析。

A method of optimizing vertical seismic profile observation system

The invention relates to a method for optimization design of vertical seismic profile observation system of seismic exploration, the seismic geological model with known data, more than two sets of different observing system layout, forward response of seismic wave field, the impact frequency calculation of reflection point position, angle, or length of the incident and reflected ray, analysis of statistical characteristics of the formation of new maps according to the geological parameters, determine the optimal scheme for practical exploration target. The invention adopts multi parameter analysis based on spatial model, the rationality of strong, suitable for details, can improve the quality of data collection, suitable for uniform space, 1D, 2D or 3D model, can be used for the exploration and design of non zero spacing, Walkaway 3D and 3C VSP, can also be used to analyze the VSP wave exploration and design and the converted wave.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地震勘探技术，具体是一种优化垂直地震剖面观测系统设计 的方法。
技术介绍
垂直地震剖面法(Vertical Seismic Profile,简称VSP)是通过地面震源激 发、井中检波器接收进行地震信号观测的。与地面地震勘探技术相比，采集 的地震信号受地表浅层低速层吸收衰减的影响是单程的，故具有更高的分辨 率和保真度。因此在油气勘探和开发领域，有良好的应用潜力。VSP的技术经历了从零井源距—非零井源距和Walkaway VSP—三维VSP 的必然发展过程。在实现了零井源距、非零井源距VSP技术的生产工业化之 后，勘探界在较多领域进行Walkaway VSP测量实验的同时，进入了三维VSP 测量的应用实验阶段。特别是随着近些年多级多分量井下检波器的研制成功， 进一步推动了 VSP采集技术的改革。但是，目前的VSP勘探中，仍然套用常规的VSP观测系统设计方法进行 数据采集。实际的观测系统设计主要还是通过简单计算无假频的空间采样和 时间采样作为分析参数确定接收点距等参数，基于这种方法设计的VSP观测 系统采集的地震数据难以满足地质目标勘探的需要，导致VSP技术的应用和 研究发展缓慢。美国的GeoTomo和挪威的N0RSAR等公司开发的采集设计软件，借用了地 面地震采集中的一些思路和方法。由于VSP观测系统的特殊性以及三分量数据特性，如何更专业的利用多种特征参数分析优化观测系统设计，是需要研 究和解决的问题。在目前的VSP生产中，主要套用常规的零井源距和非零井源距VSP的观 测系统设计方法，这些常规方法的主要缺点表现在(1) 、采集设计参数单一。常规的VSP数据采集设计参数主要包括观测 点间距、时间采样间隔等参数。从目前实际应用效果看，仅通过这些种参数 进行VSP观测系统设计表现出手段单一、方法简单和效果不佳等特点，难以 达到预期的目标。(2) 、采集设计参数欠合理。由于VSP的观测是地面震源激发，井中检波器接收，这样即使是在水平层状均匀介质的假定条件下，对于均匀分布的 炮点和检波点，在地下某一水平界面的成像点分布不是均匀的，而且随深度 变化。目前常用的利用研究区域的最小速度和最高频率计算空间采样率的方法是基于单点非零井源距VSP观测提出来的，但远没有解决其观测系统设计 的问题，导致目前这种观测方法的应用面临很大问题。并且，随着VSP技术 的发展，多种观测方式应运而生，这种简单的、欠合理的分析方式远远满足 不了实际的需求。由于观测系统设计方法的问题， 一方面导致数据采集质量难以满足地质 目标勘探的需求；另一方面阻碍了 VSP数据采集技术的发展。
技术实现思路
