复杂构造三维地震勘探观测宽度与接收线距选择分析*

梁向豪 孔德政 黄有晖 刘新文 周 旭

（1.中国石油塔里木油田公司2.中国石油东方地球物理公司）

复杂构造三维地震勘探观测宽度与接收线距选择分析*

梁向豪1孔德政2黄有晖1刘新文2周 旭2

（1.中国石油塔里木油田公司2.中国石油东方地球物理公司）

塔里木盆地库车地区地表起伏剧烈，施工难度大，地下构造复杂、地震成像精度低。在勘探生产中，三维观测系统的面元尺度、覆盖次数、观测方位宽窄、接收线距等参数选择至关重要，直接影响勘探投入及复杂目标成像质量。通过对库车山地二维、三维数学模型和物理模型的正演模拟资料分析，认识到库车坳陷复杂构造叠前偏移成像应该优先选择较小的接收线距，并尽可能达到一定观测宽度，大可获得较为清晰的目标成像效果。图6表2参6

叠前偏移观测系统接收线距观测宽度模型正演

0 引言

塔里木盆库车坳陷油气资源丰富，勘探面积大（约28000 km2），是塔里木盆地油气快速增储上产的重要区域之一。但该区具有地表和地下构造模式双重复杂的特点，地震勘探面临速度建场难、复杂构造成像效果差、投资成本高、勘探施工难度大等诸多难题。

随着物探技术、装备的进步和油田勘探开发需求的提高，在库车地区，已逐渐由常规三维采集进入了宽方位较高密度三维采集阶段。截至2013年，已实施约6000 km2的三维地震数据的采集，其中宽方位较高密度三维地震采集约910 km2，资料品质得到大幅度提高。然而，由于该区施工难度大、复杂构造成像精度低和勘探投资之间的矛盾日益突出，技术、经济一体化设计要求更加迫切，亟需对库车坳陷等塔里木前陆区高陡构造成像三维观测技术进行深入研究和优化。

关于提高复杂构造成像效果，三维观测系统设计应该采用宽方位还是窄方位有不同的观点。有些专家认为采用窄方位采集更有利于复杂构造的成像，尤其需要增加横向的覆盖次数及偏移距采样密度，而当上覆地层较平缓、速度横向变化也不大时，宽或窄方位的三维采集都能实现地下目标的正确成像[1-3]。然而，也有专家认为，宽方位三维地震不同方位角的数据可以提供速度场不均匀方面的有用信息，更好地提供地质构造的空间信息，提高绕射收敛效果，提高中深层的成像质量[4-5]。笔者通过对以往宽方位文献方面的分析发现，在宽方位这一概念下往往隐含着增加接收线数来增加观测宽度的条件，即投资成本也在大幅度增加。然而，受投资成本的限制，所能采用的接收线数是基本确定的，在接收线数不变时，接收线距与观测宽度是相互制约的，因此，需要明确接收线距和观测宽度的优先选择问题，以获取复杂构造的最佳成像效果。

1 Kirchhoff叠前偏移需求

在叠前时间偏移或深度偏移中，常用的是基于Kirchhoff的偏移。Kirchhoff偏移公式：I（ζ）＝Ω∫W（ζ，m,h）D[t=tD（ζ，m,h）,m,h]dmdh，式中，成像I（ξ）是在三维空间ξ=（zξ，xξ，yξ）定义的，等于在时间tD（ξ，m，h）计算的数值D（t，m，h）并用合适的权因子W（ξ，m，h）进行加权的积分。由上公式可知，中心点、偏移距均是积分变量，也就说，Kirchhoff叠前偏移要求足够的中心点和偏移距采样，而且，大偏移距时，由于共偏移距旅行时面曲率更大，更易产生假频，这就对该方向的采样提出了更高的要求[6]。

在三维观测系统中，不仅道距、炮点距（即采集面元）与采样有关，接收线距和炮线距也决定着采样，尤其是对偏移距的采样。因此，叠前Kirchhoff偏移的基础需要有较大的偏移距采样密度。而当接收线数一定时，也就是横向覆盖次数一定时，接收线距小，则偏移距范围小，偏移距采样密越大越有利于叠前偏移准确成像。

2 二维模型波动方程照明和正演分析

利用二维模型模拟三维观测系统中一个方向上的（这里用于模拟横向）观测参数变化是一种简单可行的方法。参考库车坳陷主要目的层埋深、速度和地层倾角等资料，建立水平地表的地质模型，模型深10 km、长35 km，包含三个目的层，目的层最浅埋深分别为2000 m、4000m和6000 m，每个目的层中的倾角均包括0°、15°、30°和45°。

考虑不同的炮道数据量下的对比，设计了4种对比方案（表1）。方案1、2、3为相同炮道工作量，增大道距而增大排列长度，方案4为增加接收道。

图1为上述4种方案在各层的波动方程照明能量曲线，可得出如下结论：①相同炮道数据量时，不同排列长度照明能量接近（排列长度增大时，能量略有提高），即改善信噪比能力接近；②随炮点密度增加能量增强，提高炮道密度是改善信噪比最有效方式。

