三維觀測系統(tǒng)均勻性技術(shù)及應(yīng)用效果分析

馬 峰，劉艾奇，碗學(xué)儉，鐘 山

溫俊鳳，陳小景，葛雪欽 （中原油田地球物理勘探公司，河南濮陽457001）

三維觀測系統(tǒng)均勻性技術(shù)及應(yīng)用效果分析

馬 峰，劉艾奇，碗學(xué)儉，鐘 山

溫俊鳳，陳小景，葛雪欽 （中原油田地球物理勘探公司，河南濮陽457001）

觀測系統(tǒng)采樣均勻性是指在地震資料采集過程中地震信號(hào)采樣的均衡程度，它對(duì)地震資料處理和地質(zhì)解釋至關(guān)重要。提出的三維觀測系統(tǒng)均勻性分析方法是指通過定性、定量分析三維觀測系統(tǒng)面元的各種屬性的均勻情況，從整體上對(duì)比分析不同觀測系統(tǒng)的采樣均勻性差異，使三維觀測系統(tǒng)的選擇更加科學(xué)、合理。將研究成果應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)當(dāng)中，達(dá)到了提高采集資料品質(zhì)，改善成像效果的目的。

三維觀測系統(tǒng)；覆蓋次數(shù)；炮檢距；方位角；炮檢覆蓋；均勻性；非均勻系數(shù)

高精度三維地震技術(shù)是現(xiàn)階段面對(duì)復(fù)雜地震地質(zhì)條件解決破碎斷塊、隱蔽及巖性油氣藏等復(fù)雜問題切實(shí)可行的技術(shù)方法。20世紀(jì)90年代以前，人們一直沒有研究出一種合理的指導(dǎo)三維觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，主要是依靠一些以往的采集設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行三維觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)。90年代以后，三維地震觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)取得了新的發(fā)展，Vermeer等通過一系列研究認(rèn)為，三維觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞主要取決于共中心點(diǎn)面元的屬性分布情況，包括炮檢距分布、方位角分布、覆蓋次數(shù)、分辨率和噪聲壓制等問題。后來，Vermeer提出了一種基于地震采樣空間連續(xù)性的觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法——均衡采樣法，但這種均衡采樣法是一種定性的描述方法，主要取決于觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)［1］。筆者提出的三維觀測系統(tǒng)均勻性定量分析評(píng)價(jià)方法，是通過分析、對(duì)比不同觀測系統(tǒng)各種屬性的均勻性差異來優(yōu)選三維觀測系統(tǒng)的，使得觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)更加科學(xué)、合理。具體地說，三維觀測系統(tǒng)采樣均勻性分析方法主要是從覆蓋次數(shù)、炮檢距、方位角和炮檢覆蓋4個(gè)方面的均勻性來進(jìn)行評(píng)價(jià)的。

1 覆蓋次數(shù)的均勻性分析

通常設(shè)計(jì)一個(gè)三維觀測系統(tǒng)，一般只考慮到滿覆蓋次數(shù)是否達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，而沒有考慮到覆蓋次數(shù)的分布是否均勻。筆者提出的覆蓋次數(shù)均勻性分析方法要求對(duì)滿覆蓋區(qū)域的所有面元的覆蓋次數(shù)做一個(gè)統(tǒng)計(jì)分析，分別計(jì)算出它們的均值和均方差，從而定量地評(píng)價(jià)不同的三維觀測系統(tǒng)覆蓋次數(shù)的均勻性。

在實(shí)際的施工中，測線有很多地方過障礙物，因此需要做觀測系統(tǒng)變觀設(shè)計(jì)，從而導(dǎo)致覆蓋次數(shù)出現(xiàn)不均勻的情況。但是，采用不同的變觀方法進(jìn)行觀測系統(tǒng)變觀設(shè)計(jì)，覆蓋次數(shù)的非均勻程度也不一樣。因此，就需要分析不同變觀設(shè)計(jì)方法的覆蓋次數(shù)的非均勻程度，從而科學(xué)地指導(dǎo)野外觀測系統(tǒng)變觀設(shè)計(jì)。以中原油田濮衛(wèi)工區(qū)的一束變觀后的測線作為實(shí)例，分析變觀前、后覆蓋次數(shù)均勻性分布情況。

