基于高倾角地区三维观测系统设计的选择

蒲 青

（新疆煤田地质局，新疆 乌鲁木齐 830009）

1 观测系统类型的选择

三维地震勘探是一种面积接收技术，能获得勘探区地质体的空间体积特征。三维观测系统可分为规则观测系统可不规则观测系统两大类，本文中所论述的是规则观测系统中的线束型观测系统。本次三维观测系统的设计重点是解决高倾角地区地震波成像效果问题。

1.1 接收点网格密度的确定

根据采样定理，为了使道距的选择不产生空间假频，在不存在相干噪音的情况下，应满足 △X≤λsmin/2，式中λsmin：信号最小视波长，△X：可选用的最大纵向道距。在有相关噪音的情况下，△X必须小于干扰波最大视波长的一半，但本区的干扰波半波长较小，因此不予考虑。以波速为3000米/秒，频率为60Hz，有效波最小波长为50米。由于本次勘探部分煤层埋藏较浅（最浅70m），且倾角较大（最大35°），所以纵向道距选择10米。接收线距一般大于道距的1～4倍，本次选择20m检波线距。

1.2 CDP网格密度的确定

三维是共反射面元叠加，指是共反射面元道集内各反射点信号叠加。在纵向上一般选取小于接收道距之半为反射面元的线性长度，DX≤。由于本次勘探部分地段煤层埋藏较浅，所以设计DX=5m，横向宽度DY≥DX，设计为10m。根据上诉设计CDP网格为5×10m。这样的设计对浅层分辨率起到了提高，且对细微构造的勘探是有利的。

1.3 炮线网格的确定

炮线间距 ΔL 满足公式 ΔL=(N×ΔX)/（2×S×NX）， 式中 N 为接收总道数，ΔX为道间距，S为接收线数，NX为纵向覆盖次数。

1.4 覆盖次数的确定

覆盖次数的高低决定了叠加地震记录的信噪比。若覆盖次数为n，按统计效应可提高信噪比倍n1/2，所以覆盖次数越高信噪比越高，但过高的信噪比必定使分辨率降低，根据该区以往地震工作成果本次选择了24次覆盖，既可以得到较好的反射波能量，又可以提高反射波的分辨率。

覆盖次数的计算：纵向覆盖次数与二位算法一致；横向覆盖次数满足褶积式S×C=G,式中，S为炮点，C为共中心点，G为炮点，通过Z变换，S（Z）×C（Z）=G（Z）,可得到横向覆盖次数。

1.5 炮检距的选择

三维地震勘探中，沿接收线方向的炮检距称纵向炮检距X，沿垂直接收线方向的炮检距称横向炮检距Y，最大非纵炮检距为：Xmax=

最小炮检距的选择原则和二维地震勘探相似，既考虑到目的层的最大埋深，又要考虑近炮点道所受炮点的干扰。因为本区目的层大多埋深有深有浅，仅考虑近炮点受干扰情况。根据以往经验，最小炮检距定为10米。

最大炮检距和诸多因素有关，现分述如下：

1）最大炮检距和共面元弥散半径的关系：△L=[X2sin(2Ψ)]/4t0V，式中：X——最大炮检距，单位为米；t0——中点法向反射时间，单位为秒;V——速度，单位为米/秒;Ψ——地层倾角，单位为(°)。本区地层倾角较大，弥散半径也较大，使过大的炮检距对叠加效果不利。

2）最大炮检距与反射波系数的关系

地震波法线入射时，反射系数为：

Ri=(ρi+1×Vi+1-ρi×Vi)/(ρi+1×Vi+1+ρi×Vi)

式中：ρi+1、Vi+1——第i+1层的密度与速度，ρi、Vi——第i层的密度与速度。根据反射原理，反射波的能量随入射角而变化。因此入射角的限定值尽量小些，以保证反射波的能量。排列长度以尽量接近目的层埋深为佳。由于本区目的层为一单斜构造，角度较大，最大为35°左右，应该适合于才用大排列施工，由于本区目的煤层埋深在100到600米左右。因此我们采用最大的排列进行施工。

