地震资料采集激发井深设计的三维可视化方法及系统

技术领域

本发明涉及石油地震勘探领域，尤其涉及一种地震资料采集激发井深设计的三维可视化方法及系统。

背景技术

地震资料采集的激发井深对地震采集资料的品质影响很大，井深试验结论是激发井深设计的标准。地震钻井完成后，用下药捅进杆，向井中下炸药，炸药下到的位置叫激发深度。激发深度处的围岩速度和围岩岩性是井深设计的主要选择因素，经过井深参数试验，通常选择在表层结构的高速层顶界面下几米激发。一般情况下，井深设计要求避开低速层、降速层选择在高速层中激发。其中山地地区选择在高速层顶界面下(3m、5m、7m、9m、...)激发(图1选择5m)；沙漠隔壁区、丘陵区选择在潜水面下(3m、5m、7m、9m、...)激发(图2选择5m)。表层结构存在潜水面时，必须保证炸药在潜水面下激发这个设计前提，大多地区潜水面就是高速层顶界面。

大范围三维地震资料采集钻井前，进行网格均匀分布的微测井表层结构调查(如图3所示)。

采集观测每个微测井点的钻井深度、井中间隔深度点激发到地表固定检波器接收的初至波时间、录取岩性、探测潜水面等原始数据，然后通过处理、解释得到每个微测井点的表层结构数据包括低速层、降速层、次降速层、高速层以及潜水面的顶界面埋深和钻井录井岩性等数据。

目前井深设计，采用Excel制表的方法。在二维纵向、二维横向等比例高速层顶界面下几米(试验确定)插值得到每个钻井点的井深设计数值，如图4所示的炮点线分布图。设计激发深度时，由于只能采用Excel图形显示设计数据的效果，因此只能显示图5的设计井深曲线来检查设计井深的准确性。实际上采用图6的方式，直接将低速层和降速成叠合在一起成低降速层(低速层+降速层)考虑，降低建模难度，去掉图5中与降速层有关的红色的点和线段(经常有降速层缺失的微测井点位)，这样就简化为只考虑厚度，而忽略了速度的变化的情况。

建立在Excel表基础上的井深设计方法，在面对数以万计甚至10万以上设计井深点位时，由于Excel没有直观的三维可视化显示，设计结果检查就非常困难，存在的人为错误(如插值方法或计算不当)就会存在不能被及时识别出来的风险，通过人工反复检查和确认来确保设计井深的准确性也不太现实，既不经济，浪费人工，也没有效率和精准度。

以往在评价采集资料品质时，也只能通过Surf软件形成，在整个项目(工区)的所有微测井调查点(x、y)的深度—速度(h、v)确定后，采用克里金插值方法得到整个工区的高速层埋深-速度顶界面(图7)、低降速层厚度(潜水面深度)平面图(图8)。某一激发点的地表高差、地表岩性、低速层厚度、低速层层速度、降速层厚度、降速层速度、低降速层厚度、高速层速度、潜水面深度等9项与单炮记录品质有关的分析参数就会缺少了地表高程、地表岩性、低速层厚度、低速层速度、降速层厚度、降速层速度等6项，这样对资料的分析就会缺乏说服力。

随着无人机航拍和卫片影像运用，地表因素(例如农田、盐碱地、城区、黄土、沙地、鱼塘、山地、水沟等)对地震资料品质影响的细化分析开始加以关注。以往没有对应地表影像坐标显示的矢量化数据，致使激发点的激发效果分析与地表特征分析存在脱节的现象(对应坐标显示需要人工辅助寻找，保证精准对比难度大)。受限没有三维地质(低、降、高速层的地层)-属性(低、降、高速层的速度)模型，对工区整体激发效果的综合研断指导能力差，因此需要形成能够快速综合对比、解释分析的可视化三维表层结构数据体，需要实现含岩性、速度、厚度、地表等信息的三维地质-属性模型才能满足对资料品质分析的需求。

发明内容

本发明目的是解决以往地震资料采集中激发井深设计只能采用“深度”二维平面设计的问题，为激发井深设计和分析激发效果提供一种三维可视化方法及系统。

本发明所采用的技术方案是：

提供一种地震资料采集激发井深设计的三维可视化方法，包括以下步骤：

根据采集的多个微测井数据对表层岩性沉积层进行速度层分类，并将速度层与地质岩性层对应，运用钻孔-剖面半自动化建模技术和插值方法构建地质体速度层状模型；

在地质体速度层状模型中导入航测倾斜摄影数据，生成带有地表高程数据的速度+深度+地表影像的3D融合模型；

将预先设计的高速层激发井深柱子导入3D融合模型，通过可视化的3D融合模型调整激发井深柱子的柱子底部深度，使其位于3D融合模型的高速层中。

接上述技术方案，该方法还包括步骤：

将预先设置的激发点位置导入3D融合模型，并与每个激发点位置处的激发速度、地表岩性、激发效果信号相匹配。

接上述技术方案，激发效果信号包括信噪比、频率、能量信号。

接上述技术方案，该方法还包括步骤：

在3D融合模型中的X、Y、Z轴方向改变地层之间距离参数，从不同的视角查看地层之间的差异。

本发明还提供一种地震资料采集激发井深设计的三维可视化系统，包括：

地质体速度层状模型构建模块，用于根据采集的多个微测井数据对表层岩性沉积层进行速度层分类，并将速度层与地质岩性层对应，运用钻孔-剖面半自动化建模技术和插值方法构建地质体速度层状模型；