從濮衛(wèi)工區(qū)的一束測線中選取一個(gè)方形的施工區(qū)域，對(duì)其做覆蓋次數(shù)的均勻性分析。圖1為該區(qū)域理論設(shè)計(jì)和實(shí)際變觀后的觀測系統(tǒng)覆蓋次數(shù)均勻性分布情況。通過均勻性定量計(jì)算，理論設(shè)計(jì)的觀測系統(tǒng)均值為320，均方差為0；變觀后的最小、最大覆蓋次數(shù)分別是293、341，均方差為0.8516。因此，可以通過統(tǒng)計(jì)出的均方差值來判斷變觀后覆蓋次數(shù)偏離理論設(shè)計(jì)觀測系統(tǒng)均勻覆蓋的程度，即均方差值越小，則覆蓋次數(shù)分布越均勻。

圖1 變觀前后觀測系統(tǒng)覆蓋次數(shù)分布圖

2 炮檢距的均勻性分析

三維觀測系統(tǒng)炮檢距分布的均勻程度對(duì)多次波、各種相干干擾、隨機(jī)噪音的壓制和速度分析的精度是相當(dāng)重要的。一個(gè)面元里面的炮檢距分布，取決于最大、最小炮檢距和覆蓋次數(shù)的大小。最大、最小炮檢距限定了炮檢距分布的范圍，覆蓋次數(shù)的大小決定了相鄰炮檢距之間的距離［2］。一般設(shè)計(jì)觀測系統(tǒng)的原則是盡量使炮檢距分布均勻，并且確保近遠(yuǎn)、中、近炮檢距的覆蓋次數(shù)均勻。

下面從微觀和宏觀兩個(gè)方面來對(duì)表1中所示的觀測系統(tǒng)炮檢距均勻性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。

表1 觀測系統(tǒng)參數(shù)表

2.1 單個(gè)面元的炮檢距均勻性分析

對(duì)于單面元的炮檢距均勻性分析是通過計(jì)算面元內(nèi)炮檢距的非均勻系數(shù)來對(duì)其均勻性進(jìn)行定量評(píng)估的。在表1中所示的觀測系統(tǒng)中取某坐標(biāo)位置一個(gè)面元作分析，結(jié)果如圖2所示。通過炮檢距均勻性定量計(jì)算，得出該面元炮檢距的非均勻系數(shù)為0.808。

圖2 單個(gè)面元炮檢距分布圖

圖3 炮檢距均勻性分布圖

2.2 滿覆蓋區(qū)域的炮檢距均勻性分析

對(duì)于整個(gè)滿覆蓋區(qū)域的炮檢距的均勻性評(píng)價(jià)，首先是計(jì)算出各面元的炮檢距的非均勻系數(shù)，然后對(duì)它們做一個(gè)統(tǒng)計(jì)分析，最后通過其均值來判斷觀測系統(tǒng)炮檢距均勻性的。通過觀測系統(tǒng)炮檢距的均勻性定量分析評(píng)價(jià)，可以對(duì)三維觀測系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)選。以表1中所示的觀測系統(tǒng)為例，從滿覆蓋區(qū)域中選定一個(gè)區(qū)域進(jìn)行分析，炮檢距非均勻系數(shù)分布如圖3所示。

由圖3可以看出，炮檢距分布具有一定的周期性規(guī)律，通過進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)，炮檢距均勻性分布周期與滾動(dòng)距密切相關(guān)，其縱向周期長度等于縱向滾動(dòng)距，橫向周期長度等于橫向滾動(dòng)距。從圖4中的縱向切線圖和橫向切線圖，能夠直觀地看出炮檢距均勻性的周期性變化規(guī)律。

圖4 炮檢距非均勻系數(shù)周期曲線圖

在分析炮檢距的均勻性時(shí)，由于它的分布是呈周期性變化的，因此不能只看單個(gè)面元的非均勻系數(shù)值，要從整體上計(jì)算滿覆蓋區(qū)域的均值，來對(duì)觀測系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過計(jì)算滿覆蓋區(qū)域的各個(gè)面元的炮檢距非均勻系數(shù)，得出均值為0.64。

