三维观测系统对复杂构造叠前成像效果的影响分析

周旭，刘依谋，王乃建，刘新文，孔德政

（1.中国石油东方地球物理公司塔里木物探处，新疆库尔勒841000；2.中国石油塔里木油田公司勘探开发部，新疆库尔勒841000；3.中国石油塔里木油田公司物探方法研究所，新疆库尔勒841000）

三维观测系统对复杂构造叠前成像效果的影响分析

周旭1,3，刘依谋2，王乃建1，刘新文1，孔德政1

（1.中国石油东方地球物理公司塔里木物探处，新疆库尔勒841000；2.中国石油塔里木油田公司勘探开发部，新疆库尔勒841000；3.中国石油塔里木油田公司物探方法研究所，新疆库尔勒841000）

叠前偏移成像效果与观测系统密切相关，明确观测系统参数变化对成像效果的影响对观测系统优化设计至关重要。利用复杂构造区三维物理模拟数据和实际采集的宽方位三维地震数据，进行了观测系统参数的退化处理试验，分析了道密度、观测宽度、线距变化对叠前深度偏移的影响。分析表明：1）观测宽度影响构造成像效果，增加观测宽度利于提高深层构造的断点、断层、断裂下盘成像清晰度和陡倾角同相轴的连续性；2）有效道密度和炮检距分布的均匀性影响偏移噪声的强弱，提高道密度和炮检距的均匀性利于压制偏移噪声，提高剖面信噪比；3）接收线距影响中浅层有效道密度和炮检距分布的均匀性，采用较小的线距获得更高的中浅层有效道密度和更均匀的采样结果，利于保证中浅层成像效果。研究认识可望为复杂构造区观测系统设计提供借鉴。

库车山地；地震采集；观测系统；道密度；观测宽度；线距

地震观测系统决定了地震数据的空间采样特性，与叠前偏移成像效果有着密切联系。空间采样密度和分布的均匀性与偏移剖面的分辨率有关，并影响去噪和偏移噪声的大小，提高道密度（每平方公里炮检对数量），可扩大三维空间带宽、改善叠前道集以及成像数据体信噪比，利于提高叠前偏移成像精度[1-2]；采集孔径影响横向分辨率和速度分析精度，较大的观测孔径有利于横向分辨率的提高，在进行深层地震勘探时，需要有足够大的观测孔径来保证速度估计的精度[3-4]；宽方位观测具有更高的陡倾角成像能力和较丰富的振幅成像信息，有利于获得更好的多方向小断层的成像效果和较清晰的断裂带及其储层空间范围的刻画效果[5-7]。

基于叠前成像的需要，Gijs J.O.Vermeer提出了“对称、均匀、充分采样”的三维观测系统设计理念[8]，Mike Galbraith等人分别提出了通过PSTM响应、双聚焦方法、面元属性分析等来评价观测系统的方法[9-13]。这些理念和方法可从理论上很好地指导观测系统参数的优化选择。然而，在实际生产中，往往会因为对复杂地下地质特征的认识不足，导致理论分析的结果发生偏差，影响观测系统的评价和优选。因此，有必要通过对资料成像结果的分析，进一步理清不同参数对成像效果的实际影响，进而指导观测系统的优选。

塔里木盆地北部的库车坳陷地下发育三层结构的挤压冲断型盐构造：盐上层发育逆冲断层和褶皱、盐岩塑性流变形成的盐丘和盐背斜，盐下层发育叠瓦冲断的断层相关褶皱[14-15]。盐下构造是该区油气勘探的主要目标，以往通过常规三维采集获得的地震资料上，盐下波场杂乱、信噪比低，层位追踪和断点识别的难度极大。在近期的攻关中，通过采用宽方位、高道密度的观测系统采集，使盐下深层成像效果有了明显改善，但是仍然没有达到预期效果，因此还需进一步优化观测系统。利用库车地区宽方位三维采集数据和物理模拟数据，进行观测系统退化处理，通过对比分析不同观测系统数据的叠前深度偏移处理结果，明确了道密度、观测宽度、线距对复杂构造叠前深度偏移成像效果的影响，可为该区及类似地区地震观测系统参数的优化设计提供借鉴。

