沙漠区三维地震勘探物理点位自动化设计方法及装置

摘要

本发明公开了一种沙漠区三维地震勘探物理点位自动化设计方法及装置，其中该方法包括：获取施工区的高程数据及预设的理论点的坐标；针对每个理论点，按照如下方法确定理论点对应的三维地震勘探物理点位：根据理论点的坐标确定该理论点的选点范围内所有样点的坐标；根据高程数据确定各个样点处沙丘的坡向、坡度数据值、坡位类型和高程；根据每个样点的坐标和高程，计算各个样点的贡献率；从所有样点中选择贡献率、坡向和坡位类型符合预设条件的样点作为三维地震勘探物理点位。本发明可以合理、高效的选择三维地震勘探物理点位。

说明书

技术领域

本发明涉及陆上石油地震勘探技术领域，尤其涉及一种沙漠区三维地震勘探物理点位自动化设计方法及装置。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

沙漠区三维地震数据采集过程中，沙丘厚度、地表压实程度、地形起伏程度等客观存在的因素直接影响地震数据采集质量及施工难度，因此通常在测量工序中，对理论是的物理点位置在技术允许范围内进行适当的优选。

目前，流动沙漠区三维地震数据采集物理点位优选主要采用人工选点法。人工选点法就是在理论设计的点位附近，通过观察地形地貌后，依据施工经验，通过主观判断来选择物理点位置的方法。因机动设备在流动性沙漠区施工需要推土机修路方能施工，因此，人工选点实现过程大致分为两个步骤：一是粗放，即测量工人为机动设备优选行进路线，负责选点的技术工人抵达理论点后，对视野范围内地形地貌进行观察，在技术允许的范围内，有限机动设备易于通行的路线，推土机操作手沿技术工人指定的线路开展推路工作；二是细放，在粗放的基础上，针对每一个理论点，在技术允许的偏移范围内，进一步优选一个有利于降低施工难度和获得高质量地震数据的三维地震勘探物理点位置。

该方法主要存在两方面的问题：第一，受人的主观因素影响大。施工路线、物理点位置优劣全由技术工人主观判断决定，选点效果与技术工人的施工经验、责任心密切相关；第二、工作效率低。在茫茫沙海中，因受视野范围限制，影响了技术工人对整体地形的判断及评价，往往出现重新选择粗放路线及细放点位的情况。

在流动性沙漠区地震勘探中，资料品质与地表条件密切相关，物理点位置的选择需要考虑降低施工难度、提高地震资料品质、减小偏移量和提高施工效率等多方面的需要，目前的选点方法尚不能完全满足生产需要，有必要提供一种合理、高效的物理点位置优选方法。

发明内容

本发明实施例提供一种沙漠区三维地震勘探物理点位自动化设计方法，用以合理、高效的选择三维地震勘探物理点位，该方法包括：

获取施工区的高程数据及预设的理论点的坐标；

针对每个理论点，按照如下方法确定理论点对应的三维地震勘探物理点位：

根据理论点的坐标确定该理论点的选点范围内所有样点的坐标；

根据高程数据确定各个样点处沙丘的坡向、坡度数据值、坡位类型和高程；

根据每个样点的坐标和高程，计算各个样点的贡献率；

从所有样点中选择贡献率、坡向和坡位类型符合预设条件的样点作为三维地震勘探物理点位。

本发明实施例还提供一种沙漠区三维地震勘探物理点位自动化设计装置，用以合理、高效的选择三维地震勘探物理点位，该装置包括：

获取模块，用于获取施工区的高程数据及预设的理论点的坐标；

针对每个理论点，点位确定模块，用于按照如下方法确定理论点对应的三维地震勘探物理点位：

根据理论点的坐标确定该理论点的选点范围内所有样点的坐标；

根据高程数据确定各个样点处沙丘的坡向、坡度数据值、坡位类型和高程；

根据每个样点的坐标和高程，计算各个样点的贡献率；

从所有样点中选择贡献率、坡向和坡位类型符合预设条件的样点作为三维地震勘探物理点位。

本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述沙漠区三维地震勘探物理点位自动化设计方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述沙漠区三维地震勘探物理点位自动化设计方法的计算机程序。

