基于地质地球物理模型的三维地震观测系统优化设计方法

摘要

本发明是一种基于地质地球物理模型的三维地震观测系统优化设计方法,包括以下步骤:A)建立先验的地质地球物理模型;B)设计两种或多种三维地震数据采集的观测系统;C)采用虚谱法三维波动方程数值模拟与三维地震物理模型模拟两种方法联合正演来完成数据采集工作;D)以共反射点为基础,对采集的数据进行叠前深度偏移处理,得到地震处理几种成像结果;E)对所述地震处理几种成像结果进行成像质量的综合对比评价,经过对比,确定其中一个最佳地震成像结果。本方法适用范围广泛,应用效果良好,对指导石油天然气地震勘探实际生产、提高油气勘探成功率具有现实意义。

说明书

技术领域

本发明涉及石油天然气和其它矿产资源及地质工程中三维地震勘探的一种技术设计优化方法，特别是一种基于地质地球物理模型的三维地震观测系统优化设计方法。

背景技术

地震勘探三大环节是采集、处理与解释。采集是基础；地面上震源激发点位组成的激发系统和检波器接收点位组成的接收系统，必须通过正确的几何分布，即优化的地震观测系统，才能采集到有效的完整的地下地质构造信息。因此，观测系统在地震勘探中起重要作用，它的设计优劣直接关系到勘探任务的成败。又因为三维地震工作量大、投资高，三维工区往往布置在复杂构造地区，所以三维观测系统优化设计就倍为重要。

至今，国内外广为采用的三维观测系统设计软件多是以水平层状地质模型和共中心点(CMP)叠加原理为基础的，它们不适用于复杂构造、大倾角地层的三维地震技术设计。在复杂构造情况下，应用这类设计方案，不仅不能得到高质量的地震成像，甚至可能得出错误的地震成像结果。

发明内容

因此，本发明的目的使提供一种基于地质地球物理模型的三维地震观测系统优化设计方法。

该方法以勘探地区先验的三维地质和地球物理模型为基础，采用数值模拟与物理模拟联合正演技术，根据共反射点(CRP)原理，以地质目标高质量地震成像为评价标准，将三维地震采集技术设计方案与地震数据处理的成像质量直接联系起来，以此实现优化三维观测系统设计这一采集技术目标。

本发明提供的基于地质地球物理模型的三维地震观测系统优化设计方法包括以下步骤：

A)根据勘探地区现有的勘探成果，即复杂地质构造和复杂地质体形态及其地球物理参数建立先验的地质地球物理模型；B)以上述地质地球物理模型为勘探目标，设计两种或多种三维地震数据采集的观测系统；C)以该模型作为三维地震观测对象，按照观测系统设计所要求的技术参数和施工图形在实验室模拟野外地震数据采集过程，获得模拟的野外原始地震记录，具体作法是采用虚谱法三维波动方程数值模拟与三维地震物理模型模拟两种方法联合正演来完成这一数据采集工作；D)对采集的数据进行三维地震数据处理，其中以共反射点为基础，对数据进行叠前深度偏移处理，得到地震处理几种成像结果；E)以先验的地质地球物理模型作为评价与对比标准，以信噪比、分辨率和构造形态特征作为技术分析主要内容，对地震处理几种成像结果进行成像质量的综合对比评价，经过对比，确定其中一个最佳地震成像结果。

此外，上述步骤E)还包括：如果这个成像结果还没有达到地震勘探的目标要求，则修改原先的三维观测系统设计方案，随后重新进行三维地震数据采集处理工作；如果这个成像结果已经达到地震勘探的目标要求，则输出三维地震观测系统优化设计流程图。

下面结合附图对本发明进行详细说明，以便于进一步理解本发明的上述目的、特点以及由此带来的优点。

附图说明

图1是本发明的基于地质地球物理模型的三维地震观测系统优化设计方法的流程图；

图2(a)是根据先验资料制作的千米桥潜山构造物理模型；

图2(b)是南北方向穿过潜山顶部的二维337测线地质剖面图；

图3是在337测线上分别采用虚谱法三维波动方程正演模拟和采用三维地震物理模拟所得到的地震记录；

图4是三种观测系统采集的地震数据水平叠加成像结果(337线)，其中图4(a)是8线2炮纵24次横1次观测系统；图4(b)是8线4炮纵24次横2次观测系统；图4(c)是8线8炮纵24次横2次观测系统；