2.3 兩個(gè)觀測系統(tǒng)的炮檢距均勻性對(duì)比分析

下面通過對(duì)覆蓋次數(shù)相同、滾動(dòng)距（滾動(dòng)距＝接收線距×滾動(dòng)線數(shù)）不同的兩個(gè)觀測的炮檢距均勻性進(jìn)行比較，對(duì)比分析兩個(gè)觀測系統(tǒng)的炮檢距均勻性，從而達(dá)到優(yōu)化觀測系統(tǒng)的目的。觀測系統(tǒng)參數(shù)如表2所示。

表2 1975－25－（50）－25－1975觀測系統(tǒng)參數(shù)表

通過炮檢距非均勻系數(shù)的計(jì)算，得出兩種觀測系統(tǒng)滿覆蓋區(qū)域的炮檢距均勻性分布情況，一個(gè)周期的炮檢距均勻性分布情況如圖5所示。滿覆蓋區(qū)域炮檢距均勻性的定量值見表3。

表3 滿覆蓋區(qū)域炮檢距均勻性定量值

由此得出以下結(jié)論：滿覆蓋區(qū)域內(nèi)，炮檢距的均勻性分布在縱向和橫向上都是呈周期性變化，并且其周期的大小等于滾動(dòng)距，一個(gè)周期內(nèi)所含面元數(shù)等于滾動(dòng)距離所跨越的面元數(shù)。一般隨著滾動(dòng)距的增大，炮檢距的均勻性變好。

圖5 炮檢距均勻性分布圖

3 方位角的均勻性分析

方位角均勻性是評(píng)價(jià)一個(gè)三維觀測系統(tǒng)的重要因素，它對(duì)疊前偏移成像、速度分析、噪音壓制以及巖性解釋都至關(guān)重要。對(duì)于方位角均勻性也可以從微觀（單個(gè)面元）和宏觀（滿覆蓋區(qū)）兩個(gè)層面進(jìn)行分析。通過分析發(fā)現(xiàn)，滿覆蓋區(qū)域的方位角分布同樣具有周期性，其周期的大小等于滾動(dòng)距。因此，不能只看單個(gè)面元的非均勻系數(shù)值，要從整體上計(jì)算滿覆蓋區(qū)域的均值。

對(duì)表2中的2個(gè)觀測系統(tǒng)做方位角均勻性定量對(duì)比分析。通過方位角非均勻系數(shù)的計(jì)算，得出2種觀測系統(tǒng)滿覆蓋區(qū)域的方位角均勻性分布情況，一個(gè)周期的方位角均勻性分布情況如圖6所示。通過計(jì)算滿覆蓋區(qū)域內(nèi)所有面元的方位角非均勻系數(shù)的均值，得出2種觀測系統(tǒng)方位角均勻性的定量值見表4。

圖6 方位角均勻性分布圖

表4 滿覆蓋區(qū)域方位角均勻性定量值

由對(duì)比分析結(jié)果得出以下結(jié)論：滿覆蓋區(qū)域方位角的均勻性分布同樣是呈周期性變化的，其周期長度等于滾動(dòng)距。一般隨著滾動(dòng)距的增大，方位角的均勻性變差。

4 炮檢覆蓋的均勻性分析

上述觀測系統(tǒng)3種屬性的均勻性分析都是從單個(gè)單面對(duì)觀測系統(tǒng)的均勻性進(jìn)行評(píng)價(jià)的。往往以上3種屬性的分析結(jié)果會(huì)出現(xiàn)相互矛盾的情況，為了更科學(xué)、全面地評(píng)價(jià)三維觀測系統(tǒng)，引進(jìn)了炮檢覆蓋的這個(gè)概念。炮檢覆蓋的均勻性是指既考慮覆蓋次數(shù)均勻性，又考慮了炮檢距的均勻性，同時(shí)還兼顧了方位角均勻性的一種綜合評(píng)價(jià)方法。特別是高精度三維地震勘探，它的勘探目的一般兼顧構(gòu)造勘探和巖性勘探，就需要對(duì)觀測系統(tǒng)面元的所有屬性做一個(gè)綜合評(píng)價(jià)。

