復(fù)雜構(gòu)造區(qū)三維觀測系統(tǒng)設(shè)計的幾點探討

趙紹廣，余圣華，羅春波

李永春，解廣宇 （中石油大慶鉆探工程公司地球物理勘探二公司，吉林 松原131000）

隋競函 （長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢430100）

現(xiàn)如今地震采集中，地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的假設(shè)勘探目標(biāo)層為水平層狀結(jié)構(gòu)的觀測系統(tǒng)設(shè)計已不能滿足復(fù)雜構(gòu)造區(qū)的成像要求，因此對三維觀測系統(tǒng)設(shè)計的要求也越來越高。面對成像困難的復(fù)雜構(gòu)造區(qū)，要提高地質(zhì)成像效果，首先要從三維觀測系統(tǒng)設(shè)計做起。根據(jù)吉林探區(qū)某工區(qū)的地質(zhì)要求設(shè)計了3種觀測系統(tǒng)參數(shù)（見表1），筆者主要從采集腳印、疊前偏移噪聲和基于射線追蹤的地震照明分析3個方面來闡述觀測系統(tǒng)不同參數(shù)對采集資料的影響。

表1 觀測系統(tǒng)參數(shù)

1 采集腳印分析

采集腳印產(chǎn)生的本質(zhì)原因是地震波能量在地下反射界面上分布不均勻，是指在地震數(shù)據(jù)的采集過程中留下的人為痕跡。在時間和深度切片上表現(xiàn)為振幅和相位發(fā)生了變化，采集腳印會引起地震成像中出現(xiàn)地層結(jié)構(gòu)模式發(fā)生規(guī)律性變化的假象，會影響時間切片或反射振幅圖，掩蓋真實的地質(zhì)成像。而觀測系統(tǒng)設(shè)計是產(chǎn)生采集腳印的源頭，因此必須盡量使采集腳印在觀測系統(tǒng)設(shè)計階段就達到最小化。

采集腳印的分析主要是利用基于疊加響應(yīng)的觀測系統(tǒng)分析技術(shù)來分析觀測系統(tǒng)在資料處理時對噪聲的壓制能力。分析方法是用地質(zhì)模型模擬出與地質(zhì)結(jié)構(gòu)和其他地質(zhì)信息無關(guān)單炮記錄，然后進行疊加響應(yīng)分析并輸出每一個面元的信息，由于每一個共中心點（CMP）疊加面元中包含一定數(shù)量且具有不同炮檢距和方位角的記錄道，而炮檢距和方位角對覆蓋次數(shù)的貢獻不同，面元內(nèi)所有道CMP疊加就顯示出了面元間的振幅變化。圖1是不同接收線距（Lr）的觀測系統(tǒng)產(chǎn)生的采集腳印，顯示了不同Lr產(chǎn)生的采集腳印的強弱是不一樣的，另外不同的滾動線距、激發(fā)線距（Ls）、道距等對采集腳印都有不同的影響，因此在進行復(fù)雜構(gòu)造區(qū)觀測系統(tǒng)設(shè)計時需要充分考慮各種因素對采集腳印的影響。

2 疊前偏移噪聲分析

疊前偏移對偏移距和方位角的采樣要求是非常高的，當(dāng)?shù)叵聰?shù)據(jù)的采樣不足時，疊前偏移很容易產(chǎn)生假頻（即偏移噪聲），可能極大抵消疊前偏移方法自身的優(yōu)越性，因此在觀測系統(tǒng)設(shè)計中要做好對偏移噪聲的壓制。該次研究主要利用疊前時間（PSTM）和傾角時差（DMO）脈沖響應(yīng)來分析三維觀測系統(tǒng)對疊前偏移噪聲的壓制。

