本發(fā)明屬于油氣勘探，特別涉及一種基于空間信息的地震資料采集避障設(shè)計(jì)方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在地震資料采集過程中，地表和地下障礙物都是不利因素。首先，障礙物會(huì)影響地震觀測系統(tǒng)的布設(shè)，增加施工難度；其次，障礙物的存在會(huì)降低所采集地震資料的品質(zhì)，從而影響后續(xù)的地震資料處理和解釋，導(dǎo)致對(duì)地層目標(biāo)的研究出現(xiàn)偏差或誤導(dǎo)；最后，障礙物可能會(huì)給地震資料采集施工帶來危險(xiǎn)。

2、因此，有必要在采集施工前對(duì)障礙物進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)調(diào)查結(jié)果采取適當(dāng)?shù)谋苷戏椒▉碓O(shè)計(jì)地震資料采集觀測系統(tǒng)。隨著陸上油氣勘探開發(fā)程度的提高，地震資料采集的成本也在不斷上升，如何平衡采集成本和采集質(zhì)量是地震資料采集中需要考慮的重要因素。

3、在實(shí)際地震資料采集施工過程中，由于地表和地下障礙物的存在，需要變更觀測系統(tǒng)。目前相關(guān)技術(shù)中，結(jié)合3s技術(shù)(即gps定位技術(shù)、衛(wèi)星遙感技術(shù)(rs)和地理信息系統(tǒng)(gis)技術(shù)總稱)，通過衛(wèi)星、三維攝像等技術(shù)自動(dòng)識(shí)別地表障礙物，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)地震采集觀測系統(tǒng)的避障設(shè)計(jì)，但是對(duì)地下障礙物的避障沒有涉及。

4、目前，國內(nèi)外地震資料采集觀測系統(tǒng)避障設(shè)計(jì)主要研究地表或者海上障礙物，主要存在以下幾方面問題：

5、1)沒有考慮地下管網(wǎng)、儲(chǔ)油庫等地下障礙物。這類近地表的地下障礙物對(duì)地震資料采集的影響不同于近地表的風(fēng)化層，需要特殊的方式來處理?，F(xiàn)有技術(shù)主要對(duì)地表障礙物自動(dòng)識(shí)別，然后進(jìn)行避障設(shè)計(jì)，較少考慮工區(qū)存在地下障礙物情況。如采用衛(wèi)星遙感以及三維攝像機(jī)器人技術(shù)能夠很好的識(shí)別地表障礙物，但是對(duì)地下障礙物沒有好的解決方案。

6、2)重視地表障礙物對(duì)炮檢點(diǎn)布設(shè)的影響，較少關(guān)注地下障礙物對(duì)地震波的遮蔽效應(yīng)，進(jìn)而忽視地下障礙物對(duì)地震資料采集過程中數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響。從地震波運(yùn)動(dòng)學(xué)觀點(diǎn)來看，在地表激發(fā)的地震波向地下傳播，遇到地下反射界面，比如目的層頂界面或者底界面，會(huì)發(fā)生反射并向上傳播，最后在地表的接收點(diǎn)接收到反射波的信號(hào)，完成地震資料采集。當(dāng)?shù)卣鸩▊鞑ヂ肪€上遇到地下障礙物后，地震波能量完全或者大部分被障礙物反射或吸收，形成遮蔽效應(yīng)，不能繼續(xù)向下傳播到目的層，影響目的層部分共中心點(diǎn)(common?middlepoint，cmp)的覆蓋次數(shù)，進(jìn)而影響cmp點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度，削弱信號(hào)連續(xù)性，降低采集信號(hào)信噪比。同理，地震波向上傳播路線遇到障礙物后，由于遮蔽效應(yīng)，位于地下障礙物正上方的部分檢波器也將無法接收到地震信號(hào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出一種基于空間信息的地震資料采集避障設(shè)計(jì)方法與系統(tǒng)，通過將地下障礙物空間信息轉(zhuǎn)化為地下理想圓柱體模型導(dǎo)入算法中，通過地震波運(yùn)動(dòng)學(xué)原理計(jì)算出目的層cmp點(diǎn)在一般觀測系統(tǒng)條件下，無法接收到地震反射波和受障礙物影響的低品質(zhì)地震反射波信號(hào)區(qū)域(可稱為地震資料采集避障區(qū)域)，從而使存在地下障礙的情況下，地震勘探采集設(shè)計(jì)人員能夠評(píng)估、優(yōu)化觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)，得到滿足地震資料采集需求的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種基于空間信息的地震資料采集避障設(shè)計(jì)方法，所述方法包括以下步驟：

3、將已知地下障礙物空間信息導(dǎo)入避障區(qū)計(jì)算系統(tǒng)；

4、將地下障礙物空間信息簡化為理想圓柱體模型；

5、在避障區(qū)計(jì)算系統(tǒng)選擇避障計(jì)算各小層參數(shù)，計(jì)算得到目的層部分共中心點(diǎn)到地面接收點(diǎn)處各小層的反射角θi；

6、根據(jù)目的層部分共中心點(diǎn)深度hoo’、障礙物底界面深度hbc，給定由地面至目的層部分共中心點(diǎn)深度的地震反射波初始反射角tan-1(dso’/hoo’)，按固定角度步長進(jìn)行角度范圍掃描，直至反射波到達(dá)障礙物底界面時(shí)的偏移距離大于或等于障礙物底界面直徑的一半時(shí)，停止掃描，確定地震反射波到達(dá)地面接收點(diǎn)位置處的反射角θ1；

