[發明專利]一種基于重構技術的三維起伏地表物理模擬采集方法

在審

• 申請號: 201611146979.9
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106772581A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 劉洋
• 申請（專利權）人: 西京學院
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司61202
• 代理人: 高亦哲

技術領域

本發明屬于地震模擬采集技術領域，具體涉及一種基于重構技術的三維起伏地表物理模擬采集方法。

背景技術

如今中國各重點油氣區幾乎都涉及起伏地表地形，例如柴達木盆地的東柴山、四川盆地的川東北地區和塔里木盆地的庫車山地等。在起伏地表區域，地形起伏劇烈，基巖直接裸露地表，且表層結構和巖性復雜，這給油氣勘探帶來了諸多困難，如起伏地表地形產生的散射和地滾波會直接影響直達波與反射波的能量、波形、振幅、頻譜等參數，從而對地震記錄造成污染，并且無法通過常規的處理流程消除，最終影響地下構造的成像精度。因此如何消除起伏地表地形對地震采集的影響具有重要意義。

前人針對起伏地表地形開展了靜校正、數值模擬中網格剖分產生的階梯狀自由界面的處理以及觀測系統設計等研究，而進行上述研究首先需要一套完整的模型數據，用以檢驗并驗證方法的正確性。一般說來，獲得模型數據主要有數值模擬和物理模擬兩種途徑。與數值模擬相比，物理模擬能獲得更加真實的復雜波場特征。然而，在起伏地表物理模擬中，呈起伏狀的物理模型表面各點高程不盡相同，難以統一消除上覆水層的影響。在實驗室開展起伏地表物理模擬時，換能器通常直接安裝在起伏地表曲面上，這對換能器和測距儀器提出了更高的要求。為此，趙群設計了一種小型換能器，該換能器體積小、性能高。魏建新等設計了點接觸換能器，并通過在單層平板上進行測試，了解了不同的換能器在能量、波形的振動周期(帶寬)等方面的優劣。從上述研究中能夠看出，換能器在設計上存在難以調和的矛盾：小接觸面的換能器與起伏表面耦合度好，但是相應的發射能量弱，地震記錄的信噪比低；為了提高信噪比，需要擴大模型尺寸，而此時震源波場的穿透力又無法保證。此外，在起伏地表的物理模擬過程中需要進行測距，也增大了物理模擬的實現難度。

綜上所述，如今針對起伏地表物理模擬的數據采集仍然存在兩個難題：①耦合誤差大，如在采集過程中采用固體模型和換能器的硬接觸模式，不可避免地產生耦合誤差，從而降低了地震記錄的信噪比；②采集難度大、采集速度慢，如高程測量、換能器移動等過程需要人工參與，降低了采集速度。據統計，固體采集需要的時間是水面采集的120倍，三維的起伏地表物理模擬一直沒被實現和研究。而波場重構能夠有效緩解地震數據缺失和不均勻性，并被成功用于降低空間采樣限制、清除觀測痕跡、減少虛假成像等領域。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種基于重構技術的三維起伏地表物理模擬采集方法，基于三維波場重構原理，通過直接在水面上進行觀測、采集，然后由水面觀測的三維地震數據經過重構，重構出固體表面觀測的三維地震數據。該方法將數值模擬和物理模擬相結合，既保留了物理模擬的真實性，又利用了數值模擬的易操作性，能夠克服起伏地表物理模擬采集難度大、采集速度慢的問題，大大提高了起伏地表物理模擬采集的精度和效率。水面采集方法直接在模型的上覆水層表面進行采集，避免了換能器與模型表面直接的硬接觸模式，有效地解決了耦合誤差問題。另外，水面采集免去了高程測量和換能器上、下移動的時間，采集一條二維測線數據的時間從(固體采集的)兩周縮減為半天，三維觀測的時間大約是兩個月。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于重構技術的三維起伏地表物理模擬采集方法，包括以下步驟：

1)將起伏地表物理模型放在水槽中，進行全自動的機器制動水面采集，得到水面觀測地震記錄；

2)通過水面觀測地震記錄，將水面上的檢波點延拓到起伏地表上，這個過程中的二次震源是線震源，即水面激發水面接收的地震記錄，目的是重構出水面激發固體接收的地震數據；

3)將步驟2)得到的水面激發固體接收的地震記錄進行炮點和檢波點互換，目的是將水面激發固體接收的地震數據轉換成固體激發水面接收的地震數據；

4)將水面上的炮點延拓到起伏地表上，這個過程中的二次震源亦為線震源，即固體激發水面接收的地震記錄，目的是重構出固體激發固體接收的地震記錄，由于步驟3)中炮檢互換了，因此步驟4)和步驟2)的實現完全相同，即根據水面觀測得到的地震數據，通過步驟1)至步驟4)可重構出起伏地表物理模擬中最難得到的固體激發固體接收的地震數據。

所述的三維起伏地表物理模擬方法基于波場延拓的數據重構，其物理模擬采集以縱波為主，基于三維聲波方程來做數據重構，如下式：

其中x,y和z分別為三維空間位置，t表示時間，p(x,y,z)為空間各點的波場，f代表震源，(i,j,k)代表震源的空間位置坐標。