本发明实施例中，通过对高程数据进行处理，获得各个样点处沙丘的坡向、坡度数据值、坡位类型和高程；对上述数据经过进一步处理后，获得贡献率、坡向和坡位类型等符合流动沙漠区特点的数字化数据，利用上述数字化数据选择区三维地震勘探物理点位，将物理点位置选择在最有利于保证地震资料品质、最优利于降低施工难度的位置，满足了流动沙漠区三维地震勘探中物理点位置优选工作合理、准确、高效的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中一种沙漠区三维地震勘探物理点位自动化设计方法的流程图；

图2(a)为本发明实施例中航拍得到的高程数据平面图；

图2(b)为本发明实施例中航拍得到的局部3D高程图；

图3为本发明实施例中一种理论点的选点范围的示意图；

图4为本发明实施例中一种坡向数据体的示意图；

图5为本发明实施例中一种偏移范围内选点的示意图；

图6为本发明实施例中一种沙漠区三维地震勘探物理点位自动化设计装置的结构示意图；

图7为本发明实施例中一种计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

流动沙漠区三维地震勘探物理点优选工作的目的包括以下三个方面：一、有利于提高地震资料品质；二、有利于降低施工难度；三、提高选点效率。

为了达到上述目的，一般采用如下选点原则：

一、首选迎风面

迎风面、背风面是流动沙漠区特有的微地形地貌。迎风面受季风持续吹拂影响，地表相对压实程度相对高；背风面地表的沙土来源于沙丘顶部季风吹拂下的颗粒细小沙土，该区砂质松软，且因堆积作用，地形坡度较大；以往地震资料证实，迎风面是流动沙漠区最优的选点区域。

二、选择缓坡区

考虑降低施工难度的需要，应将物理点，尤其是激发点位置选择在机动设备容易到位的平缓区域。

三、优选低海拔区

以往勘探资料证实，沙丘厚度是影响沙漠区地震资料品质的关键因素之一，因此，基于有利于提高地震资料品质的需要，应将物理点选择在海拔高度相对低的位置。

四、保证三维观测系统属性的均匀

当理论设计点位(理论点)位于迎风面时，偏移后的物理点与理论点海拔高程差小于2m时(门槛值)，保持理论点位置不变。

基于上述选择原则，本发明实施例提供了一种沙漠区三维地震勘探物理点位自动化设计方法，如图1所示，该方法包括步骤101至步骤106：

步骤101、获取施工区的高程数据及预设的理论点的坐标。

由于流动沙漠区地形地貌变化大，在进行物理点施工前进行航拍数据采集，采集的航拍数据包括高程数据和影像数据等。

示例性的，在塔里木盆地大沙漠区，利用航拍采集了航拍数据，所采集的航拍数据的比例尺为1：2000，平面分辨率0.2m，高程平面采样间隔2m，像控点密度在1km×1km至1.5km×1.5km。参照图2(a)和图2(b)，分别为航拍得到的高程数据平面图和局部3D高程图。

步骤102、针对每个理论点，按照步骤103至步骤106中方法确定理论点对应的三维地震勘探物理点位。

步骤103、根据理论点的坐标确定该理论点的选点范围内所有样点的坐标。

本发明实施例中使用的坐标系为用户选定原点、坐标轴方向等后自建的坐标系，在该坐标系下确定理论点选点范围内所有样点的坐标。

在工程设计中，允许炮点在横测线(InLine)方向上的最大偏移距离为12.5m、纵测线(CrossLine)方向上的最大偏移距离为60m，因此炮点的选点范围设置为以炮点理论点位置为中心InLine方向25m、CrossLine方向120m的矩形范围；允许检波点在InLine方向上的最大偏移距离为2.5m、CrossLine方向上的最大偏移距离为12.5m，选点范围设置为以检波点理论点位置为中心InLine方向5m、CrossLine方向25m的矩形范围。如图3所示，图3中在横测线上的圆为检波点理论点，在纵测线上的圆点为炮点理论点，分别以一个炮点理论点和一个检波点理论点为例，图3中以虚线矩形区域示出了炮点偏移范围以检波点偏移范围，从该炮点偏移范围和检波点偏移范围内选择较优的炮点和检波点。

步骤104、根据高程数据确定各个样点处沙丘的坡向、坡度数据值、坡位类型和高程。

其中，利用高程数据确定沙丘的下坡方向和沙丘走向，将沙丘的每个下坡方向上每个像元到相邻像元高程变化率最大的方向与指定方向的夹角确定为坡向数据；根据沙丘走向确定每种坡向的参考角度范围，其中坡向包括迎风面和背风面；按照参考角度范围和坡向数据确定沙丘的迎风面坡和背风面坡；根据各个样点的坐标确定各个样点处沙丘的坡向。