表1 二维模型波动方程照明分析对比方案

图1 二维模型波动方程照明能量曲线

利用该二维模型进行正演和叠前Kirchhoff深度偏移处理，参照照明对比方案，设计6种对比方案（表2）。

从叠前偏移深度剖面（图3）上分析，可明显得出如下认识：①不同排列长度的观测系统均能实现准确偏移成像，也就是说，在不考虑速度分析、信噪比等对排列长度要求的情况下，能否准确成像与排列长度没有直接关系；②太短的排列产生较重的偏移噪声和多次波；③长排列有利于压制多次波，但在陡倾角地层反而产生了更多的偏移噪声；④适当的增大排列长度（该模型要求约3000 m），有利于减少偏移噪声；⑤采样严重不足时偏移噪声明显加重。

表2 二维模型正演对比方案

图2 二维模型正演限偏移距剖面

对方案6的正演剖面做限偏移距处理（图3），可以更准确地分析远偏移距对叠前偏移的影响，从限偏移距剖面上分析，明确认识到远偏移距部分在陡倾角地层会产生了更多的偏移噪声，对提高偏移成像精度不利。

图3 二维模型正演限偏移距剖面

3 三维模型正演分析

为了明确复杂构造区观测技术优化方向，塔里木油田公司和东方地球物理公司、中国石油大学在库车坳陷联合开展了大北三维数学模型和克深山地三维物理模型的三维模型正演研究。

利用大北三维数学模型，对比两种仅变化接收线距的观测系统（接收线距变化时观测宽度也相应变化）。观测系统为80线6炮480道，炮线距360m，面元15 m×15 m，炮道密度355×104道/km2，800次覆盖，不同的仅是前者接收线距90m、横向最大炮检距3630m，后者接收线距180 m、横向最大炮检距7185 m。从叠前深度偏移效果分析（图4），采用小接收线距则偏移距采样密度较高，其叠前偏移剖面上偏移噪声相对较弱，成像效果好、精度更高。

中国石油大学CNPC物探重点实验室狄邦让等制作的克深三维物理模型，在仅变化接收线距的观测系统对比中，观测系统均采用20线360道接收，炮线距400 m，面元20 m×20 m，横向滚动1根接收线，炮道密度45×104道/km2，180次覆盖，不同的仅是前者接收线距240 m、横向最大炮检距2380 m，后者接收线距480 m、横向最大炮检距4780 m。叠前深度偏移效果显示（图5），增大接收线距，偏移距采样密度减小，浅层假频加重，同时偏移距增大造成偏移聚焦变差、偏移噪声增加，剖面上整体背景加强，成像精度降低。

图4 大北数学三维模型正演叠前深度偏移剖面

图5 克深三维物理模型正演叠前深度偏移剖面

4 应用效果分析

对大北地区采集的宽方位三维数据进行观测系统退化试验，分析接收线距和观测宽度对实际数据成像效果的影响。图6中两种对比方案的接收线数（16线）、覆盖次数（136次）及炮道密度（3.4×105道/ km2）相同，但线距和横向观测宽度有一倍的差距，320 m接收线距对应的叠前偏移剖面上浅层信噪比更高、偏移噪声较少。

图6 大北三维接收线距对比叠前偏移剖面

5 结束语

通过综合分析取得两点认识：①通过增加炮检点采样和接收线数等增加覆盖次数、炮道密度，对于提高复杂构造的成像效果非常重要；②缩小接收线距，横向采样密度更高，在叠前偏移处理中有利于减少偏移噪声，复杂高陡构造的成像效果更好。

在塔里木盆地库车坳陷等前陆构造复杂区，地震波场复杂、成像精度低，为满足地质需求同时尽可能减少勘探投入，应优先选择较小的接收线距、同时保证达到一定的观测宽度（可参照横向陡倾角地层偏移孔径及75%绕射能量归位原则，库车地区横向最大炮检距在3000 m左右），而不必非要保证宽方位观测，这样更有利于提高复杂构造的成像效果，更符合技术、经济一体化的设计思路。

1李庆忠.对宽方位角采集不要盲从.石油地球物理勘探[J], 2001,36（1）:122-125.

2秦广胜.三维地震观测系统对叠前成像的影响[D].北京:中国地质大学,2006.

3狄帮让，孙作兴，顾培成，等.宽/窄方位三维观测系统对地震成像的影响分析——基于地震物理模拟的采集方法研究[J].石油地球物理勘探,2007,42（1）:1-6.

4Biondo L Biondi.3-D Seismic Imaging[J].StanfordU-niversity,2003:167-182.

5程以雄，刘琴，张忠坡，等.复杂地质条件下的宽方位角三维地震勘探方法研究及应用[J].石油天然气学报(江汉石油学院学报),2006,28（4）:261-263.

6Vermeer G.3-D Symmetric Sampling[J].Geophysics,1998,63（5）:1629~1647.

（修改回稿日期2014-12-15编辑陈玲）

国家科技重大专项项目（2011ZX05046）“大型油气田及煤层气开发”之课题“塔里木盆地库车前陆冲断带油气开发示范工程”。

梁向豪，男，1963年出生，湖南涟源人，高级工程师；中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司勘探开发部物探总监，硕士研究生学历，主要从事地震勘探方法研究和项目管理工作。地址：（841000）新疆库尔勒市塔里木油田公司勘探开发部。E-mail：liangxhtlm@petrochina.com.cn