3）最大炮检距与动校正拉伸的关系：β=（X/h）2/8，式中：

β——动校正拉伸率；h——深度，单位为米；X——炮检距，单位为米。因此炮检距越小，动校正拉伸也越小。

4）最大炮检距与速度分析精度的关系为：

式中：△V——允许的速度误差，单位米/秒，D△t——检测出的最小正常时差，单位秒，Vrms——均方根速度，单位米/秒。

从上式可看出，为求准均方根速度，最大炮检距越小越好。但相关的速度谱是通过大量的统计得来，道数越多、炮检距越大，统计效果越好。所以在选择最大炮检距可根据以下公式，给出速度与排列长度曲线，以确定最佳排列长度。

根据以上几种和最大炮检距有关的参数综合考虑，确定最大非纵炮检距Xmax的选择原则为：（1）考虑求取速度的精度，Xmax越大越好。（2）压制多次波的效果，Xmax越大越好。（3）考虑动校正拉伸畸变对高频信号的影响及反射系数的变化，Xmax越小越好。（4）Xmax一般与目的层埋深大致相当。

本区主采煤层的埋藏深度在70m至600 m之间，一般在400m左右，综合考虑上述因素，最大炮检距为618m。

综上，本次观测系统定为10线4炮束状观测系统，排列方式：束状10线4炮制，单边下倾激发；接收道数：10×60=600道；接收网格：10m×20m；炮线网格：50 米(纵向)×20 米(横向)；CDP 网格：5 米（纵向）×10米（横向）；覆盖次数：6次（纵向）×4次（横向）；最大炮检距 618米。

图1

2 满覆盖边界及镶边范围的计算

以本次设计观测系统为例，横向满覆盖边界参照观测系统图，要满足4次覆盖，在第二炮点与第五条检波线中间首次满足横向4次覆盖，可把边界设置于此。纵向满覆盖边界同二位计算方法一致。由于本区是一单斜地层，地层倾角较大，考虑到地下构造能正确成像和归位，在确定地表施工面积时，应在控制区的下倾方向应加一的长度，以确保地下面积能正确归位。其中L长度以如下公式计算：

L=tgnΨ·Z

L——下倾方向镶边长度（m）；Z——目的层深度（m）；Ψ——地层倾角。

L=tgnΨ·Z=420m，所以在下倾方向镶边420米。

3 处理重点与效果分析

高倾角地区，低降速带变化比较大，所以在测区内进行了低降速带调查，建立近地表模型，进行折射波静校正。

图2

进行多域噪声衰减，先在共炮点域进行噪声衰减，然后在共检波点域进行噪声衰减。

高倾角地区地震波横向速度变化较大，确定叠加速度时，可采用常速扫描中的强反射和速度谱中的最大能量同向轴，结合地震波的反射特征综合分析。

图3 成果图

最后进行DMO处理和优化迭代叠加，DMO处理可以聚焦反射能量，消除倾角对反射波的影响，准确成像，还可以提高性噪比。优化迭代叠加是一种非等权叠加的方法，通过估算道样值，赋予性噪比的叠加权值较大，反之赋予的权值较小，这样实现优化叠加。

4 结论

本次在高倾角地区采用单边接收，对数据采集质量有较大提高；在纵向上采用10米道距，提高了浅层煤层的分辨率；最大炮检距的计算正确合理；处理时采用特殊技术，对提高分辨率，压制干扰波有较大改善。

采用上述观测系统，对浅层煤层，高倾角地段煤层都取得了较好的勘探效果，小构造成像清晰，整体分辨率和性噪比均有提高，达到了预期目的。

［1］陆基梦.地震勘探原理及资料解释[Z].石油工业部勘探培训中心,1982.

［2］李录明,李正文.地震勘探原理方法和解释[M].北京：地质出版社,2007,3.

［3］李庆珍.地震勘探三维观测系统设计[J].中国煤田地质,1998,10(2).