高程数据中栅格中各像元的值可指示各像元位置处表面的朝向的罗盘方向。

本发明实施例中，沙丘的下坡方向是从沙丘顶部向四周辐射，因此，沙丘下坡方向与指定方向(如正北向、正南向等)的夹角也介于0度到360度之间。以正北方向为指定方向，按照顺时针或逆时针方向进行测量，初始方向与正北向的夹角为0度，测量一周后回到正北向，角度为360度，是一个完整的圆。将测量得到的夹角角度作为坡向数据。

每种坡向有一定的角度范围，以塔中沙漠区为例，塔中沙漠区受季风影响，沙丘规律性相对较强，背风面参考角度范围分布110度至270度之间，其余区域为迎风面范围，根据此角度范围为不同的坡向赋不同的值，如背风面赋值为1，迎风面赋值为2，不具有下坡方向的平坦区域赋值为-1，将坡向数据数字化，可以得到如图4所示的坡向数据体。

在一种实现方式中，根据高程数据确定各个样点处沙丘的坡位类型，可以执行为如下步骤：利用高程数据生成地形位置指数(Topographic Position Index，TPI)数据体；根据高程数据和TPI数据体生成施工区的地形坡位分类(Slope PositionClassification，SPC)数据体；根据SPC数据体及各个样点的坐标，确定各个样点处沙丘的坡位类型；其中，沙丘的坡位类型包括沙谷、坡脚、平坦区、中坡度区、陡坡度区和沙脊。

其中，TPI数据体是指在已有DEM数据下，利用具有TPI计算功能的软件，按照指定的网格间距(如采用5×5)网格化计算并生成TPI栅格数据体。SPC数据体是指利用具有地形坡位分类计算功能的软件，以输入的DEM和TPI数据体为依据，将地形划分成沙谷、坡脚、平坦区、中坡度区、陡坡度区、沙脊6种类型，分别赋值为1、2、3、4、5、6，并生成SPC栅格数据体。

步骤105、根据每个样点的坐标和高程，计算各个样点的贡献率。

具体的，根据高程确定各样点与理论点的高差；根据每个样点的坐标确定样点与理论点的平面距离；将高差与平面距离的比值确定为样点的贡献率。

步骤106、从所有样点中选择贡献率、坡向和坡位类型符合预设条件的样点作为三维地震勘探物理点位。

具体的，从所有样点中选择贡献率大于10％，且坡向为迎风面，且坡位类型不是沙谷、坡脚和陡坡度区的样点，作为初选样点；将初选样点中贡献率最高的样点确定为三维地震勘探物理点位。示例的，参见图5，理论点位于背风面，较不适合作为实际勘探点位，利用本发明实施例提供的方法在理论点的偏移范围内进行了选点，将选点后的点作为三维地震勘探物理点位，选点后的点位位于迎风面，条件较适合实际勘探。

针对每个理论点，重复执行步骤102至步骤106中步骤可以在所有理论点的偏移范围内确定该理论点对应的三维地震勘探物理点位。

由于三维地震勘探物理点位之间的距离较远，从一个物理点位到另一个物理点位之间的路线较多，本发明实施例中，在从所有样点中选择贡献率、坡向和坡位类型符合预设条件的样点作为三维地震勘探物理点位之后，还可以利用插值法在两两相邻的三维地震勘探物理点位之间插入虚拟炮点；将虚拟炮点作为理论点，确定每个虚拟炮点对应的虚拟三维地震勘探物理点位；利用三维地震勘探物理点位和虚拟三维地震探勘物理点位进行曲线拟合，将拟合曲线作为可控震源的施工路线。

需要说明的是，虚拟炮点和虚拟炮点之间的距离较短，如炮点距设置为5米。由于炮点距的较小，相应的虚拟炮点的选点范围也设置为较小的值，如允许虚拟炮点在InLine方向上的最大偏移距离为2.5m、CrossLine方向上的最大偏移距离为30m，因此虚拟炮点的选点范围设置为以虚拟炮点位置为中心InLine方向5m、CrossLine方向60m的矩形范围。