1 观测系统退化试验

1.1 观测系统退化方案构建

本次研究选用了一套采用库车KS区块地质模型通过物理模拟得到的三维数据和一套在库车DB区块攻关采集的三维数据。这两套数据采集时分别采用了表1中A0和B0观测系统。通过去掉原始观测系统A0和B0两边的接收线，可分别得到A1、B1两套退化观测系统方案；通过将原始观测系统A0和B0的接收线抽稀，可分别得到A2、B2两套退化观测系统方案，具体参数见表1，示意图见图1。

1.2 试验观测系统属性特点

从表1中可看到试验观测系统参数的差异，主要包括线数、接收线距、横纵比和道密度。横纵比是接收排列片横纵向宽度的比值，在对比的几套观测系统中纵向排列长度不变，横纵比的差异反映了排列片横向宽度（观测宽度）的变化。原始方案和退化方案2排列观测宽度基本相当，比退化方案1宽一倍。

表1 试验数据原始观测系统和退化后的观测系统参数Table 1Parameters of original and regressive observing system

图1 观测系统示意图（以方案A0为例）Fig.1Schematic diagram of observation system(example:program A0)

道密度是单位面积内炮检对的数量[16-17]，可用下式计算：

式中：D为道密度，道/km2；F为覆盖次数；bx为横向面元尺寸，m；by为纵向面元尺寸，m。

受处理中拉伸切除的影响，不同深度地层对应的有效偏移距是不同的。因此，同一个观测系统在不同深度地层的有效覆盖次数不同。根据道密度的计算公式，同一个观测系统在不同深度的有效道密度也不同，可根据下式计算：

式中：D1为有效道密度，道/km2；N1为单位面积内不同深度地层对应的有效炮检距范围内的炮检对数量；N为单位面积内总炮检对数量。

统计方案A0-A2观测系统满覆盖区400 m×480 m范围内的炮检对，得到图2所示的结果。从图2可以看出，在炮检距0～3 000 m这个区间上，原始方案和退化方案1的炮检对数量相当，是退化方案2的两倍左右；在炮检距0～5 000 m及以上区间上，两个退化方案的炮检对数量基本相当，是原始方案的左右。

根据式（2）计算，在浅层（有效接收范围0～3 000 m时），原始方案和退化方案1的有效道密度相当，是退化方案2的两倍；在深层（有效接收范围大于5 000 m时），两个退化方案的有效炮道密度相当，是原始方案的。另外，三种观测系统0～4 000 m和0～9 000 m偏移距范围内的炮检对数量几乎都相差一倍，即每种观测系统的深层有效道密度都比浅层高得多。

图2 满覆盖区400 m×480 m范围内三套观测系统的炮检对统计Fig.2Offset of three observing system within 400 m× 480 m in full covered area

对比三套观测系统相同位置面元内的炮检距分布情况（图3），可以看出采用较小接收线距的方案A0和A1炮检距分布更加均匀，尤其是中近炮检距分布的均匀性明显优于采用较大接收线距的方案A2。

1.3 试验数据的处理方法

试验数据的处理流程如图4所示，大致可分成预处理、偏移速度建模、不同观测系统数据分选、不同观测系统数据偏移成像四部分。首先，在原始观测系统的数据上进行预处理和速度建模；然后，在预处理后的数据中抽取各对比子观测系统的数据，并应用原始观测系统数据建立的速度场，按照统一流程分别进行克希霍夫叠前深度偏移处理，得到各子观测系统的偏移数据体。

图3 满覆盖区不同观测系统的炮检距分布Fig.3Offset displacement of different observing system in full covered area

