三维地震中相同覆盖次数不同观测系统的属性对比与分析

2020-04-26杨诏勋张昊翔

工程地球物理学报 2020年1期

胡峰，罗辑，肖玮，杨诏勋，张昊翔

(中国石油集团东方地球物理公司西南物探分公司，四川成都 610213)

1 引言

随着地球物理勘探方法的不断完善，三维地震勘探技术已在陆上地震勘探中广泛应用，三维地震采集观测参数包括覆盖次数、面元尺寸、接收线距、最大炮检距等，关于三维观测系统及采集参数设计已有不少文章进行了专门的论述[1-4],其中覆盖次数是三维观测系统中的关键参数。国内外实际三维地震资料结果表明[5,6]，采用高覆盖次数可以有效提高采集资料信噪比、提高深层反射能量，较好地改善地质体的成像质量。但是高覆盖次数意味着高昂的经济成本。在实际生产中，覆盖次数的选择应遵循能充分压制干扰波、增加目的层的反射能量的原则，在覆盖次数确定后，通过合理的优化观测系统参数，控制采集过程中的经济投入，达到在资料质量和经济投入之间寻找最佳点的目的[7]。本文针对相同覆盖次数下不同观测系统的选择提出看法,并进行属性对比与分析。

图1 成组加密法图例Fig.1 Legend of infilling shouts

线束状观测系统是最常用的规则观测系统，线束状观测系统的覆盖次数N为纵向覆盖次数Nx与横向覆盖次数Ny之乘积，其覆盖次数N计算公式[9]如下：

N=Nx×Ny

(1)

(2)

式(1)、式(2)中：Nx为纵向覆盖次数；Ny为横向覆盖次数；M为单条接收线的接收道数；dx为纵向炮点距相当的道距数；dy为束线距相当的横向上的炮点距数(取最小炮点距)；R为单束单排横向炮点数；P：单束接收线数。

从式(1)、式(2)可以看出，在纵向覆盖次数不变的前提下，通过排列线距、单束单排炮点个数、束线距等参数的共同改变，在保证横向覆盖次数不变的原则下来对比不同的观测系统，从而保证观测系统的最优化。这些观测系统的共同特点是纵向、横向上的覆盖次数分别相等。

2 常规窄方位到宽方位观测系统的设计

常规的窄方位观测系统的排列片呈狭长的长条形，方位角分布较差，可能会产生静校正耦合问题，并且不利于检测与方位角有关的变化。实际生产中，通常采用成组加密宽方位三维观测系统的设计方法[8]：在叠加过程中，当相邻两炮间距小于道间距时，只增加CDP点的密度，不增加覆盖次数，即两炮不存在共同的共中心点数据道。因此，将原来三维观测系统中横向上的每一个炮点变为由N炮(2炮或多炮)组成的一组炮点。这组炮点沿横向布设，将横向排列线距和横向炮组距(即横向相邻两组炮点间距)扩大N倍。这样就在不增加接收线数、不改变CDP网格的情况下拓宽了整个排列片宽度，改善了面元的方位角分布特性，利用现有采集设备实现宽方位三维数据采集[10,11]。如图1所示：

1)炮点距为50 m，排列线距为200 m，面元网格为25 m×25 m，横向覆盖次数为1次；

图2 4线4炮与4线8炮观测系统示意图Fig.2 Sketchs of geometry with 4L4S and 4L8S

2)横向上增大炮点距和排列线距为原来的2倍，面元网格变为25 m×50 m；将横向上1个炮点变为2炮，炮点距为50 m，每个面元内CDP点2个，CDP点密度增大1倍。

图3 4线4炮与4线8炮观测系统炮检距与方位角对比Fig.3 Comparison of offset and azimuth of geometry with 4L4S and 4L8S

3)将一个25 m×50 m面元网格划分为2个25 m×25 m面元网格，每个面元内CDP点为1个，横向覆盖次数1次。

图2中，4线4炮为简单的窄方位观测系统，用成组加密法得出4线8炮的观测系统。两者排列道数相等，道距、炮点距都相等，只是后者排列线距和炮点数都为前者的2倍。4线4炮观测系统的显著特点是所使用模板的纵横比较小,纵向覆盖次数明显高于横向覆盖次数，方位角分布范围很窄。为了尽可能地减少偏移距和方位角分布的不均匀性，窄方位观测系统主要采取将模板内的炮点集中在中间两条接收线之间的方式。4线8炮观测系统的横纵比明显增大。如果不改变排列片的最大纵向炮检距，其纵横向覆盖次数与原来完全相同。由于一组内的各个炮点不进行共中心点叠加，使面元类型成倍增加，面元内各个方向上炮检距对分布较均匀，能够检测与方位角有关的信息。炮点的横向成组分布增加了面元类型，同时使相邻面元内炮检距及方位角分布具有成组相似性，有利于在资料处理中针对性地选择不同的面元进行三维速度分析[12-14]。