3D融合模型构建模块，用于在地质体速度层状模型中导入航测倾斜摄影数据，生成带有地表高程数据的速度+深度+地表影像3D融合模型；

激发井深可视化调整模块，用于将预先设计的高速层激发井深柱子导入3D融合模型，通过可视化的3D融合模型调整激发井深柱子的柱子底部深度，使其位于3D融合模型的高速层中。

接上述技术方案，该系统还包括：

激发效果可视化模块，用于将预先设置的激发点位置导入3D融合模型，并与每个激发点位置处的激发速度、地表岩性、激发效果信号相匹配。

接上述技术方案，激发效果信号包括信噪比、频率、能量信号。

接上述技术方案，该系统还包括：

地层变换模块，用于在3D融合模型中的X、Y、Z轴方向改变地层之间距离参数，从不同的视角查看地层之间的差异。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其内存储有可被处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行如上述技术方案所述的地震资料采集激发井深设计的三维可视化方法。

本发明产生的有益效果是：本发明通过建立“速度+深度+地表影像”的三合一表层结构模型，实现三维可视化分析，大大简化了激发井深设计和分析激发效果。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为山地区优选高速层激发的井深设计示意图；

图2为丘陵区、沙漠戈壁区优选潜水面下(高速层)激发的井深设计示意图；

图3为工区表层结构微测井调查点分布示意图；

图4为炮点线(红色)分布图；

图5为二维深度模型及设计井深示意图；

图6为实际深度模型及井深设计示意图；

图7为高速层速度-深度平面分布图；

图8为低降速层厚度平面分布图；

图9为表层微测井速度层解译成速度层(地质层)的示意图；

图10为三维地质体TIN三角网图；

图11为3D钻孔剖面；

图12为微测井之间速度差异示意图；

图13为微测井间同地层(同一低、降、高速度层)的横向变速度插值效果示意图；

图14为地表影像与地质体无缝拼接融合模型；

图15为复杂工区表层结构数据的三维深度-速度模型及爆炸分析显示；

图16为表层结构调查钻井位置点的地表岩性、速度和速度层的对应关系图；

图17为表层结构调查钻井位置点的地表岩性、速度和速度层的对应关系图；

图18为模型层间漫游(降速层与高速层)激发点井深和围岩速度；

图19为现有资料品质分析位置示意图；

图20为三维可视化资料品质分析位置示意图；

图21为不同激发点位置的资料品质原始记录对比；

图22为以往技术系列与发明技术系列的对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例地震资料采集激发井深设计的三维可视化方法，包括以下步骤：

S1、根据采集的多个微测井数据对表层岩性沉积层进行速度层分类，并将速度层与成地质岩性层对应，运用钻孔-剖面半自动化建模技术和插值方法构建地质体速度层状模型；

S2、在将地质体速度层状模型中导入航测倾斜摄影数据，生成带有地表高程数据的速度+深度+地表影像3D融合模型；

S3、将预先设计的高速层激发井深柱子导入3D融合模型，通过可视化的3D融合模型调整激发井深柱子的柱子底部深度，使其位于3D融合模型的高速层中。

步骤S1主要基于地震资料采集表层结构调查深度分层的三维地质建模技术和地震资料采集表层结构调查速度变化的三维属性建模技术。

钻井录井细分表层岩性沉积层序较为困难，其厚薄不一的特点，较难用于激发井深设计，反观表层速度结构却表现为2-3个速度界层，因此可将其描述成2-3套地质层，非常符合地震资料采集的井深设计原则(如图9所示)。

将速度层模拟成地质岩性层，运用钻孔-剖面半自动化建模技术，结合工程地质信息，综合专家解译与计算机自动分析实现复杂地下地质体层状模型的构建。如图10所示，可在构建地质体表面时采用不规则三角网(TIN)插值方式，将地层表面不规则形态很平滑地表现出来，避免在构建不规则格网模型时产生大量数据，从而建立如图11的3D钻孔剖面。

图4中每个激发点的速度需要通过采用网格状分布的微测井之间的插值得到。由于微测井之间的速度变化大(如图12所示)，这样每个激发点的速度之间变化也会大，只不过相对微测井之间差异小些，这与激发点之间的距离小些有关。在地质层位进行纵向速度不变的横向插值时，采用地学空间插值技术，运用多种空间插值方法(自然临近法、反距离加权插值、克里金插值等)，可实现地质体速度层状模型构建(如图13所示)。