图4 试验数据的处理流程Fig.4Processing flow of test data

2 处理结果分析

根据不同观测系统的差异，通过退化试验处理结果可进行以下几方面的对比：将原始方案与退化方案1对比，可比较观测宽度、深层有效道密度变化对成像效果的影响；将原始方案和退化方案2对比，可比较从浅到深层有效道密度和炮检距分布的均匀性变化对成像效果的影响；将退化方案1和退化方案2对比，可比较观测宽度、浅层有效道密度和炮检距均匀性变化对成像效果的影响。

2.1 物理模拟数据处理结果分析

2.1.1 方案A1和A2处理结果对比

A1和A2方案的观测系统属性差别是中浅层有效道密度、炮检距分布的均匀性和观测宽度，其中A1浅层道密度高、炮检距分布均匀，A2观测方位宽。图5中c和d是两套方案对应的Inline方向叠前深度偏移剖面，在箭头所示的逆掩构造断点、断面及断裂下盘处（埋深8 000 m左右），图5d具有更高的清晰度。由于两者深层有效道密度相当，分析认为深层成像效果的差异是观测宽度带来的影响，即观测宽度大利于绕射波有效收敛，提高了逆掩构造的偏移成像能力。图6中c和d是两套方案对应的Xline方向叠前深度偏移剖面，整体上图6c的信噪比比图6d高，尤其是在中浅层（埋深5 000 m以内）差距十分明显。结合两套观测系统属性的差异分析认为，A1方案中浅层的有效道密度高，而且炮检距分布更加均匀，在偏移过程中产生的偏移噪声更小[1]，因而有较高的信噪比。但在深层，随着有效道密度的不断增加，A2观测系统的偏移噪声逐步减少，缩小了与方案A1的差距，因此深层信噪比差异不大。

2.1.2 方案A0和A2处理结果对比

A0和A2方案观测系统属性的主要差别是道密度和炮检距分布均匀性的差别，从浅到深层，A0观测系统的有效道密度都是A2的2倍，且炮检距分布的均匀性更高。图5中b和d是两套方案对应的Inline方向叠前深度偏移剖面，在箭头所示的复杂构造位置上两者差别不大，说明在观测宽度相同的情况下，增加道密度对逆掩构造成像效果的改善不明显。图6中b和d是两套方案对应的Xline方向叠前深度偏移剖面，两者之间的差别和之前对比的图6中c和d之间的差别基本相同，依然是图6d信噪比低，且在中浅层尤为明显。根据A0和A2观测系统属性的差异，造成这种对比结果的原因是A0浅层有效道密度高且炮检距分布更均匀，利于减小偏移噪声。尽管A0的观测系统属性优势在深层依然存在，但由于A2深层有效道密度的增大基本满足了压制偏移噪声的需要，因此在深层获得了与方案A0基本相当的效果。

图5 Inline方向速度模型及方案A0、A1、A2对应的叠前深度偏移剖面Fig.5Velocity model of Inline and prestack depth migration profile of program A0,A1 and A2

图6 Xline方向速度模型及方案A0、A1、A2对应的叠前深度偏移剖面Fig.6Velocity model of Xline and prestack depth migration profile of program A0,A1 and A2

2.1.3 方案A0和A1处理结果对比

A0和A1方案观测系统属性的主要差别是观测宽度和深层有效道密度，A0观测宽度和深层有效道密度都是A1的2倍。图5中b和c是两套方案对应的Inline方向叠前深度偏移剖面，在箭头指示的逆掩构造断点、断裂下盘等位置A0的成像清晰度高。这一结果再次证实增加观测宽度有利于改善深层逆掩构造的成像效果。图6中b和c是两套方案对应的Xline方向叠前深度偏移剖面，两者信噪比基本相当。这说明在较高道密度和炮检距分布均匀的前提下继续提高道密度，对改善信噪比的作用不明显。

2.2 实际采集资料处理结果分析

2.2.1 B1与B2方案处理结果对比

B1和B2方案的观测系统属性差别与A1与A2的差别相同。图7中b和c是两套方案对应的叠前深度偏移剖面，剖面b浅层信噪比相对于剖面c更高，但在深层箭头和方框指示位置，剖面b清晰度和同相轴连续性较差。这一对比结果与物理模拟A1与A2的对比结果类似，能得出相同认识。