炮檢覆蓋的均勻性評(píng)價(jià)也可以從微觀（單個(gè)面元）和宏觀（滿覆蓋區(qū)域）兩個(gè)層面進(jìn)行分析。通過定量計(jì)算發(fā)現(xiàn)，炮檢覆蓋均勻性也是呈周期性分布的，其縱向周期長度等于縱向滾動(dòng)距，橫向周期長度等于橫向滾動(dòng)距。

以表2中2個(gè)觀測系統(tǒng)為例，通過炮檢覆蓋非均勻系數(shù)的計(jì)算，得出2種觀測系統(tǒng)滿覆蓋區(qū)域的炮檢覆蓋均勻性分布情況，一個(gè)周期的炮檢覆蓋均勻性分布情況如圖7所示。通過計(jì)算得出2種觀測系統(tǒng)炮檢覆蓋均勻性定量值見表5。

圖7 炮檢覆蓋均勻性分布圖

表5 滿覆蓋區(qū)域炮檢覆蓋均勻性定量值

由上面的分析結(jié)果得出類似的結(jié)論：滿覆蓋區(qū)域炮檢覆蓋的均勻性分布情況也是呈周期性變化的，其周期長度等于滾動(dòng)距。

綜合表3～5中的觀測系統(tǒng)的炮檢距、方位角和炮檢覆蓋的均勻性對(duì)比結(jié)果，得出以下結(jié)論：從總體上來看，為了滿足高精度三維地震勘探地質(zhì)任務(wù)的要求，方案1的均勻性要好于方案2。

當(dāng)然，當(dāng)應(yīng)用到實(shí)際的地震勘探中時(shí)，要根據(jù)實(shí)際的勘探目的和地質(zhì)任務(wù)，具體分析它們每一項(xiàng)屬性的優(yōu)點(diǎn)和適應(yīng)情況，選擇最佳的觀測系統(tǒng)。比如，當(dāng)進(jìn)行單純以構(gòu)造勘探為主的地震采集時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用炮檢距均勻性較好的觀測系統(tǒng)；當(dāng)進(jìn)行以巖性勘探和探查小斷塊為目的時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用方位角均勻性較好的觀測系統(tǒng)；當(dāng)既要進(jìn)行構(gòu)造勘探又要兼顧巖性的高精度三維地震勘探時(shí)，應(yīng)當(dāng)綜合三者的均勻性，特別要滿足炮檢覆蓋的要求，選擇最佳的觀測系統(tǒng)。

5 實(shí)際應(yīng)用效果分析

為了驗(yàn)證三維觀測系統(tǒng)均勻性分析技術(shù)的實(shí)際效果，采用中原油田東濮地區(qū)馬廠高精度三維地震資料采集實(shí)際使用的及通過抽炮、抽道得出的2種觀測系統(tǒng)進(jìn)行整體均勻性理論分析，然后和對(duì)應(yīng)的處理后的采集資料進(jìn)行效果對(duì)比驗(yàn)證。觀測系統(tǒng)具體參數(shù)如表6所示。

表6 馬廠觀測系統(tǒng)參數(shù)表

5.1 3種觀測系統(tǒng)整體均勻性分析對(duì)比

通過對(duì)表7中的3個(gè)觀測系統(tǒng)的均勻性分析，計(jì)算出滿覆蓋區(qū)域內(nèi)的炮檢距、方位角和炮檢覆蓋的非均勻系數(shù)。由于原始觀測系統(tǒng)覆蓋次數(shù)遠(yuǎn)高于抽稀后的2個(gè)觀測系統(tǒng)，這里只分析觀測系統(tǒng)A和觀測系統(tǒng)B的對(duì)比結(jié)果。2個(gè)觀測系統(tǒng)滿覆蓋區(qū)域內(nèi)炮檢覆蓋的均勻性如圖8所示，炮檢距、方位角和炮檢覆蓋的均勻性定量分析結(jié)果如表7所示。通過對(duì)比觀測系統(tǒng)的均勻性以及滿覆蓋區(qū)域定量分析結(jié)果可以看出，觀測系統(tǒng)A和觀測系統(tǒng)B相比，雖然二者覆蓋次數(shù)相同，但是觀測系統(tǒng)A相比觀測系統(tǒng)B，其整體均勻性明顯較差。

