贪心算法在三维地震勘探特观设计中的应用

摘 要：对于障碍物面积大且密集的地区，实施三维地震勘探工作时，激发点和接收点的布设通常无法按设计位置布设。张家口某区三维地震施工中，通过引入全新的贪心算法，解决了以往建筑物密集区三维地震变观困难的问题，叠加次数和炮检距分布达到最优化。采用贪心算法的特观设计具有变观效率高、设计便捷、施工难度小的优点。

关键词：贪心算法 三维地震特观设计 自动设计1 问题的提出

在障碍物密集的区域进行三维地震勘探数据采集作业时，通常要在障碍区进行特观设计，以期保障障碍物下覆盖次数达到设计要求。然而，特观设计目前只能由专业人员依照经验制作，比如激发点以及激发点所对应的接收排列的选择工作都很繁琐。有多款软件可以将选择后的结果予以展示，但得到的特观方案常常需要多次修改，费时费力而效果欠佳。应用贪心算法，模拟整个特观设计的流程，并将对每一种可能的组合给予评估，并依此得出最优的施工方案。下面就以张家口某煤矿在近年实施的三维地震野外数据采集中一个障碍物较大的采区为例，来说明贪心算法在三维地震勘探特观设计中的应用效果。

2 概述

勘探区地形北高南低，地表大部分被新生界松散地层所覆盖，深切的北西向“V”型冲沟较发育。测区东南两个村庄坐落在两条由西北通向东南的沟壑之间，且在村落的东部和西部分别建有两个小型水库。村庄面积较大，建筑物密集。村庄东西宽900米，南北长580米，总面积大约0.3平方千米。对地震施工造成极大困难。故该区地表条件复杂。勘探区的交通地理位置如图1：

图1 交通位置示意图

3 特观设计的技术要求及参数

在该区观测系统设计中有下列要求：

（1）接收排列为12×24=288道；

（2）CMP网格大小为10m×10m，目标叠加次数为21；

（3）特观设计与原束状三维采集设计相结合。

4 前期数据准备

4.1 实地踏勘确定障碍物坐标

通过对障碍物进行统计，并确定其边界坐标，为观测系统设计准备基础数据。如图2

图2 障碍物坐标格式

4.2 依照观测系统设计建立文件

将未加入障碍物的原设计用以下格式存储。如图3

4.3 将特观设计可能使用的接收排列用以下格式存储，如图4

4.4 将在运算过程中使用的参数存入指定文件，格式如图5

4.5 假设特观区域较于全区范围较小，无需考虑方位角因素。

5 建立数据模型

在以上数据的基础上，模拟野外数据采集的过程。

5.1 变量定义

（1） 集合R

集合R为障碍区域内的激发点所形成的CMP集合，每一个CMP网格即为集合R中的元素。在每个CMP网格中有一个数值，代表该CMP的叠加次数。

（2） 集合Ni

集合Ni是由若干个接收点与单个激发点所确定的一组CMP网格。为了方便实际施工，集合Ni必须符合以下条件：

a.集合Ni的个数为有限个；

b.Ni∩R≠？准，即Ni与R存在交集。

（3） 集合Q

集合Q为特观设计中存放每次产生的最优化Ni的集合。

5.2 数学原理

该数学模型是以集合覆盖问题为出发点，应用贪心算法，逐步得到最优化炮检组合。该算法的基本思路为：

① 建立数学模型来描述问题。

② 把求解的问题分成若干个子问题。

③ 对每个子问题求解，得到子问题的局部最优解。

④ 把子问题的局部最优解合成原来问题的解。

将该算法放入该模型中，形成如下流程图：（如图6）

图6 模型流程图

5.3 算法文字描述

（1）选出最优化Ni

① 将所有Ni所要覆盖的CMP网格中的叠加次数之和称为该Ni的价值，依其价值对所有Ni进行排序。取价值最大者为N优

② 若存在多个价值相同的Ni，选取其内部方差较大者。

（2）修改集合R

依据N优修改集合R，使R中的数值接近设计数值。

（3）修改集合Ni

依据N优修改集合Ni，将Ni中不需要的数据剔除。

（4）判别条件：

① 集合R中元素内的数据将大于等于设计要求数值。

② 循环次数大于等于最大加炮数。

6、应用效果分析

将以上算法编程后，得到了如图7程序，并将相关数据输入该程序执行。

执行后得到文件，如图8 ：

将数据加入去设计观测系统中。在加入障碍区域后，空缺激发点数为198，优化特观设计布设激发点244个，人工特观方案布设激发点282个，以炮检距为408米计算分别得到的特观方案的如图9、10、11。人工特观使用激发点较多且效果不佳，在实际作业中使用了贪心算法的结果。

图11 加入优化特观的观测系统（炮检距408m）

在随后的资料解释中，将该段的数据剖面提取如图12：

由此可见，该套以贪心算法为基础的特观策略适合多障碍区较复杂特观设计。 在该次三维地震勘探的野外数据采集过程中，使用贪心算法进行障碍区特观设计，在保证目的层数据品质的前提下，提高了工作效率。该次特观涉及四束施工线，在设计炮数的基础上增加了激发点数46个。这样达到了对障碍区域附近的激发点布设总体要求，所得设计方案科学合理，完全满足了野外采集设计要求。

7 结论

将贪心算法应用于三维地震特观设计，是在总结多年野外地震数据采集特观设计经验的基础上，更新和优化地震数据采集特观设计技术。贪心算法在很大程度上弥补了人为因素在特观设计中造成的纰漏，使地震资料野外采集工作更加合理，增强了资料采集质量控制，给野外地震勘探施工带来了极大地便利。■

参考文献

[1]《煤田二维地震勘探的变观》王刚 王存山

[2]《利用正演模型研究复杂区观测系统的设计》张灯亮 李学文 等

[3]《城区特大型障碍物变观三维观测系统设计及应用——以德阳三维为例》 刘远志 等