三維地震中相同覆蓋次數(shù)不同觀測系統(tǒng)的屬性對比與分析

胡 峰，羅 輯，肖 瑋，楊詔勛，張昊翔

(中國石油集團(tuán)東方地球物理公司 西南物探分公司，四川 成都 610213)

1 引 言

隨著地球物理勘探方法的不斷完善，三維地震勘探技術(shù)已在陸上地震勘探中廣泛應(yīng)用，三維地震采集觀測參數(shù)包括覆蓋次數(shù)、面元尺寸、接收線距、最大炮檢距等，關(guān)于三維觀測系統(tǒng)及采集參數(shù)設(shè)計(jì)已有不少文章進(jìn)行了專門的論述[1-4],其中覆蓋次數(shù)是三維觀測系統(tǒng)中的關(guān)鍵參數(shù)。國內(nèi)外實(shí)際三維地震資料結(jié)果表明[5,6]，采用高覆蓋次數(shù)可以有效提高采集資料信噪比、提高深層反射能量，較好地改善地質(zhì)體的成像質(zhì)量。但是高覆蓋次數(shù)意味著高昂的經(jīng)濟(jì)成本。在實(shí)際生產(chǎn)中，覆蓋次數(shù)的選擇應(yīng)遵循能充分壓制干擾波、增加目的層的反射能量的原則，在覆蓋次數(shù)確定后，通過合理的優(yōu)化觀測系統(tǒng)參數(shù)，控制采集過程中的經(jīng)濟(jì)投入，達(dá)到在資料質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)投入之間尋找最佳點(diǎn)的目的[7]。本文針對相同覆蓋次數(shù)下不同觀測系統(tǒng)的選擇提出看法,并進(jìn)行屬性對比與分析。

圖1 成組加密法圖例Fig.1 Legend of infilling shouts

線束狀觀測系統(tǒng)是最常用的規(guī)則觀測系統(tǒng)，線束狀觀測系統(tǒng)的覆蓋次數(shù)N為縱向覆蓋次數(shù)Nx與橫向覆蓋次數(shù)Ny之乘積，其覆蓋次數(shù)N計(jì)算公式[9]如下：

N=Nx×Ny

(1)

(2)

式(1)、式(2)中：Nx為縱向覆蓋次數(shù)；Ny為橫向覆蓋次數(shù)；M為單條接收線的接收道數(shù)；dx為縱向炮點(diǎn)距相當(dāng)?shù)牡谰鄶?shù)；dy為束線距相當(dāng)?shù)臋M向上的炮點(diǎn)距數(shù)(取最小炮點(diǎn)距)；R為單束單排橫向炮點(diǎn)數(shù)；P：單束接收線數(shù)。

從式(1)、式(2)可以看出，在縱向覆蓋次數(shù)不變的前提下，通過排列線距、單束單排炮點(diǎn)個(gè)數(shù)、束線距等參數(shù)的共同改變，在保證橫向覆蓋次數(shù)不變的原則下來對比不同的觀測系統(tǒng)，從而保證觀測系統(tǒng)的最優(yōu)化。這些觀測系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是縱向、橫向上的覆蓋次數(shù)分別相等。

2 常規(guī)窄方位到寬方位觀測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

常規(guī)的窄方位觀測系統(tǒng)的排列片呈狹長的長條形，方位角分布較差，可能會產(chǎn)生靜校正耦合問題，并且不利于檢測與方位角有關(guān)的變化。實(shí)際生產(chǎn)中，通常采用成組加密寬方位三維觀測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法[8]：在疊加過程中，當(dāng)相鄰兩炮間距小于道間距時(shí)，只增加CDP點(diǎn)的密度，不增加覆蓋次數(shù)，即兩炮不存在共同的共中心點(diǎn)數(shù)據(jù)道。因此，將原來三維觀測系統(tǒng)中橫向上的每一個(gè)炮點(diǎn)變?yōu)橛蒒炮(2炮或多炮)組成的一組炮點(diǎn)。這組炮點(diǎn)沿橫向布設(shè)，將橫向排列線距和橫向炮組距(即橫向相鄰兩組炮點(diǎn)間距)擴(kuò)大N倍。這樣就在不增加接收線數(shù)、不改變CDP網(wǎng)格的情況下拓寬了整個(gè)排列片寬度，改善了面元的方位角分布特性，利用現(xiàn)有采集設(shè)備實(shí)現(xiàn)寬方位三維數(shù)據(jù)采集[10,11]。如圖1所示：