7、根據(jù)反射角θ1計(jì)算地震反射波最終到達(dá)地面范圍值，即為避障區(qū)直徑dsr。

8、進(jìn)一步地，所述避障計(jì)算各小層參數(shù)包括：地下各小層的速度vi，地下各小層的密度ρi以及地震波在各小層的走時(shí)ti；其中，i表示地層的序號(hào)，i＝1,2,3,...，n，n為總層數(shù)。

9、進(jìn)一步地，在避障區(qū)計(jì)算系統(tǒng)選擇避障計(jì)算各小層參數(shù)，計(jì)算得到目的層部分共中心點(diǎn)到地面接收點(diǎn)處各小層的反射角θi具體為：

10、地震波在各小層單程傳播路徑si為：si＝vi×ti；

11、地下各小層的厚度hi為：hi＝si×cosθi＝vi×ti×cosθi；

12、地震波穿過小層后偏離該小層頂界面入射點(diǎn)的偏移距離di為：

13、

14、其中，由斯涅耳定律得到：

15、則

16、進(jìn)一步地，確定地震反射波到達(dá)地面接收點(diǎn)r位置處的反射角θ1具體為：

17、假定障礙物底界面位于第m層，則從目的層部分共中心點(diǎn)位置處反射波到達(dá)第m層障礙物底界面時(shí)，反射點(diǎn)偏離的距離為反射波到達(dá)障礙物底界面的邊界點(diǎn)c位置處時(shí)，反射波在m層內(nèi)水平方向的位移為此時(shí)反射波路徑在m層內(nèi)垂直法線上的位移為當(dāng)m層的反射角正切函數(shù)tanθm滿足時(shí)，反射角掃描終止，目的層地震反射波恰好經(jīng)過障礙物邊界點(diǎn)c；其中，dbc表示障礙物底界面直徑；hbc表示障礙物底界面深度。

18、進(jìn)一步地，所述地震反射波到達(dá)地面接收點(diǎn)位置處的反射角θ1計(jì)算公式為：

19、

20、進(jìn)一步地，避障區(qū)直徑dsr計(jì)算公式為：

21、

22、進(jìn)一步地，將地下障礙物空間信息簡化為理想圓柱體模型包括：根據(jù)地下障礙物的橫向延伸范圍以及垂向高度將障礙物簡化成理想圓柱體模型，鄰近多個(gè)障礙物情況簡化為一個(gè)外包著多個(gè)障礙物的單個(gè)圓柱體障礙物。

23、進(jìn)一步地，按固定角度步長進(jìn)行角度范圍掃描具體為：從初始角度每次按1°的增量或者減量進(jìn)行反射波角度范圍掃描。

24、此外，本發(fā)明還提供了一種基于空間信息的地震資料采集避障設(shè)計(jì)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括導(dǎo)入模塊、簡化模塊、第一計(jì)算模塊、掃描模塊以及第二計(jì)算模塊：所述導(dǎo)入模塊用于將已知地下障礙物空間信息導(dǎo)入避障區(qū)計(jì)算系統(tǒng)；所述簡化模塊用于將地下障礙物空間信息簡化為理想圓柱體模型；所述第一計(jì)算模塊用于在避障區(qū)計(jì)算系統(tǒng)選擇避障計(jì)算各小層參數(shù)，計(jì)算得到目的層部分共中心點(diǎn)到地面接收點(diǎn)處各小層的反射角θi；所述掃描模塊用于根據(jù)目的層部分共中心點(diǎn)深度hoo’、障礙物底界面深度hbc，給定由地面至目的層部分共中心點(diǎn)深度的地震反射波初始反射角tan-1(dso’/hoo’)，按固定角度步長進(jìn)行角度范圍掃描，直至反射波到達(dá)障礙物底界面時(shí)的偏移距離大于或等于障礙物底界面直徑的一半時(shí)，停止掃描，確定地震反射波到達(dá)地面接收點(diǎn)位置處的反射角θ1；所述第二計(jì)算模塊用于根據(jù)反射角θ1計(jì)算地震反射波最終到達(dá)地面范圍值，即為避障區(qū)直徑dsr。

25、進(jìn)一步地，所述掃描模塊用于根據(jù)目的層部分共中心點(diǎn)深度hoo’、障礙物底界面深度hbc，給定由地面至目的層部分共中心點(diǎn)深度的地震反射波初始反射角tan-1(dso’/hoo’)，按固定角度步長進(jìn)行角度范圍掃描，直至反射波到達(dá)障礙物底界面時(shí)的偏移距離大于或等于障礙物底界面直徑的一半時(shí)，停止掃描，確定地震反射波到達(dá)地面接收點(diǎn)位置處的反射角θ1具體為：

26、所述掃描模塊用于根據(jù)目的層部分共中心點(diǎn)深度hoo’、障礙物底界面深度hbc，給定由地面至目的層部分共中心點(diǎn)深度的地震反射波初始反射角tan-1(dso’/hoo’)，從初始角度每次按1°的增量或者減量進(jìn)行反射波角度范圍掃描，直至反射波到達(dá)障礙物底界面時(shí)的偏移距離大于或等于障礙物底界面直徑的一半時(shí)，停止掃描，確定地震反射波到達(dá)地面接收點(diǎn)位置處的反射角θ1。

27、本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：基于空間信息獲取障礙物的空間坐標(biāo)，在室內(nèi)完成符合工區(qū)實(shí)際的觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低地面探勘成本，提高地震數(shù)據(jù)采集質(zhì)量；通過獲取地下障礙空間信息，從射線追蹤角度優(yōu)化采集設(shè)計(jì)；計(jì)算出的設(shè)計(jì)參數(shù)可以下載，供其它地震資料采集設(shè)計(jì)系統(tǒng)使用，提高采集資料的品質(zhì)、信噪比以及處理結(jié)果的精度。

28、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書以及附圖來實(shí)現(xiàn)和獲得。