圖8 馬廠觀測系統(tǒng)炮檢覆蓋均勻性分布圖

表7 整體均勻性定量分析結(jié)果

5.2 實(shí)際資料效果分析

對(duì)中原油田馬廠實(shí)際采集資料數(shù)據(jù)和2種抽稀方式形成2種新的觀測系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)，應(yīng)用相同處理流程進(jìn)行處理，然后進(jìn)行疊前偏移成像，最后對(duì)其成像效果進(jìn)行對(duì)比分析。

在資料處理過程中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過疊前偏移處理后，剖面差異比較明顯，如圖9所示。在水平切片上，觀測系統(tǒng)B因其整體均勻性較好，在構(gòu)造最復(fù)雜的主要目的層段，斷層斷點(diǎn)清晰、斷面連續(xù)性較好，斷層組合更清楚；觀測系統(tǒng)B的成像效果明顯優(yōu)于觀測系統(tǒng)A。

綜合以上成果資料得出以下結(jié)論：實(shí)際資料處理分析結(jié)果和觀測系統(tǒng)均勻性分析的結(jié)果一致，特別是采集資料經(jīng)過疊前偏移處理后，剖面效果明顯提高。說明觀測系統(tǒng)均勻性分析技術(shù)是一項(xiàng)科學(xué)的觀測評(píng)價(jià)技術(shù)，可以在實(shí)際的地震采集施工中指導(dǎo)三維觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)。因此，在高精度地震勘探的三維觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)將其作為一項(xiàng)論證內(nèi)容。

圖9 觀測系統(tǒng)A、B的疊前偏移水平切片對(duì)比（2700ms）

6 結(jié) 語

目前，三維觀測系統(tǒng)均勻性定量分析評(píng)價(jià)技術(shù)，在國內(nèi)外屬于一項(xiàng)先進(jìn)的觀測系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。它對(duì)三維觀測系統(tǒng)多種屬性的均勻性進(jìn)行了定量的分析評(píng)價(jià)，使得三維觀測系統(tǒng)的評(píng)價(jià)技術(shù)更加成熟、完善。通過對(duì)高精度三維觀測系統(tǒng)的均勻性分析研究及應(yīng)用，滿足偏移處理和巖性解釋要求，為提高最終成像質(zhì)量奠定技術(shù)基礎(chǔ)。對(duì)于推動(dòng)高精度三維地震勘探技術(shù)進(jìn)步、提升油氣勘探技術(shù)水平具有現(xiàn)實(shí)意義。

［1］張曉江，王元君.關(guān)于三維地震勘探設(shè)計(jì)思路的討論［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2006，28（3）：270～272.

［2］尹成，呂公河，田繼東，等.三維觀測系統(tǒng)屬性分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.石油地球物理勘探，2005，40（5）：495～498，509.

［編輯］ 龍 舟

58 Uniformity Technology and Application Effect Analysis of 3DObservation

MA Feng，LIU Ai－qi，WAN Xue－jian，ZHONG Shan，WEN Jun－feng，CHEN Xiao－jing，GE Xue－qin

（AuthorsAddress：Geophysical Prospecting Company，Zhongyuan Petroleum Exploration Bureau，SINOPEC，Puyang457001，Henan，China）

The sampling uniformity of observation system indicated the degree of spatial balance of seismic signal in the process of seismic data acquisition，which was essential for the data processing and comprehensive geologic explanation.The uniformity analytical method of 3Dobservation system was to comparatively analyze the uniformity of each attribute in the system by analyzing and evaluating the uniformity qualitatively and quantitatively，thus to analyze and contrast the uniformity difference from different observation systems to make the choice of 3－D observation more scientific and reasonable.The research result is used in practical production，and good result is obtained for improving the imaging and the quality of seismic data acquisition.

3Dobservation；fold；offset；azimuth；offset－fold；uniformity；non－uniform coefficient

book=98,ebook=98

P631.44

A

1000－9752（2012）05－0058－07

2012－01－22

馬峰（1965－），男，1987年成都地質(zhì)學(xué)院畢業(yè)，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事地震采集技術(shù)研究工作。