本专利技术提出了一种优化VSP观测系统设计和提高数据采集质量的优化垂直地震剖面观测系统设计的方法。本专利技术通过以下技术方案实现，步骤为1) 根据观测项目要求和地质目标，确定初始观测系统；步骤l)所述的确定初始观测系统是在均匀空间模型假定的条件下，利用 公知的光学反射原理计算给定源点和接收点的反射成像点，得到均匀空间模 型中目标区有效反射成像以及相对应的源点和接收点分布及范围。2) 利用实测或已知的资料建立地震地质模型；步骤2)所述的实测或已知的资料包括钻井分层、声波、密度测井资料。 步骤2)所述的实测或已知的资料包括地面地震资料和地质构造资料图。3) 根据步骤l)初始观测系统，在步骤2)地震地质模型上布设两套以上 不同的观测系统；步骤3)所述的不同的观测系统是指观测系统中的炮点数及分布或/和接收 点数及分布不同。步骤3)所述的不同的观测系统要求炮点和接收的点数或/和分布渐变。4) 利用公知的波动方程正演得到地震波场的响应，利用射线追踪算法进 行正演得到反射点位置、入射和反射角度、单位长度或面积内的地震射线撞 击次数，在此基础上，重新统计或计算的一组反映VSP观测系统与目标区成象 点关系的特征参数；射线追踪算法采用斯奈尔(Snell)定理或费马(Fermat)原理算法。 步骤4)所述的特征参数是用公知的佐普利兹(Zo印pritz)方程计算目的层的反射射系数(R)，统计给定单位内的反射波强度和入射波撞击的次数，得到目的层照明强度。以上所述的统计是统计每个单位内的最小、最大和平均入射角并计算相应的反射系数。以上所述的反射波强度计算公式如下-总i=l1 N~均=Jr的)i=l4均方根 6其中小为反射波强度，N为撞击次数，R ( ej为反射系数，e,入射角。 步骤4)所述的特征参数是统计目的层的反射点不同属性，得到目的层照明范围和照明子区的特性分布。以上所述的照明范围是目的层地震波反射点集合的边界。 以上所述的照明范围是在每个给定单位内统计入射角度的变化范围并确定反射临界角大小，根据反射临界角分布、反射点的分布等确定照明范围，所有有效反射点构成的数据集构成照明的范围。以上所述的给定单位内有多个反射点时，要统计出最小反射角、最大反射角、平均反射角和优势反射角，计算公式如下(9200810116287.9 说明书第5/ll页%+=Min(《)(i = l,...,N) %*=Max(《)(i = l,..,N)1 N 均iZ《 i%势=(~/max —N司)i=lM:入射角角度分区的个数； 〖腿二MaxWJ》 CH1,…,M)对应的序号； ^:单位长度/面积内有效反射点的个数。步骤4)所述的特征参数是在观测系统下，用射线追踪方法计算目的层的 成像点，并将其投影到激发-接收平面，形成目的层成像点数据集，计算相邻 成像点之间的距离；所述的计算相邻点之间的距离方法是Z)I, = - (/ = 1，..., AO所有炮、检点在目的层的成像点总点数为N，按离井口的距离大小排序， 组成新的数据集(...，offseti, ...) (i=l， ...， N)， offset为成像点至井口的 距离。所述的计算相邻点之间的距离(DXi)数据集中的最大值大于给定单位的 大小，修改观测系统，反之数据成像不满足地质目标的需求。步骤4)所述的特征参数是对目的层成像点数据集按共炮点道集进行分选 后计算相邻成像点之间的距离，计算方法是对应每一个炮点，以最浅的接收点为参考点，计算确定接收排列在目的层的成像点与参考点的距离DX)= - . ("l,…，m), (/ = 1广.，")其中，m为一个排列的接收点数，n为炮点数。5) 利用特征参数组建分析图件；步骤5)所述的分析图件包括不同反射角度随深度变化的分布图；反射强 度在目的层位的平面分布图，利用波动方程正演结果组织分析图件，炮点距 与成像点的关系图、接收点距与成像点的关系图。6) 根据项目要求和地质目标，根据不同观测系统的特征参数计算结果， 在两套以上观测系统设计中确定最佳方案用于实际勘探。步骤6)的选择确定是(1) 目的层反射波成像范围满足项目要求，不否存在盲区，不存在空间假频；(2) 目的层反射波覆盖次数的垂向和横向分布的均匀；(3 )目的层照明强度和分布要满足地质目标勘探的需求；(4) 目的层地震波入射角度分布小于反射临界角的80°/。；(5) 时间采样间隔和记录时间长度根据正演结果确定，满足目的层反射 波成象要求；(6) 对于多分量垂直地震剖面勘探，有利于同时最佳观测到上行压縮波 (PP)和剪切波(PSv)，易于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种优化垂直地震剖面观测系统设计的方法，其特征在于通过实现步骤为：　１）根据观测项目要求和地质目标，确定初始观测系统；　２）利用实测或已知的资料建立地震地质模型；　３）根据步骤１）初始观测系统，在步骤２）地震地质模型上布设两套以上不同 的观测系统；　４）利用公知的波动方程正演得到地震波场的响应，利用射线追踪算法进行正演得到反射点位置、入射和反射角度、单位长度或面积内的地震射线撞击次数，在此基础上，重新统计或计算的一组反映ＶＳＰ观测系统与目标区成象点关系的特征参数；　５ ）利用特征参数组建分析图件；　６）根据项目要求和地质目标，根据不同观测系统的特征参数计算结果，在两套以上观测系统设计中确定最佳方案用于实际勘探。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：严又生，宜明理，许增魁，魏新，
申请(专利权)人：中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]