步骤S2主要基于DEM数据的地表影像与模型的三维融合建模技术。

通过构建工区二维纵向地质图，对钻孔数据以及DEM数据(航测倾斜摄影数据)进行匹配，将DEM导入上文构建好的地质体速度层状模型中，利用DEM数据对地质图进行插值，从而得到高精度的地表高程模型。在此基础上结合钻孔和地质图从上往下构建地质体，如图14所示，可以构建出速度+深度+地表影像的3D融合模型。

步骤S3可基于三维空间拓展的三维速度+深度+地表影像的3D融合模型的可视化爆炸分析调整激发井深柱子的位置。

如图15(左)所示，微测井井深相对几十公里以上的工区范围而言，非常的小，无法展示速度层之间的属性差异，为了能便于分析和展示差异效果，运用模型矢量化数据特点，在X、Y、Z轴方向设计了地层之间可变距离参数。如图15(右)所示，可以从不同的视角，查看地层之间的差异和区别，便于根据地质任务的需要进行解释对比分析。

图16中的红色柱子是采用Excel表设计出来的高速层激发井深柱子，将设计井深数据导入三维模型，可以见到红色柱子的底部全都进入了模型下部的高速层中，这样就可以快速的检查所设计的井深是否合理和准确，哪怕是上万的炮点井深设计，也可以快速的浏览。同时，也可以通过地表出露的红色柱体位置，分析激发点位在地表的位置，进行有选择的调整激发点位。

进一步地，还可以基于地震资料采集因数的三维融合模型可视化的激发效果分析技术对激发位置点进行观测和调整。

地震资料的采集因素包括仪器因素、激发因数和接收因素。从三维融合模型(地表影像+速度+厚度)图17上，可以见到与接收因素有关的地表影像(高程、地表岩性)和与激发因素有关的层速度和厚度。图18通过漫游技术可以见到激发点的钻井深度进入了高速层，所处的降速层速度有高有低会发生变化，可见蓝色极低的降速层。低降层的速度和厚度对资料品质的影响大，涉及到对地震波的衰减程度的变化。

图19是现在选择不同激发位置点进行资料品质对比方法，该方法是用PPT的方式显示激发点位置，分析时人工匹配其他参数。如图20显示，由于是三维矢量化的数据体，可以导入激发点位置值，迅速知道其他的匹配参数，如表层结构调查钻井位置点的地表岩性、速度和速度层的对应关系图，通过此图可以拓展到每个激发点位置处的激发速度、地表岩性(如农田、盐碱地、河滩地等)与激发效果(信噪比、频率、能量等)的匹配关系。图21是图19、20上的4个不同位置激发点的单炮记录对比图，从图中视觉可见资料品质的不同，反射目的层的同相轴、连续性和信噪比不同。

本发明还提供一种地震资料采集激发井深设计的三维可视化系统，包括：

地质体速度层状模型构建模块，用于根据采集的多个微测井数据对表层岩性沉积层进行速度层分类，并将速度层与地质岩性层对应，运用钻孔-剖面半自动化建模技术和插值方法构建地质体速度层状模型；

3D融合模型构建模块，用于在地质体速度层状模型中导入航测倾斜摄影数据，生成带有地表高程数据的速度+深度+地表影像的3D融合模型；

激发井深可视化调整模块，用于将预先设计的高速层激发井深柱子导入3D融合模型，通过可视化的3D融合模型调整激发井深柱子的柱子底部深度，使其位于3D融合模型的高速层中。

进一步地，该系统还包括：

激发效果可视化模块，用于将预先设置的激发点位置导入3D融合模型，并与每个激发点位置处的激发速度、地表岩性、激发效果信号相匹配。

进一步地，该系统还包括：

地层变换模块，用于在3D融合模型中的X、Y、Z轴方向改变地层之间距离参数，从不同的视角查看地层之间的差异。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器、App应用商城等等，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现相应功能。本实施例的计算机可读存储介质在被处理器执行时实现方法实施例的地震资料采集激发井深设计的三维可视化方法。

综上，本发明基于地理地质信息和地球物理信息的井深设计方法，融合了地理信息的影像数据模型、地球物理信息的速度属性模型和速度层地质模型，建立“速度+深度+地表影像”的三合一表层结构模型，实现三维可视化分析，大大简化了激发井深设计和分析激发效果。在融合模型上运用爆炸展示技术，分析井位、井深设计的合理性和准确性，采用3D可视化技术分析每个激发点的岩性、速度、厚度等，实现大数据的快速查看，从而实现对整个项目工区资料品质特征的分类及因素分析，运用二维联井切片技术，实现任意激发点之间的资料品质对比。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。