談空間采樣對(duì)地震勘探資料的影響

王 偉

(山西省地球物理化學(xué)勘查院，山西 運(yùn)城 044004)

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談空間采樣對(duì)地震勘探資料的影響

王 偉

(山西省地球物理化學(xué)勘查院，山西 運(yùn)城 044004)

介紹了空間采樣的設(shè)計(jì)原則，從分辨率、靜校正、動(dòng)校正與速度分析、疊加和偏移等方面，分析了空間采樣對(duì)地震勘探資料的影響，指出在資料采集階段應(yīng)采用高密度空間采樣，從而提高地震勘探的精度。

空間采樣，地震勘探，分辨率，地震資料

道間距(空間采樣)是埋置在測(cè)線上相鄰檢波器的距離，在設(shè)計(jì)時(shí)除了遵循以下原則，即：時(shí)間剖面上反射波不出現(xiàn)空間假頻；防止偏移時(shí)產(chǎn)生偏移噪聲；疊前二維濾波應(yīng)在野外記錄上不出現(xiàn)空間假頻；滿足橫向分辨率的要求，還應(yīng)該考慮道間距對(duì)分辨率、靜校正、動(dòng)校正與速度分析、疊加和偏移等的影響，下面就道間距對(duì)其影響進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1 空間采樣對(duì)分辨率的影響

1)橫向分辨率。橫向分辨率也叫水平分辨率或空間分辨率，是指沿水平方向所能分辨的最小地質(zhì)體的寬度。在水平疊加時(shí)間剖面上，一般用第一菲涅爾帶直徑作為橫向分辨率，可用公式表示為：

其中，R為第一菲涅爾帶半徑，m；v為平均速度，m/s；fdom為目的層反射波主頻，Hz；t0為雙程反射時(shí)間，ms。

提高橫向分辨能力的辦法是提高頻率和進(jìn)行偏移歸位使繞射波收斂。小尺度地質(zhì)體客觀要求在其尺度內(nèi)有至少3道的采樣點(diǎn)，所以道間距直接影響橫向分辨率。

2)縱向分辨率。根據(jù)彈性波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，縱向分辨率定義為地震主波長(zhǎng)的1/4，即：

Δh=λ/4=vint/4fdom。

其中，Δh為分辨地層厚度，m；λ為地震主波長(zhǎng)；vint為地層的層速度，m/s；fdom為地震波主頻，Hz。

由上式可知，當(dāng)?shù)篱g距選取滿足空間采樣定理時(shí)，縱向分辨率僅與勘探目標(biāo)的層速度和激發(fā)地震波的主頻有關(guān)，與道間距沒(méi)有直接關(guān)系；當(dāng)?shù)篱g距過(guò)大時(shí)，不滿足最高無(wú)混疊頻率要求的部分在處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生假頻和處理噪聲，直接造成信噪比降低，從而掩蓋有效分辨能力，表現(xiàn)為視覺(jué)分辨率降低；小道間距利于提高偏移剖面的能量和信噪比，其中高頻端信噪比的提高，正是小道間距提高實(shí)際資料視覺(jué)分辨率的原因。可見(jiàn)，小道間距本身并沒(méi)有提高縱向分辨率，提高縱向分辨率的實(shí)質(zhì)是水平疊加多次覆蓋優(yōu)勢(shì)的隱含體現(xiàn)，是通過(guò)面元疊加提高高頻端信噪比，進(jìn)而提高縱向分辨率。

2 空間采樣對(duì)靜校正的影響

1)對(duì)初至折射波靜校正的影響。由于折射波速度求取采用對(duì)測(cè)線上各炮集的初至?xí)r間分段(層)線性擬合的方法，客觀上就要求在每一層段有足夠多、足夠密的控制點(diǎn)，也就是要求道間距要小、覆蓋次數(shù)要高。這一要求對(duì)橫向變化劇烈的地表結(jié)構(gòu)(如地表起伏劇烈、隱冰凍層或高速層出露地區(qū))尤為重要，在這些地段道間距過(guò)大時(shí)，很容易導(dǎo)致相鄰兩道的時(shí)差超過(guò)一個(gè)地震子波波長(zhǎng)時(shí)間，給初至波的拾取帶來(lái)困難；另一方面是控制點(diǎn)數(shù)減少，會(huì)嚴(yán)重影響與地震道相關(guān)性有關(guān)的初至波拾取方法的準(zhǔn)確性，從而降低靜校正量計(jì)算精度。因此，在地表起伏劇烈或表層速度橫向變化較大的地區(qū)，小道間距是保證靜校正效果的重要因素。

2)對(duì)層析靜校正的影響。層析靜校正是利用初至波(或者是初至波的一部分)反演表層低速帶速度結(jié)構(gòu)并據(jù)此計(jì)算靜校正量的方法。現(xiàn)在比較常用的層析靜校正為非線性層析靜校正。非線性層析靜校正利用的是初至折射波的所有信息，能夠更加精確的反演表層結(jié)構(gòu)靜校正模型，計(jì)算中涉及到相關(guān)統(tǒng)計(jì)和迭代，所以對(duì)地形起伏較大或橫向速度變化大的表層結(jié)構(gòu)，道間距越小，反演的表層結(jié)構(gòu)越精確，靜校正效果越好。

由圖1～圖4的對(duì)比可見(jiàn)，用小道間距炮集記錄計(jì)算靜校正量應(yīng)用于單炮處理的靜校正效果明顯較好，相應(yīng)的疊加剖面效果也明顯較好。因此，高密度空間采樣有利于提高層析靜校正的精度。

