復雜構造區三維觀測系統設計的幾點探討

趙紹廣，余圣華，羅春波

李永春，解廣宇 （中石油大慶鉆探工程公司地球物理勘探二公司，吉林 松原131000）

隋競函 （長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 武漢430100）

現如今地震采集中，地下地質結構越來越復雜，傳統的假設勘探目標層為水平層狀結構的觀測系統設計已不能滿足復雜構造區的成像要求，因此對三維觀測系統設計的要求也越來越高。面對成像困難的復雜構造區，要提高地質成像效果，首先要從三維觀測系統設計做起。根據吉林探區某工區的地質要求設計了3種觀測系統參數（見表1），筆者主要從采集腳印、疊前偏移噪聲和基于射線追蹤的地震照明分析3個方面來闡述觀測系統不同參數對采集資料的影響。

表1 觀測系統參數

1 采集腳印分析

采集腳印產生的本質原因是地震波能量在地下反射界面上分布不均勻，是指在地震數據的采集過程中留下的人為痕跡。在時間和深度切片上表現為振幅和相位發生了變化，采集腳印會引起地震成像中出現地層結構模式發生規律性變化的假象，會影響時間切片或反射振幅圖，掩蓋真實的地質成像。而觀測系統設計是產生采集腳印的源頭，因此必須盡量使采集腳印在觀測系統設計階段就達到最小化。

采集腳印的分析主要是利用基于疊加響應的觀測系統分析技術來分析觀測系統在資料處理時對噪聲的壓制能力。分析方法是用地質模型模擬出與地質結構和其他地質信息無關單炮記錄，然后進行疊加響應分析并輸出每一個面元的信息，由于每一個共中心點（CMP）疊加面元中包含一定數量且具有不同炮檢距和方位角的記錄道，而炮檢距和方位角對覆蓋次數的貢獻不同，面元內所有道CMP疊加就顯示出了面元間的振幅變化。圖1是不同接收線距（Lr）的觀測系統產生的采集腳印，顯示了不同Lr產生的采集腳印的強弱是不一樣的，另外不同的滾動線距、激發線距（Ls）、道距等對采集腳印都有不同的影響，因此在進行復雜構造區觀測系統設計時需要充分考慮各種因素對采集腳印的影響。

2 疊前偏移噪聲分析

疊前偏移對偏移距和方位角的采樣要求是非常高的，當地下數據的采樣不足時，疊前偏移很容易產生假頻（即偏移噪聲），可能極大抵消疊前偏移方法自身的優越性，因此在觀測系統設計中要做好對偏移噪聲的壓制。該次研究主要利用疊前時間（PSTM）和傾角時差（DMO）脈沖響應來分析三維觀測系統對疊前偏移噪聲的壓制。

2.1 PSTM脈沖響應分析

PSTM脈沖響應分析技術是通過輸入數據道上地下某點繞射，由炮點到繞射點、繞射點到接收點的傳播路徑脈沖旅行時進行疊前時間偏移歸位處理，以此來檢驗觀測系統中面元內炮檢距與方位角的均勻性。圖2是給定繞射點的脈沖響應，圖3是3種觀測系統產生的偏移噪聲，可以看出，方案2（Lr＝160m，Ls＝200m）的偏移噪聲最小。

2.2 DMO脈沖響應分析

DMO脈沖響應分析技術是通過對實際觀測系統得到的合成數據進行三維DMO處理。DMO的加權覆蓋次數能夠較好地反映DMO脈沖響應。圖4是3種觀測系統的DMO脈沖響應，方案1（Lr＝120m，Ls＝200m）的偏移噪聲明顯強于其他2種，方案2（Lr＝160m，Ls＝200m）的偏移噪聲最小，滿足疊前偏移觀測系統的設計要求。

圖1 不同激發（接收）線距的采集腳印

圖2 給定繞射點的疊前偏移脈沖響應

圖3 PSTM脈沖響應

圖4 DMO脈沖響應

3 基于射線追蹤的三維地震照明分析

復雜構造區的三維地質模型，通常包括地層的起伏、缺失、尖滅、透鏡體及各種斷層等地質結構。三維復雜結構使得地下情況變得非常復雜，要準確追蹤一條射線路經是非常困難的，且非常耗時。筆者主要基于Fermat原理和Snell定理對三維任意界面情況下的兩點間射線追蹤問題作了研究，并給出了三維逐段迭代射線追蹤算法的計算方法，隨后進行了三維介質下射線追蹤計算。首先建立地質模型（圖5），根據觀測系統對目標層進行照明分析，得出目標層的覆蓋次數是很不均勻的（圖5（a）），然后根據炮檢點射線的相互關系優選觀測系統炮檢點位置，可以使目標層的覆蓋次數及照明強度基本達到均勻（圖5（b））。從實際的采集資料也可以看出，優選炮檢點后的剖面成像效果更好（圖6）。

圖5 基于射線追蹤的三維地震照明分析

圖6 優選炮檢點位置前（a）、后（b）的剖面

4 結論

觀測系統設計是一個比較復雜的過程，有一整套的設計流程，該次研究分析了采集腳印、疊前偏移噪聲與觀測系統參數之間的相互影響以及三維射線追蹤的地震照明在觀測系統設計中的應用，從中得出以下幾點認識：

1）觀測系統設計中合理的滾動距、線距和道距能有效壓制采集腳印。

2）三維觀測系統不規則的空間采樣很可能導致嚴重的偏移噪聲，從而降低疊前偏移的效果。從疊前偏移的需要出發進行觀測系統設計，可以充分發揮疊前偏移技術優勢，提高地震成像精度。

3）利用照明技術優選炮檢點可以使共反射點（CRP）面元內隨偏移距變化的覆蓋次數和能量（振幅）分布均勻，提高地震資料的成像效果。

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