基于地震照明技術(shù)的觀測系統(tǒng)分析及優(yōu)化

劉力銘

摘 要：近年來，隨著地質(zhì)勘探開發(fā)的深入以及新型技術(shù)上的研發(fā)，使得傳統(tǒng)地質(zhì)采集技術(shù)很難滿足實(shí)際生產(chǎn)需求，因此我們針對復(fù)雜地質(zhì)模型引入了地震波照明技術(shù)，并對目標(biāo)觀測系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。形成了適合二次開采的相關(guān)設(shè)計(jì)。通過研究，我們發(fā)現(xiàn)這種地震照明技術(shù)能夠給完整的地質(zhì)構(gòu)造探測提供保障，而且在一些微幅構(gòu)造成像上也能夠被清晰呈現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：地震照明 技術(shù)的觀測 系統(tǒng) 優(yōu)化

近年來，雖然研究學(xué)者針對探測區(qū)進(jìn)行了大量的地震數(shù)據(jù)收集和相關(guān)技術(shù)研究，地震資料品質(zhì)相比過去來說有了顯著提升，然而對于一些復(fù)雜的小砂體，小斷塊等一些微幅構(gòu)造來說還沒有完全落實(shí)到位，導(dǎo)致斷層接觸關(guān)系沒有明確，很難進(jìn)行準(zhǔn)確定位。分辨率和信噪比較低，波租不明顯等問題是評價(jià)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造還存在很大的問題。從之前的研究材料我們發(fā)現(xiàn)，復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造會(huì)導(dǎo)致地震剖面成像時(shí)出現(xiàn)振幅波動(dòng)，而導(dǎo)致這種問題主要是由于地震波成像技術(shù)不完善，以及相關(guān)的觀測系統(tǒng)不合理造成的。我們基于波動(dòng)方程理論，并根據(jù)精細(xì)建模建立了復(fù)雜地質(zhì)模型，進(jìn)行地震照明和偏移成像技術(shù)的相關(guān)研究。根據(jù)地震波照明可以分析確定特定地質(zhì)模型的激發(fā)和照射范圍強(qiáng)度，進(jìn)而能夠更加合理進(jìn)行檢波點(diǎn)，炮點(diǎn)的設(shè)置，達(dá)到最佳的激發(fā)和接收狀態(tài)，進(jìn)而能夠使能量實(shí)現(xiàn)疊加，提高復(fù)雜地質(zhì)的成像效果。

一，地震照明分析以及偏移成像

模型建立。陡坡帶構(gòu)造從一定程度上能夠反映特定地質(zhì)特點(diǎn)。由于該地帶是湖盆的主斷裂，能夠形成多種類型的扇體結(jié)構(gòu)，比如主濁積扇，三角洲等，我們針對這些特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際構(gòu)造樣式設(shè)計(jì)了特定的地質(zhì)模型，如下圖所示。

其次，對雙程波照明進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采用了高精度的雙程波照明進(jìn)行檢測。本次實(shí)驗(yàn)中，我們共模擬了951炮，采用20米的炮間距，在中心放炮兩邊對稱放置600道接收，每炮為1200道，道間距為十米，最大偏移距離為6000米，采樣時(shí)間為兩毫秒，道長為五秒。在地表激發(fā)所有炮記錄照明分析疊加獲得的雙重波多泡照明強(qiáng)度分布圖如下圖所示，

我們可以看出利用這種雙程波照明，可以反映不同構(gòu)造在傾角方向的定量分布，能夠保持地震波在不同地質(zhì)構(gòu)造情況下的照明和傳播規(guī)律。為了能夠進(jìn)一步反應(yīng)照明分析準(zhǔn)確性以及正演模型的正確性，我們利用了雙程波照明來繪制水平疊加圖，通過剖面圖結(jié)果我們可以發(fā)現(xiàn)在近岸水下扇以及深水濁積層的反射波成像：較清楚，淺部地層清晰。疊前偏移成像。為了能夠準(zhǔn)確評價(jià)疊加剖面程度，不僅需要從其本身進(jìn)行考慮，還需要在后期進(jìn)行偏移成像分析。為了能夠確定是否接近于零炮檢距剖面，我們對疊前偏移成像技術(shù)進(jìn)行分析。目前很多研究學(xué)者采用疊前偏移的方法，基于Kirchroff繞射積分理論的疊前時(shí)間偏移以及基于波動(dòng)方程有限差分理論，利用疊前時(shí)間偏移來實(shí)現(xiàn)對一些構(gòu)造比較復(fù)雜，速度橫縱向有顯著變化的地區(qū)來進(jìn)行，這種疊前時(shí)間偏移成像是參考了波場傳播過程中產(chǎn)生的繞射效應(yīng)，但沒有對速度橫向變化產(chǎn)生的折射效應(yīng)進(jìn)行考慮，而疊前深度偏移最終是以構(gòu)造成圖作為目標(biāo)，能夠滿足地下反射位置，確保信息準(zhǔn)確性。因此，這種方法比較適合于一些復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的偏移成像，疊前時(shí)間偏移剖面采用Kirchroff繞射積分的方法，這種方法基于射線，繞射理論，從最終的成像圖來看，射線很容易導(dǎo)致在復(fù)雜介質(zhì)中存在多種路徑干涉的問題。我們利用波動(dòng)方程有限差分方法進(jìn)行疊前深度偏移分析，可以看出不同地層反射連續(xù)性較好，而且地質(zhì)斷層現(xiàn)象清楚，且分辨率也不受深度的影響。