1)炮點(diǎn)距為50 m，排列線距為200 m，面元網(wǎng)格為25 m×25 m，橫向覆蓋次數(shù)為1次；

圖2 4線4炮與4線8炮觀測系統(tǒng)示意圖Fig.2 Sketchs of geometry with 4L4S and 4L8S

2)橫向上增大炮點(diǎn)距和排列線距為原來的2倍，面元網(wǎng)格變?yōu)?5 m×50 m；將橫向上1個(gè)炮點(diǎn)變?yōu)?炮，炮點(diǎn)距為50 m，每個(gè)面元內(nèi)CDP點(diǎn)2個(gè)，CDP點(diǎn)密度增大1倍。

圖3 4線4炮與4線8炮觀測系統(tǒng)炮檢距與方位角對比Fig.3 Comparison of offset and azimuth of geometry with 4L4S and 4L8S

3)將一個(gè)25 m×50 m面元網(wǎng)格劃分為2個(gè)25 m×25 m面元網(wǎng)格，每個(gè)面元內(nèi)CDP點(diǎn)為1個(gè)，橫向覆蓋次數(shù)1次。

圖2中，4線4炮為簡單的窄方位觀測系統(tǒng)，用成組加密法得出4線8炮的觀測系統(tǒng)。兩者排列道數(shù)相等，道距、炮點(diǎn)距都相等，只是后者排列線距和炮點(diǎn)數(shù)都為前者的2倍。4線4炮觀測系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是所使用模板的縱橫比較小,縱向覆蓋次數(shù)明顯高于橫向覆蓋次數(shù)，方位角分布范圍很窄。為了盡可能地減少偏移距和方位角分布的不均勻性，窄方位觀測系統(tǒng)主要采取將模板內(nèi)的炮點(diǎn)集中在中間兩條接收線之間的方式。4線8炮觀測系統(tǒng)的橫縱比明顯增大。如果不改變排列片的最大縱向炮檢距，其縱橫向覆蓋次數(shù)與原來完全相同。由于一組內(nèi)的各個(gè)炮點(diǎn)不進(jìn)行共中心點(diǎn)疊加，使面元類型成倍增加，面元內(nèi)各個(gè)方向上炮檢距對分布較均勻，能夠檢測與方位角有關(guān)的信息。炮點(diǎn)的橫向成組分布增加了面元類型，同時(shí)使相鄰面元內(nèi)炮檢距及方位角分布具有成組相似性，有利于在資料處理中針對性地選擇不同的面元進(jìn)行三維速度分析[12-14]。

方位角分布是否均勻，主要受橫向覆蓋次數(shù)的影響。相同覆蓋次數(shù)，寬方位比窄方位方位角的分布更加均勻一些。從圖3可以看出，4線8炮觀測系統(tǒng)較4線4炮觀測系統(tǒng)，大炮檢距道數(shù)增多，有利于壓制多次波，方位角分布均勻且較寬有利于靜校正計(jì)算與深度偏移，更有利于檢測出與方位角有關(guān)的地震信息。

圖4 16線4炮、16線16炮、16線32炮觀測系統(tǒng)示意圖Fig.4 Sketchs of geometry with 16L4S,16L16S and 16L32S

3 相同覆蓋次數(shù)不同觀測系統(tǒng)的屬性對比分析

從前文成組加密法前后兩種觀測系統(tǒng)的對比可以得出，前后兩者的橫向覆蓋次數(shù)、接收線數(shù)都沒有變化，其他的參數(shù)都增加了1倍。由公式Ny=P*R/2dy可以推出，當(dāng)連續(xù)觀測時(shí)，橫向覆蓋次數(shù)等于接收線數(shù)的1/2，即當(dāng)接收線數(shù)不變時(shí)，可以通過等比例地改變接收線距(Lx)、炮數(shù)(R)、束線距等參數(shù)，在覆蓋次數(shù)不變的情況下，尋求完成地質(zhì)任務(wù)和施工效益的最佳結(jié)合點(diǎn)。

束線距的計(jì)算公式為

Bd=Q×Lx=R×dy

(3)

式(3)中：Bd為束線距；Q為束線滾動時(shí)移動排列的條數(shù)；Lx為接收線距。

根據(jù)式(3)可以得出：當(dāng)炮點(diǎn)距、排列線距為定值，即Q與R同比例增大或縮小時(shí)，橫向覆蓋次數(shù)不變，即單束線的排列片不發(fā)生變化，單排炮點(diǎn)的個(gè)數(shù)成倍增加或者減少。

該方法的特點(diǎn)為：炮密度不變，道密度不變，面元網(wǎng)格不變。相同的勘探面積，不同的觀測系統(tǒng)所需要的總道數(shù)、總炮數(shù)相差不大，主要的差別在于每束線施工完后滾動排列的工作量，即束線距隨著R值的增加(或減少)等比例變化，以及達(dá)到滿次覆蓋所需要的束線數(shù)不同[15]。下面通過16線4炮、16線16炮、16線32炮三種觀測系統(tǒng)的屬性進(jìn)行對比分析。