图5是不同宽窄度三维采集的地震数据偏移成像结果(圆丘顶部成像的水平切片图)，其中，图5(a)是窄三维采集的地震数据偏移，图5(b)是宽三维采集的地震数据偏移。

具体实施方式

中国石油天然气集团公司物探重点实验室从1996年开始探索一种针对勘探地区具体的复杂地质构造为目标的，以CRP地震成像为基础的，新的三维采集技术设计方法，该方法工作流程如图1所示。

首先根据勘探地区现有的勘探成果(复杂地质构造和复杂地质体形态及其地球物理参数)建立先验的地质地球物理模型，通常建立地下介质的地震速度模型；第二步以上述地质地球物理模型为勘探目标，设计两种或多种三维地震数据采集的观测系统；第三步以该模型作为三维地震观测对象，按照观测系统设计所要求的技术参数和施工图形在实验室模拟野外地震数据采集过程，本方法特点是采用数学计算和物理实验两种方法模拟野外地震施工，获得模拟的野外原始地震记录(参见图3)，具体是采用虚谱法三维波动方程数值模拟与三维地震物理模型模拟两种方法联合正演来完成这一数据采集工作；第四步是对采集的数据进行三维地震数据处理，处理原理以共反射点(CRP)为基础，核心技术为叠前深度偏移处理，即一种当前流行的地震成像技术，从而得到地震处理几种成像结果；第五步以先验的地质地球物理模型作为评价与对比标准，以信噪比、分辩率和构造形态特征作为技术分析主要内容，对地震处理几种成像结果进行成像质量的综合对比评价，经过对比，确定其中一个最佳地震成像结果；如果这个成像结果还没有达到地震勘探的目标要求，则要修改原先的三维观测系统设计方案，随后重新进行三维地震数据采集处理工作；如果这个成像结果已经达到地震勘探的目标要求，则它所对应的三维观测系统就是该地区三维地震勘探优化设计的最后结果，随后输出三维地震观测系统优化设计工作流程图。此时，整个优化设计工作也同时宣告完成。

三维地震观测系统设计的主要内容是三维观测模板(几线、几炮制)选择和三维观测系统参数设计。三维观测系统参数主要有三维地震观测宽窄度、面元尺寸、覆盖或照明次数、照明度、地震道总数、最大炮检距等。在确定三维地震观测宽窄度N时，利用申请人提出的下列公式： $>>N>=>>\theta >>2>\pi >\; >>(>>C>1>>>>L>c>>>L>i>\; >+>>C>2>>>>n>c>>>n>i>\; >)>>>s>式中：L$_c/L_I-排列片横纵比；

  n_c/n_I-覆盖次数横纵比；

  C₁-与排列片横纵比有关的系数；

  C₂-与覆盖次数横纵比有关的系数，且C₂＝1-C₁，一般可

  取C₁＝C₂＝0.5；

 θ-子区中心面元方位角分布范围(弧度)。当：N＜0.5时为窄方位观测系统；

N≥0.5时为宽方位观测系统；

N≥0.85时为全方位观测系统；

结合我国东西部复杂地区的油气勘探任务，中国石油天然气集团公司(CNPC)物探重点实验室多次将这一方法应用到实际的三维地震技术设计中，例如大港千米桥潜山模型，新疆车排子地区逆掩断裂带模型，新疆伊奇克里克褶皱冲断带模型，江苏句容和洪泽的复杂断块模型等，均取得了很好的效果。下面以大港千米桥潜山构造三维地震观测系统优化设计为例，对这一方法作一简单介绍。

图2(a)为根据先验资料制作的千米桥潜山构造物理模型，图2(b)为南北方向穿过潜山顶部的二维337测线地质剖面图。图3是在337测线上分别采用虚谱法三维波动方程正演模拟和采用三维地震物理模拟所得到的地震记录，比较这两张记录，可以认为两者是相似的。对该地区采用了几种不同的观测系统进行了三维地震数据采集工作，通过处理，得到了不同的地震成像结果(见图4和图5)。随后以地质目标作为标准，对各种成像结果进行评价，优化观测系统设计。例如图4(c)的图像信噪比比图4(b)和图4(a)的高，则应该认为图4(c)相对应的观测系统是其中最佳的；又例如图5(b)圆丘顶部成像比较好，聚焦质量比图5(b)高，说明应该选择宽方位三维观测系统进行地震施工。上述的一些实际应用表明：本方法适用范围广泛，应用效果良好，对指导石油天然气地震勘探实际生产、提高油气勘探成功率具有现实意义。