一種增強地震波激發照明的設計方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及石油、天然氣勘探領域中一種地震勘探技術，應用于復雜構造區增強 地震波激發照明的觀測系統設計。
【背景技術】
[0002] 隨著石油天然氣勘探開發向復雜構造區不斷地延伸，油氣勘探所面臨的地震地質 條件也越來越復雜，主要表現為地表起伏劇烈、表層速度變化大、地下地質構造復雜、勘探 目標埋藏深、高速推覆體發育等，導致地震波場復雜、地質目標成像困難。
[0003] 常規的基于水平層狀介質和水平地表假設的野外地震采集觀測系統設計，已經無 法滿足復雜構造區油氣勘探開發的要求。為了提高復雜構造區地震數據采集的可靠性和有 效性，地球物理工作者提出了基于地質模型和地震波正演模擬的觀測系統優化設計。通過 對地質模型的地震波射線追蹤或波動方程數值模擬，可以確定野外觀測系統對地下反射界 面的照明和反射盲區的位置，從而指導野外觀測系統設計。
[0004] 地震照明分析技術通過正演模擬分析地下照明能量分布來預測和評價采集效果， 進而優化采集參數。目前，地震照明分析技術分為兩大類：基于射線理論的射線照明分析和 基于波動理論的波動方程照明分析。由于射線理論的固有缺陷（高頻近似和射線盲區）， 射線追蹤照明分析只適用于速度橫向變化不大的簡單模型。然而波動方程照明分析對速度 模型沒有任何限制，且能夠比較真實地反映地下介質中地震波傳播過程的能量分布，為觀 測系統優化設計提供了有利的保障。董良國等（2006)根據波動方程照明結果，提出了利用 照明統計法和波場上傳法，確定針對勘探目標的地面最優的炮點加密范圍，初步實現了從 通過照明度評價觀測系統到進行觀測系統優化設計的轉變。趙虎等（2010)通過分析面向 復雜構造的密集炮點正演模擬結果，確定目的層照明能量最小位置，并進行局部炮點加密， 依據能量均勻性判斷準則自動求得了目的層照明能量均勻性最高的炮點集合。朱金平等 (2011)基于三維波動方程照明分析確定了面向勘探目標的有利激發范圍，發展了面向勘探 目標的三維地震勘探觀測系統優化設計方法。
[0005] 常規的照明分析僅考慮了震源炮點對地下介質的照明，而沒有考慮地下構造的傾 角。為此，人們又提出了地震定向照明分析方法，即通過局部平面波分解算子（如坡印廷矢 量、小波變換、窗口傅里葉變換等）將模擬地震波場分解為不同傳播方向的平面波，然后計 算不同方向（組合）的地震定向照明。然而，地震定向照明分析只是通過定量計算各個方 向的地震波對目標地質體的照明情況，從而篩選出對目標地質體照明較好的優勢方向，卻 并沒有實質性提高目標地質體的照明能量。
[0006] 其實，早在20世紀70年代，美國石油公司第一次在Tulsa地區進行了地震波束 形成試驗，證實了地震波束定向傳播方向與延時時間間隔的關系，拉開了震源組合方向特 性研究的序幕。胡啟宇（1981)詳細地介紹了時序激發等間隔震源組合獲得指向性波束的 原理和方法。姜強等（2008,2012)對相控震源定向地震波信號進行了定量分析，分別通過 數值模擬和野外試驗，得出相控震源相對于常規同時激發組合震源，其反射波信號信噪比 明顯提高的結論，并提出了基于接收陣列的時域地震波束形成方法。對于水平地表情況下 的地震組合激發定量分析與信噪比分析、震源組合激發參數優選（震源個數、組內距等參 數）、炸藥震源定向激發定量分析、及其在勘探地震中的應用等方面，汪仁富等（2011)、徐 峰等（2011)、劉福烈等（2013)，蔡紀琰（2013)分別在其文章中進行了詳細地討論。鞏向博 等（2014)將組合震源波場定向方法推廣至任意起伏地表，利用坐標旋轉法計算組合震源 激發延時，為復雜起伏地表情況下的組合震源定向波場激發提供了理論基礎。野外實踐和 理論研究都證明，基于相控理論的震源組合可以極大地提高采集資料的信噪比和地震波束 定向傳播方向上的照射能量。
[0007] 綜合起來，目前針對復雜構造區的地震采集分別是從兩方面來解決，一是通過照 明模擬確定在地表局部區域加密炮點，以增加對目的層的照明能量；二是在地表的每一個 激發位置，通過多個炮點的組合激發，以增加向地下傳播的地震波能量。本發明同樣是針對 地下復雜構造區，如陡傾角的地層、斷層、上覆有高速異常體的目標層等，通過地震波的照 明模擬結果，既計算出地表加密炮點的區域，同時也計算出地震波向地下目的層傳播的方 向，從而實現對復雜構造區目的層地震波最有利與最有效的激發設計。
【發明內容】
[0008](一）發明目的
[0009] 本發明的目的是提供一種在復雜構造區增強地震波激發照明的地震觀測系統設 計方法。其將變觀加密炮思想和相控震源組合技術與地震照明分析相結合，基于波動方程 的地震照明分析，是在目標位置激發地震波，通過波場上傳法和地表方向統計，獲得震源組 合參數和對目標地質體照明貢獻較大的加密炮區域。在加密炮區域布置加密炮點，同時利 用相控震源組合確保每一個加密炮的優勢能量都能集中向目標地質體傳播。這樣不僅提高 了震源的激發效率，而且能夠使目標地質體獲得了更好的照明效果，提高了成像質量。該方 法為復雜構造區提供了更有效、更經濟的觀測系統綜合設計方法。
[0010] (二）技術方案
[0011] 一種增強地震波激發照明的設計方法，采用相控理論和組合震源的理論信噪比最 大化原則作為震源組合參數的設計標準，即為組內距和震源個數的設計標準，其他改進的 優化設計標準，同屬此方法一個系列；其不限于水平地表情況，可以適用于復雜地表復雜構 造的區域；其具體步驟如下：
[0012]A.根據現有資料，建立復雜構造區的正演地質模，并確定地質目標；收集工區的 地質資料，地震資料，測錄井、鉆井的資料，綜合已知的解釋成果和地質認識，通過建模軟件 建立工區精確的地質模型，確定地質目標，即地質目標在模型中位置、形狀和范圍；
[0013]B.在地下目標位置布置人工震源，采用波動方程正演模擬方法進行照明模擬；根 據地質模型中目標的特點，在目標位置s= (xs，zs)放置人工震源，即目標震源，通過全程聲 波波動方程正演模擬在地下介質中傳播的地震波場，計算得到目標震源在模型中（x，z)處 的照明結果I(X，z;s)，其定義如下：
【主權項】
1. 一種增強地震波激發照明的設計方法，采用相控理論和組合震源的理論信噪比最大 化原則作為震源組合參數的設計標準，即為組內距和震源個數的設計標準，其他改進的優 化設計標準，同屬此方法一個系列；其不限于水平地表情況，可以適用于復雜地表復雜構造 的區域；其具體步驟如下： A. 根據現有資料，建立復雜構造區的正演地質模，并確定地質目標；收集工區的地質 資料，地震資料，