2.1 PSTM脈沖響應(yīng)分析

PSTM脈沖響應(yīng)分析技術(shù)是通過輸入數(shù)據(jù)道上地下某點繞射，由炮點到繞射點、繞射點到接收點的傳播路徑脈沖旅行時進行疊前時間偏移歸位處理，以此來檢驗觀測系統(tǒng)中面元內(nèi)炮檢距與方位角的均勻性。圖2是給定繞射點的脈沖響應(yīng)，圖3是3種觀測系統(tǒng)產(chǎn)生的偏移噪聲，可以看出，方案2（Lr＝160m，Ls＝200m）的偏移噪聲最小。

2.2 DMO脈沖響應(yīng)分析

DMO脈沖響應(yīng)分析技術(shù)是通過對實際觀測系統(tǒng)得到的合成數(shù)據(jù)進行三維DMO處理。DMO的加權(quán)覆蓋次數(shù)能夠較好地反映DMO脈沖響應(yīng)。圖4是3種觀測系統(tǒng)的DMO脈沖響應(yīng)，方案1（Lr＝120m，Ls＝200m）的偏移噪聲明顯強于其他2種，方案2（Lr＝160m，Ls＝200m）的偏移噪聲最小，滿足疊前偏移觀測系統(tǒng)的設(shè)計要求。

圖1 不同激發(fā)（接收）線距的采集腳印

圖2 給定繞射點的疊前偏移脈沖響應(yīng)

圖3 PSTM脈沖響應(yīng)

圖4 DMO脈沖響應(yīng)

3 基于射線追蹤的三維地震照明分析

復(fù)雜構(gòu)造區(qū)的三維地質(zhì)模型，通常包括地層的起伏、缺失、尖滅、透鏡體及各種斷層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)。三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)使得地下情況變得非常復(fù)雜，要準(zhǔn)確追蹤一條射線路經(jīng)是非常困難的，且非常耗時。筆者主要基于Fermat原理和Snell定理對三維任意界面情況下的兩點間射線追蹤問題作了研究，并給出了三維逐段迭代射線追蹤算法的計算方法，隨后進行了三維介質(zhì)下射線追蹤計算。首先建立地質(zhì)模型（圖5），根據(jù)觀測系統(tǒng)對目標(biāo)層進行照明分析，得出目標(biāo)層的覆蓋次數(shù)是很不均勻的（圖5（a）），然后根據(jù)炮檢點射線的相互關(guān)系優(yōu)選觀測系統(tǒng)炮檢點位置，可以使目標(biāo)層的覆蓋次數(shù)及照明強度基本達到均勻（圖5（b））。從實際的采集資料也可以看出，優(yōu)選炮檢點后的剖面成像效果更好（圖6）。

圖5 基于射線追蹤的三維地震照明分析

圖6 優(yōu)選炮檢點位置前（a）、后（b）的剖面

4 結(jié)論

觀測系統(tǒng)設(shè)計是一個比較復(fù)雜的過程，有一整套的設(shè)計流程，該次研究分析了采集腳印、疊前偏移噪聲與觀測系統(tǒng)參數(shù)之間的相互影響以及三維射線追蹤的地震照明在觀測系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用，從中得出以下幾點認識：

1）觀測系統(tǒng)設(shè)計中合理的滾動距、線距和道距能有效壓制采集腳印。

2）三維觀測系統(tǒng)不規(guī)則的空間采樣很可能導(dǎo)致嚴(yán)重的偏移噪聲，從而降低疊前偏移的效果。從疊前偏移的需要出發(fā)進行觀測系統(tǒng)設(shè)計，可以充分發(fā)揮疊前偏移技術(shù)優(yōu)勢，提高地震成像精度。

3）利用照明技術(shù)優(yōu)選炮檢點可以使共反射點（CRP）面元內(nèi)隨偏移距變化的覆蓋次數(shù)和能量（振幅）分布均勻，提高地震資料的成像效果。

［1］秦廣勝，蔡其新，劉學(xué)偉 .滿足疊前偏移要求的三維地震觀測系統(tǒng)設(shè)計 ［J］.石油地球物理勘探，2010，45（S1）：25～29.

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［3］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 ［J］.石油地球物理勘探，2005，40（5）：495～498，509.