方位角分布是否均匀，主要受横向覆盖次数的影响。相同覆盖次数，宽方位比窄方位方位角的分布更加均匀一些。从图3可以看出，4线8炮观测系统较4线4炮观测系统，大炮检距道数增多，有利于压制多次波，方位角分布均匀且较宽有利于静校正计算与深度偏移，更有利于检测出与方位角有关的地震信息。

图4 16线4炮、16线16炮、16线32炮观测系统示意图Fig.4 Sketchs of geometry with 16L4S,16L16S and 16L32S

3 相同覆盖次数不同观测系统的属性对比分析

从前文成组加密法前后两种观测系统的对比可以得出，前后两者的横向覆盖次数、接收线数都没有变化，其他的参数都增加了1倍。由公式Ny=P*R/2dy可以推出，当连续观测时，横向覆盖次数等于接收线数的1/2，即当接收线数不变时，可以通过等比例地改变接收线距(Lx)、炮数(R)、束线距等参数，在覆盖次数不变的情况下，寻求完成地质任务和施工效益的最佳结合点。

束线距的计算公式为

Bd=Q×Lx=R×dy

(3)

式(3)中：Bd为束线距；Q为束线滚动时移动排列的条数；Lx为接收线距。

根据式(3)可以得出：当炮点距、排列线距为定值，即Q与R同比例增大或缩小时，横向覆盖次数不变，即单束线的排列片不发生变化，单排炮点的个数成倍增加或者减少。

该方法的特点为：炮密度不变，道密度不变，面元网格不变。相同的勘探面积，不同的观测系统所需要的总道数、总炮数相差不大，主要的差别在于每束线施工完后滚动排列的工作量，即束线距随着R值的增加(或减少)等比例变化，以及达到满次覆盖所需要的束线数不同[15]。下面通过16线4炮、16线16炮、16线32炮三种观测系统的属性进行对比分析。

3.1 滚动效率对比分析

从图4可以看出，3种观测系统的横向覆盖次数均为8次，随着单束线内炮点的横向增多，观测系统的横纵比逐渐增大；3种观测系统分别需要8、2、1束线达到满次覆盖，每束线滚动排列的条数分别为1、4、8条。三者的横向覆盖次数递减带分别为2 112.5 m，1 662.5 m，962.5 m。

从施工的角度讲，虽然3种观测系统的道密度、炮密度都相等，但16线32炮观测系统束线距较大，每次滚动排列条数多，放相同炮数滚动排列次数少，便于高效率施工。这种观测系统由于单束线炮数多、滚动排列工作量大，多采用单束线纵向施工，而16线4炮观测系统每束线内炮数较少，单束线滚动1条排列，多采用横向与纵向结合的方式来施工，确保高效率施工。

3.2 炮检距、方位角对比分析

从图5可以看出，横向上随着炮数的增多，炮检距分布均匀性变差，大炮检距相对增多，最大炮检距增大，方位角变宽。在实际的资料处理过程中，静校正问题不容忽视。观测系统应做到排列片之间重复线尽可能多，以减少三维数据体中的采集痕迹。观测系统线束间横向滚动距离越小、线束间接收点重复越多，则耦合较好，炮检距和方位角分布更均匀，有利于提高叠前成像精度。

图5 16线4炮、16线16炮、16线32炮观测系统炮检距与方位角对比Fig.5 Comparison of offset and azimuth of geometry with 16L4S,16L16S and 16L32S

3.3 采集脚印对比分析

从三种观测系统的覆盖次数分析(图6)可以看出，覆盖次数在横向上呈现周期性的变化，变化的周期分别为8、32、64个CDP网格，距离等于束线距，覆盖次数随炮检距变化，每个炮检距对覆盖次数有不同的贡献，因此每一个独立的三维面元是不同炮检距的综合贡献，面元内所有道的CMP叠加图显示出面元间的振幅变化，这个变化就是采集脚印。排列片滚动的快慢是形成采集脚印重要原因，滚动过快，会加剧Crossline方向唯一覆盖次数和振幅发生变化。如果观测系统设计不合理，即便是再小的横向滚动距离，也同样会产生严重的采集脚印现象。从采集脚印的角度考虑，16线4炮观测系统要优于其他两种。