面向勘探目标成像的三维观测系统设计方法

面向勘探目标成像的三维观测系统设计方法

1复杂区观测系统设计方法在我国西部和西南部的广大低速带，高倾角层区和复杂构造区的分布，导致该地区油气勘探数据的信噪比普遍较低。尤其在逆掩推覆构造发育区,因复杂的上覆地质结构及高速推覆体的存在使下伏勘探目的层照明强度显著下降,造成目的层界面或构造成像困难基于水平层状模型的常规观测系统设计方法未能充分考虑提高这些阴影区的照明强度,显然这种设计思路在逆冲推覆、横向速度剧变等复杂构造区已不再适用,需选择基于模型、面向勘探目标的有针对性的观测系统设计方法。近年来,波动方程数值模拟与地震照明技术的快速发展为复杂区观测系统优化设计提供了多种手段。常见的地震照明度计算方法有基于射线追踪和基于波动方程两类波动方程照明分析技术被广泛应用是因为可通过对目的层上的波场控制获得对目的层的较好成像效果,即以上波动方程照明分析更多的是局限于从地震波在地下介质模型中的能量分布角度分析波场特征。近年来,董良国等Xie等2地震波场传最佳激发范围的确定根据波动方程地震照明结果,利用照明统计、双程波照明或单程波照明方法可确定针对某勘探目标的地面最佳炮点分布范围照明统计方法是基于各单炮地震波对地下的照明强度分布,统计地面不同位置激发时对目标区域总的照明强度贡献。贡献值越大,说明在该处激发对目标区域的照明越有利。根据统计出的各激发点对目标区域的照明强度贡献值分布图,即可筛选出针对勘探目标的地面最佳激发范围。但在三维情况下,该统计方法的计算效率较低,因此我们采用地震波波场上传方法确定地面最佳激发范围。根据地震波传播的互换原理,目的层界面上均匀分布的震源产生的地震波到达地面,如果根据地面不同位置接收到的地震波能量强弱来选择地表激发地震波的位置,就能对该目的层界面达到最理想的照明。在地面接收到的地震波能量越强的区域激发,对该目的层界面的照明越有利。因此可利用波场上传照明法确定面向勘探目标的地面最佳激发范围。波场上传过程中,可采用双程波方程或单程波方程计算地震波的传播,前者更加符合地震波的实际传播规律,在数学上没有近似,但计算效率较低;后者尽管取一定的近似,精度上存在一定程度的下降,但计算效率较高。同时,从试验结果发现,在目的层较深、地表观测孔径有限的情况下,二者差别并不大。因此,可利用单程波方程快速地计算深部目的层激发的地震波在地面的能量分布情况。图1为面向目标的最佳炮点激发范围的确定流程,其中黄底虚框的两个步骤主要是为了对确定出的地面最佳激发范围进行验证。下面以三维SEG-EAGE盐丘模型为例,说明上述流程的实现过程和效果。在计算地震波的传播时,同时采用带误差补偿的频率—空间域有限差分单程波波场延拓算子和高阶差分双程声波算子,以便于对比。33.1seg-eage盐丘模型地震照明度分析就是在确定的观测系统下,研究地震波在地下介质传播过程中受介质结构影响的地下能量分布。首先利用三维带误差补偿的单程傅里叶有限差分波场传播算子对三维SEG-EAGE盐丘模型进行地震照明分析,探测地面均匀布设炮点时,地震照明阴影区的分布范围。图2a是对三维盐丘模型进行地震照明后位于3.2能量阈值的选取针对地面均匀布设炮点时盐丘下存在的几个地震照明阴影区,可在深度为3500在选定的1.6×10从地面照明度分布图(图5)可看出,虽然选定的地下目标是一个规则的矩形区域,但上行波在地面的照明能量分布却很不规则,其中有几个区域能量较强。对比图5按照地震波传播的互易性原理,理论上若在地面各处按图5需要注意的是,能量阈值的选取影响最佳激发范围的确定,阈值过大容易造成确定的最佳激发范围对勘探目标区照明不足,降低勘探精度;阈值过小,确定的最佳激发范围会过大,即造成勘探投资的盲目增加。应综合勘探精度要求与勘探投资等因素,采用不同方法确定能量阈值。本文根据目标区平面波源到达地面时的照明能量分布,选取照明能量最大值的10%作为能量阈值,这种方法在能量分布较为平滑的情况下是可取的。图6示意了根据能量阈值筛选后的地面照明能量分布,其中红色区域即为针对勘探目标所确定的地面最佳激发范围。3.3地下照明试验为了验证最佳激发范围的有效性,首先在确定的最佳激发范围内激发,对比、分析地震波对地下的照明情况。图7a和图7b分别是第二步,在确定的地面最佳激发范围外全部区域均匀布置震源,观察地震波对地下的照明情况。图8a和图8b分别是第三步,从模型正演数据成像角度检验上述最佳激发范围确定方法的效果。图9a中从左至右依次为使用所有炮(共4781炮)的理论模拟数据偏移结果、使用最佳炮点布设范围内(共57炮)理论炮数据偏移结果和最佳范围外(共4724炮)理论炮数据偏移结果(此外,对理论模拟数据加入一定噪声再进行偏移成像试验。图10a是信噪比为0.8时的地震数据偏移剖面,其中从左至右依次为全炮(共4781炮)含噪数据偏移结果、最佳炮点布设范围内的(共57炮)含噪炮数据偏移结果和最佳激发范围外的(共4724炮)含噪炮数据的偏移结果(4基于照明试验结果的三维观测系统优化设计技术通过地震照明分析,可以探测特定观测系统下地下的地震照明阴影区,并进行观测系统定量评价。通过单程波波动方程或双程波波动方程地震波上传方法,可确定提高地下勘探目标区域照明强度的地表最佳激发范围。三维SEG-EAGE盐丘模型的照明试验结果及其叠前深度偏移处理结果验证了本文面向勘探目标的三维观测系统优化设计方法的正确性和有效性。需要说明的是,本文理论试验确定的“最佳激发范围”在实际野外地震数据采集中应理解为针对某一勘探目标的加密炮范围,具体可通过两种施工方式实现。其一是在确定的“最佳激发范围”内加密炮点激发;其二是在激发试验前提下,在确定的“最佳激发范围”内增加激发药量,通过提高炮点的激发能量尽可能地提高勘探目标区域的照明能量。基于