基于二维与三维复杂结构模型正演的地震数据采集设计方法研究

【摘要】：随着我国国民经济的持续发展，对石油能源的需求越来越大。目前，我国正面临巨大的石油缺口，不得不从国外大量进口，因此，加速发展我国能源工业，寻找更多的石油后备资源，是保证我国国民经济可持续发展和国家安全的重大国策。然而，我国的石油后备资源主要分布在山地、黄土塬、沙漠、戈壁等非常复杂的地区，不仅地表复杂，而且地下复杂。地表复杂表现在地表高差变化大，巨厚砾石层或者低速砂层、黄土层，激发和接收困难，表层静校正严重，施工不便；地下复杂表现在目的层深、断层发育、地层倾角变化大、速度变化剧烈等特点，获得有效反射难度大，成像困难。本论文针对我国复杂区勘探的特点进行地震采集技术方法研究，提出了以建立复杂地质模型为基础，通过正演射线追踪，分析反射点和射线分布范围，指导复杂区地震采集参数合理确定及观测系统的优化设计，从而有效地改善地震采集的效果，提高地震采集资料的品质，提升地震勘探方法找油找气的能力。 传统上采用层状结构来描述地质模型，这对于复杂勘探区显然不能够满足需要。本文提出了用封闭面描述二维复杂模型，用封闭块描述三维复杂模型的方法。在二维建模中，引用点、段、线、面的概念，即由点形成段，由段形成线，由线围成封闭面，封闭面构建成二维模型；对表示二维地层和断层的界面线，用线性拟合表示非光滑性地层或断层面，用分段三次样条拟合表示光滑性地层或断层面，恰当地表达了二维界面的变化特点。在三维建模中，引用点、三角形、面、块的概念，即由点形成三角形面，由三角形面形成地层面或断层面，再由面围成封闭的块，所有块构建成三维模型；其中提出了自适应界面拟合三角形网格方法及用于三维模型建立的三维可视化技术等。另外，应用图形学的概念，实现二维封闭面和三维封闭块的自动追踪计算，从而为计算机交互建立二维模型及三维模型创造了条件。实例表明，采用二维封闭结构和三维块状结构描述复杂区地质模型非常实用有效。 在二维封闭结构和三维块状结构的建模基础上，本文提出了适于这种复杂结构的三种射线追踪方法：试射线追踪方法、迭代射线追踪方法和试射迭代射线追踪方法。试射 工学博士论文 成都理工大学蒋先艺 线追踪方法是根据Sn。n定理，完成从震源到接收点的射线路径的计算，其最大优点是 能够适应任意复杂的地质结构。迭代射线追踪方法是根据Fermat最小旅行时原理，应 用Tayl。r展开，分段迭代求解，再逐次修改初始射线路径，完成全射线路径的迭代求 解过程，其最大优点是计算的速度快，追踪射线效率高。试射迭代射线追踪方法是将试 射线追踪方法和迭代射线追踪方法有机结合的一种新方法，它集两种方法的优势为一 体，既满足了对地质模型复杂结构描述的需要，又满足了实际应用对速度的要求。 通过复杂模型的建立及复杂模型的正演射线追踪，本文提出了基于模型的地展采集 参数的合理选择及观测系统的优化设计。通过二维模型正演，讨论了地震采集重要参数 面元尺寸、最大炮检距、偏移孔径等的分析和确定方法，与传统点分析的方法相比更合 理、更可靠;根据二维射线追踪结果，可利用有效反射点和最佳接收范围来优化二维观 测系统。通过三维模型正演，实现了用共反射点(CRP)代替传统的共中心点(CMP)设 计三维观测系统，这种方法更直接更准确地反映目标层有效反射波的分布，对提高地震 采集质量和勘探效果具有非常重要的意义。此外，还提出利用三维成像射线追踪、三维 自激自收射线追踪，对面元覆盖次数、振幅能量、偏移量、方位角等进行分析，结合地 震处理和地震解释，综合多信息指导三维观测系统的优化设计。 通过初步应用，见到了效果，表明本文研究的这套复杂模型建立、复杂模型射线追 踪和基于模型正演的地震采集方法技术，对优化复杂勘探区地震采集方案，指导地震采 集勘探设计，提高地震采集质量，降低勘探风险，有非常重要的意义。