2.2.2 B0与B2方案处理结果对比

B0和B2方案观测系统属性的差别与A0和A2的差别相同。图7中a和c是两套方案对应的叠前深度偏移剖面，剖面a浅层信噪比明显优于剖面c，但两者对深部地层（深层方框和箭头指示处）的刻画效果基本相同。这一对比结果也与物理模拟A0和A2的对比结果类似，能得到相同认识。

2.2.3 B0与B1方案处理结果对比

B0和B1方案观测系统属性的差别于A0和A1的差别相同。图7中a和b是两套方案对应的叠前深度偏移剖面，在深层方框和箭头指示位置，图7b清晰度较差，同相轴连续性较差，但两者浅层信噪比相当。这一对比结果同样与物理模拟A0和A1的对比结果类似，能得到相同认识。

图7 方案B0、B1、B2叠前深度偏移剖面Fig.7Prestack depth migration profile of program B0,B1 and B2

3 结论及认识

利用物理模拟数据和实际地震采集数据，进行观测系统退化试验，得到了基本一致的对比结果和认识：

1）观测宽度影响构造的成像效果，增加观测宽度利于提高深层构造的断点、断层、断裂下盘成像清晰度和陡倾角同相轴的连续性。

2）有效道密度和炮检距分布的均匀性影响偏移噪声的强弱，提高道密度和炮检距的均匀性利于压制偏移噪声，提高剖面信噪比。

3）接收线距影响中浅层有效道密度和炮检距分布的均匀性，采用较小的线距获得更高的中浅层有效道密度和更均匀的采样结果，利于保证中浅层成像效果。

4）在深层有效道密度达到一定程度后，影响深层复杂构造成像效果的关键是观测宽度；以足够道密度为基础，采用宽方位观测利于提高复杂构造区深层构造的成像效果。

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（编辑：尹淑容）

Analysis on influence of 3D geometry on prestack imaging of complex structures

Zhou Xu1,3,Liu Yimou2,Wang Naijian1,Liu Xinwen1and Kong Dezheng1
(1.Tarim Geophysical Prospecting Department,BGP,CNPC,Korla,Xinjiang 841000,China; 2.Exploration and Development Department,Tarim Oilfield Company,CNPC,Korla,Xinjiang 841000,China; 3.Geophysical method research institute,Tarim Oilfield Company,CNPC,Korla,Xinjiang 841000,China;)

Prestack migration imaging effect is closely related to the observation system.So that defining the influence of observa⁃tion system parameter variation on imaging effect is essential to the optimum design of observation system.A observation system pa⁃rameter degenerate processing test is made by using the 3D physical simulation data in complex structure area and the actual col⁃lected wide-azimuth 3D seismic data to analyze the influence of trace density,observing width and line interval to prestack depth migration.The analysis result shows that:1）the observing width has great influence on the imaging.Deepening structures and in⁃creasing observing width are beneficial to improve the imaging resolution of breaking point,faults and fracture footwall as well as the continuity of the phase axis of steep dip;2）the effective trace density and the uniformity of offset distribution have great influ⁃ence on migration noise,and increasing them is beneficial to increase the signal/noise ratio;3）the receiving line interval influenc⁃es the shallow layer effective trace density and the uniformity of offset distribution,and further influences shallow layer signal/noise ratio.Using a smaller line interval helps to ensure the shallow layer imaging effect.The study is expected to provide reference for complex structure areas in geometry design.

Kuqa mountain,seismic acquisition,observation system,track density,observing width,line spacing

P631.4

A

2014-10-20。

周旭（1980—），男，工程师，从事地震采集方法研究。

国家科技重大专项“复杂构造地球物理配套技术”（2011ZX05019-005）和“塔里木盆地库车前陆冲断带油气开发示范工程”（2011ZX05046）项目联合资助。