從不同影響因素對于剖面影響程度來看，為了能夠分析不同參數(shù)，成像速度，對于地震數(shù)據(jù)處理上的影響，我們采用了不同時(shí)間進(jìn)行采樣，不同子波主頻，不同偏移速度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以便能夠?yàn)楂@得合理的參數(shù)提供參考依據(jù)。從測試結(jié)果來看，我們發(fā)現(xiàn)1毫秒采樣時(shí)間對于精精細(xì)構(gòu)造成像來說比較清楚，采用2毫秒采樣時(shí)間可以保證在200赫茲之間不會(huì)出現(xiàn)假頻率的問題。因此我們認(rèn)為采用2毫秒的采樣時(shí)間比較合理。對于不同子波主頻結(jié)果來看，我們分別比較了2，3，4，10赫茲數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨主頻增加其頻散程度越來越大，主要由于利用了有限差分法進(jìn)行精度計(jì)算。相比20赫茲來說，40赫茲主頻波長減小了將近50%，其空間采樣率也會(huì)降低，精度也相應(yīng)降低。要想獲得較高的精度，需要通過龐大的計(jì)算量，然而這種情況下是不合實(shí)際的，因此我們認(rèn)為可以采用30赫茲的子波主頻是比較合理的。從不同偏移速度來看，我們分別選取偏移速度為實(shí)際速度的0.8倍，0.9倍，1.1倍，1.2倍進(jìn)行比較分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)速度模型比較準(zhǔn)確時(shí)，在斷層和儲(chǔ)層附近成像效果較好，而如果偏移速度不準(zhǔn)確，由于斷層和沉積砂體反射波復(fù)雜，其速度擾動(dòng)較大，最終偏移剖面變化程度較大，會(huì)使成像深度不準(zhǔn)確，造成繞射波收斂不歸位，很容易降低信噪比，也會(huì)為之后的工作帶來較大難度。

二，面向目標(biāo)進(jìn)行觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在陡坡帶地質(zhì)模型中，我們重點(diǎn)勘探的目標(biāo)是小砂體等微幅構(gòu)造地質(zhì)。因此，在采集系統(tǒng)準(zhǔn)確性，有效性上是十分關(guān)鍵的指標(biāo)，我們分別采取不同的道間距，比如5米，10米，15米，20米，對速度模型進(jìn)行目標(biāo)區(qū)照明分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)篱g距為5到15米范圍內(nèi)時(shí)，向下傳播量能量較強(qiáng)，而處于20米的道間距時(shí)能量比較分散，很難進(jìn)行目標(biāo)層成像，因此相對來說采取較小的道間距能夠提升復(fù)雜構(gòu)造數(shù)據(jù)收集的分辨率。然而，5到15米的道間距對后期偏移效果幾乎是一致的?？傮w來看，要想取得橫向上分辨為10到20米的微幅構(gòu)造，可以選取的道間距范圍為十到15米。

從目標(biāo)場控制照明來確定最優(yōu)的激發(fā)范圍，根據(jù)地震波傳播原理，我們發(fā)現(xiàn)目標(biāo)層界面均勻分布，震源產(chǎn)生的地震波到達(dá)地面，根據(jù)地面不同位置所接收到的能量強(qiáng)弱來選擇合適的地表激發(fā)地震波位置，進(jìn)而能夠?qū)δ繕?biāo)層建面達(dá)到理想照明狀態(tài)，當(dāng)?shù)孛娼邮盏卣鸩芰吭綇?qiáng)，位置激發(fā)對該目的層界面照明越有優(yōu)勢。因此可以利用波場上傳照明來確定勘測目標(biāo)地面最優(yōu)化的激發(fā)范圍。在波場上傳時(shí)，我們同樣可以利用單程波方程和雙程波來計(jì)算地震波。雙程波適合于地震波實(shí)際傳播，然而這種從數(shù)學(xué)角度上來看，計(jì)算效率低，而采用單程波方程的計(jì)算方式雖然數(shù)據(jù)比較相似，然而在精確度上顯著降低，但效率高。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在目的層比較深，地表觀測孔徑受到限制的情況下，利用這兩種方法來計(jì)算地震波傳播沒有太大差異，因此，我們可以采用單程波方程來計(jì)算深部目的層激發(fā)地震波在地面上的能量分布。

在本次研究中，我們選擇陡坡帶斷面水平為4到12米，共計(jì)，8000米的范圍作為勘探區(qū)域。根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在確定最優(yōu)炮點(diǎn)范圍內(nèi)共計(jì)382炮激發(fā)過程中，為了能夠使目標(biāo)照明較強(qiáng)，在確定的最優(yōu)炮點(diǎn)范圍共569炮激發(fā)，這種情況下選定目標(biāo)照明效果較弱，為進(jìn)一步確定最優(yōu)的激發(fā)范圍，我們分別利用最優(yōu)炮點(diǎn)范圍內(nèi)激發(fā)382炮數(shù)據(jù)以及確定最優(yōu)炮點(diǎn)范圍內(nèi)569套數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加深度偏移。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用確定最優(yōu)激發(fā)的382炮地震數(shù)據(jù)疊前深度偏移，這種情況下目的層成像效果較好，而且陡坡帶上的小砂體成像清晰，而利用后者來說，這種方法在目標(biāo)范圍內(nèi)成像模糊，選定目標(biāo)內(nèi)的緩坡帶斷面上的小砂體幾乎無法成像。從數(shù)據(jù)處理結(jié)果上來看，能夠證明選定最優(yōu)激發(fā)范圍的準(zhǔn)確性。

小 結(jié)

在本次研究中，我們以斗破大地形模型為研究對象進(jìn)行照明技術(shù)分析，考慮入射、反射的雙層地下分方向照明，最終形成了對勘區(qū)二次采集觀測系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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