3.1 滾動效率對比分析

從圖4可以看出，3種觀測系統(tǒng)的橫向覆蓋次數(shù)均為8次，隨著單束線內(nèi)炮點(diǎn)的橫向增多，觀測系統(tǒng)的橫縱比逐漸增大；3種觀測系統(tǒng)分別需要8、2、1束線達(dá)到滿次覆蓋，每束線滾動排列的條數(shù)分別為1、4、8條。三者的橫向覆蓋次數(shù)遞減帶分別為2 112.5 m，1 662.5 m，962.5 m。

從施工的角度講，雖然3種觀測系統(tǒng)的道密度、炮密度都相等，但16線32炮觀測系統(tǒng)束線距較大，每次滾動排列條數(shù)多，放相同炮數(shù)滾動排列次數(shù)少，便于高效率施工。這種觀測系統(tǒng)由于單束線炮數(shù)多、滾動排列工作量大，多采用單束線縱向施工，而16線4炮觀測系統(tǒng)每束線內(nèi)炮數(shù)較少，單束線滾動1條排列，多采用橫向與縱向結(jié)合的方式來施工，確保高效率施工。

3.2 炮檢距、方位角對比分析

從圖5可以看出，橫向上隨著炮數(shù)的增多，炮檢距分布均勻性變差，大炮檢距相對增多，最大炮檢距增大，方位角變寬。在實(shí)際的資料處理過程中，靜校正問題不容忽視。觀測系統(tǒng)應(yīng)做到排列片之間重復(fù)線盡可能多，以減少三維數(shù)據(jù)體中的采集痕跡。觀測系統(tǒng)線束間橫向滾動距離越小、線束間接收點(diǎn)重復(fù)越多，則耦合較好，炮檢距和方位角分布更均勻，有利于提高疊前成像精度。

圖5 16線4炮、16線16炮、16線32炮觀測系統(tǒng)炮檢距與方位角對比Fig.5 Comparison of offset and azimuth of geometry with 16L4S,16L16S and 16L32S

3.3 采集腳印對比分析

從三種觀測系統(tǒng)的覆蓋次數(shù)分析(圖6)可以看出，覆蓋次數(shù)在橫向上呈現(xiàn)周期性的變化，變化的周期分別為8、32、64個(gè)CDP網(wǎng)格，距離等于束線距，覆蓋次數(shù)隨炮檢距變化，每個(gè)炮檢距對覆蓋次數(shù)有不同的貢獻(xiàn)，因此每一個(gè)獨(dú)立的三維面元是不同炮檢距的綜合貢獻(xiàn)，面元內(nèi)所有道的CMP疊加圖顯示出面元間的振幅變化，這個(gè)變化就是采集腳印。排列片滾動的快慢是形成采集腳印重要原因，滾動過快，會加劇Crossline方向唯一覆蓋次數(shù)和振幅發(fā)生變化。如果觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，即便是再小的橫向滾動距離，也同樣會產(chǎn)生嚴(yán)重的采集腳印現(xiàn)象。從采集腳印的角度考慮，16線4炮觀測系統(tǒng)要優(yōu)于其他兩種。

圖6 16線4炮、16線16炮、16線32炮觀測系統(tǒng)覆蓋次數(shù)分析(偏移距0～4 000 m)Fig.6 Analysis of coverage number of of geometry with 16L4S,16L16S and 16L32S (offset is 0～4 000 m)

4 結(jié) 論

1)成組加密寬方位三維觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法可以在不增加接收線數(shù)、不改變CDP網(wǎng)格的情況下拓寬整個(gè)排列片寬度，改善了面元的方位角分布特性，利用現(xiàn)有采集設(shè)備實(shí)現(xiàn)寬方位三維數(shù)據(jù)采集。

2)通過相同覆蓋次數(shù)不同觀測系統(tǒng)屬性對比分析，采用橫向炮點(diǎn)成組分布的寬方位三維觀測系統(tǒng)可以大大提高施工效率,降低施工成本，以及拓寬方位角；但橫向炮點(diǎn)數(shù)過多，又會影響炮檢距分布的均勻性，產(chǎn)生較重的采集腳印。

3)在做三維地震觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)不同地區(qū)的具體情況并試驗(yàn)進(jìn)行對比分析，確定合適的覆蓋次數(shù)，通過不同觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)對比在保證覆蓋次數(shù)的情況下綜合考慮選擇施工參數(shù)，達(dá)到優(yōu)化觀測屬性，降低生產(chǎn)成本的目的。