本发明实施例中，通过对高程数据进行处理，获得各个样点处沙丘的坡向、坡度数据值、坡位类型和高程；对上述数据经过进一步处理后，获得贡献率、坡向和坡位类型等符合流动沙漠区特点的数字化数据，利用上述数字化数据选择区三维地震勘探物理点位，将物理点位置选择在最有利于保证地震资料品质、最优利于降低施工难度的位置，满足了流动沙漠区三维地震勘探中物理点位置优选工作合理、准确、高效的需求。

本发明实施例中还提供了一种沙漠区三维地震勘探物理点位自动化设计装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与沙漠区三维地震勘探物理点位自动化设计方法相似，因此该装置的实施可以参见沙漠区三维地震勘探物理点位自动化设计方法的实施，重复之处不再赘述。

如图6所示，该装置600包括获取模块601和点位确定模块602。

其中，获取模块601，用于获取施工区的高程数据及预设的理论点的坐标；

针对每个理论点，点位确定模块602，用于按照如下方法确定理论点对应的三维地震勘探物理点位：

根据理论点的坐标确定该理论点的选点范围内所有样点的坐标；

根据高程数据确定各个样点处沙丘的坡向、坡度数据值、坡位类型和高程；

根据每个样点的坐标和高程，计算各个样点的贡献率；

从所有样点中选择贡献率、坡向和坡位类型符合预设条件的样点作为三维地震勘探物理点位。

在本发明实施例的一种实现方式中，点位确定模块602，用于：

利用高程数据确定沙丘的下坡方向和沙丘走向，将沙丘的每个下坡方向上每个像元到相邻像元高程变化率最大的方向与指定方向的夹角确定为坡向数据；

根据沙丘走向确定每种坡向的参考角度范围，其中坡向包括迎风面和背风面；

按照参考角度范围和坡向数据确定沙丘的迎风面坡和背风面坡；

根据各个样点的坐标确定各个样点处沙丘的坡向。

在本发明实施例的一种实现方式中，点位确定模块602，用于：

利用高程数据生成地形位置指数TPI数据体；

根据高程数据和TPI数据体生成施工区的地形坡位SPC数据体；

根据SPC数据体及各个样点的坐标，确定各个样点处沙丘的坡位类型；其中，沙丘的坡位类型包括沙谷、坡脚、平坦区、中坡度区、陡坡度区和沙脊。

在本发明实施例的一种实现方式中，点位确定模块602，用于：

根据高程确定各样点与理论点的高差；

根据每个样点的坐标确定样点与理论点的平面距离；

将高差与平面距离的比值确定为样点的贡献率。

在本发明实施例的一种实现方式中，点位确定模块602，用于：

从所有样点中选择贡献率大于10％，且坡向为迎风面，且坡位类型不是沙谷、坡脚和陡坡度区的样点，作为初选样点；

将初选样点中贡献率最高的样点确定为三维地震勘探物理点位。

在本发明实施例的一种实现方式中，装置600还包括：

插值模块603，用于利用插值法在两两相邻的三维地震勘探物理点位之间插入虚拟炮点；

点位确定模块602，还用于将虚拟炮点作为理论点，确定每个虚拟炮点对应的虚拟三维地震勘探物理点位；

曲线确定模块604，用于利用三维地震勘探物理点位和虚拟三维地震探勘物理点位进行曲线拟合，将拟合曲线作为可控震源的施工路线。

本发明实施例中，通过对高程数据进行处理，获得各个样点处沙丘的坡向、坡度数据值、坡位类型和高程；对上述数据经过进一步处理后，获得贡献率、坡向和坡位类型等符合流动沙漠区特点的数字化数据，利用上述数字化数据选择区三维地震勘探物理点位，将物理点位置选择在最有利于保证地震资料品质、最优利于降低施工难度的位置，满足了流动沙漠区三维地震勘探中物理点位置优选工作合理、准确、高效的需求。

本发明实施例还提供一种计算机设备，图7为本发明实施例中计算机设备的示意图，该计算机设备能够实现上述实施例中的沙漠区三维地震勘探物理点位自动化设计方法中全部步骤，该计算机设备具体包括如下内容：

处理器(processor)701、存储器(memory)702、通信接口(CommunicationsInterface)703和通信总线704；

其中，所述处理器701、存储器702、通信接口703通过所述通信总704完成相互间的通信；所述通信接口703用于实现相关设备之间的信息传输；

所述处理器701用于调用所述存储器702中的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例中的沙漠区三维地震勘探物理点位自动化设计方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述沙漠区三维地震勘探物理点位自动化设计方法的计算机程序。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。