3 空間采樣對(duì)動(dòng)校正與速度分析的影響

速度分析與動(dòng)校正在地震數(shù)據(jù)處理過(guò)程中是交互進(jìn)行的，動(dòng)校正量的大小與速度的高低相對(duì)應(yīng)。縱波的反射雙曲方程為：

其動(dòng)校正量的計(jì)算公式為：

其中，t(x)為炮檢距處的反射波旅行時(shí)間，s；t(0)為共中心點(diǎn)的自激自收時(shí)間，s；x為炮檢距，m；v為疊加速度，m/s。

對(duì)于水平層狀介質(zhì)，上式可轉(zhuǎn)化為：

一般取二階近似，即：

對(duì)于單一傾斜層：

對(duì)任意介質(zhì)：

其中，vrms為均方根速度，m/s；φ為地層傾角；vNMO為動(dòng)校正速度，m/s。

由此可見(jiàn)，動(dòng)校正量的大小與炮檢距和介質(zhì)速度有關(guān)。對(duì)于固定的x，無(wú)論道間距(Δx)如何變化，對(duì)于同一CDP點(diǎn)的動(dòng)校正量是相同的，不會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的精度變化。因此，動(dòng)校正與道間距無(wú)關(guān)。

速度分析與動(dòng)校正是一體的。例如設(shè)第i道的動(dòng)校正時(shí)差為：

則：

即動(dòng)校正速度vNMO與Δti和空間坐標(biāo)點(diǎn)有關(guān)。速度分析的影響因素(精度，分辨率)包括：炮檢距、疊加次數(shù)、信噪比、切除、速度采樣、時(shí)窗寬度、相干屬性、近地表異常、頻譜寬度。因此，與動(dòng)校正一樣，速度分析與道間距Δx無(wú)關(guān)，但可以通過(guò)提高速度譜的橫向分析密度來(lái)提高速度的橫向精度，這對(duì)勘探目標(biāo)尺度較小或傾角較陡時(shí)極為重要。

對(duì)于三維情況，因涉及到面元定義的劃分，當(dāng)?shù)篱g距變化時(shí)，覆蓋次數(shù)會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，從而引起速度譜的差異，而若要保持面元不變，則道間距增大時(shí)，面元覆蓋次數(shù)降低，勢(shì)必影響速度分析精度。

5 m×5 m覆蓋次數(shù)變化，道間距變大時(shí)(10 m→20 m→40 m)，覆蓋次數(shù)遞減(32次→16次→8次)，速度譜能量團(tuán)聚焦性變差；覆蓋次數(shù)不變(32次)，面元變化，道間距變大時(shí)(10 m→20 m→40 m)，面元變大(5 m×5 m→5 m×10 m→5 m×20 m)，速度譜能量團(tuán)聚焦性變差。由此可見(jiàn)，道間距變化對(duì)三維速度分析有直接影響。在相同面元情況下，小道間距利于提高覆蓋次數(shù)，從而利于提高三維速度分析精度。

4 空間采樣對(duì)疊加的影響

疊加是將來(lái)自不同炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)的同一反射點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加。由于空間采樣間隔的縮小，這些來(lái)自不同炮集的地震道形成同相疊加的可能性會(huì)更大，有利于地震原始頻帶寬度的保持，減弱非同相疊加造成地震頻帶的降低，高頻的損失。道間距增大，通放帶變窄，邊界頻率降低，因此小道間距有利于提高分辨率。但這一改善與疊加過(guò)程無(wú)關(guān)，因?yàn)榀B加在數(shù)學(xué)上與空間采樣間隔無(wú)關(guān)，只是簡(jiǎn)單的物理加強(qiáng)，提高地震信號(hào)的信噪比，壓制隨機(jī)噪聲。

5 空間采樣對(duì)偏移的影響

地震資料偏移成像處理是地震偏移處理中非常重要的步驟。其求解過(guò)程是以地面接收的地震資料為初始條件，通過(guò)地下速度場(chǎng)，反演出地下形態(tài)；應(yīng)用偏移成像處理使繞射波得到收斂，干涉波得到分解，傾斜層得到歸位；最終正確地反映出地下的構(gòu)造形態(tài)，為地震資料的解釋提供可靠的依據(jù)。空間采樣對(duì)偏移成像有如下影響：

1)橫向分辨率:道間距與偏移剖面的橫向分辨精度成線性正比關(guān)系。加密道間距，可以顯著改善橫向分辨率。

2)假頻問(wèn)題:假頻與原始采樣(道間距)有關(guān)，與具體偏移方法沒(méi)有關(guān)系。x軸采樣間隔Δx越小，不出現(xiàn)假頻的最大頻率fmax和地層傾角θ越大。只要道間距滿足下式就不會(huì)出現(xiàn)假頻：

3)頻散問(wèn)題:頻散現(xiàn)象主要由有限差分方法形成，因?yàn)槲⒎炙阕雍筒罘炙阕釉诟哳l上并不一致。道間距越大，頻散現(xiàn)象越嚴(yán)重。

4)信噪比：對(duì)于Kirchhoff積分偏移，道間距越小，剖面信噪比越高。對(duì)于其他偏移方法，道間距與信噪比并沒(méi)有直接關(guān)系。

5)偏移過(guò)程中的信息量：從統(tǒng)計(jì)規(guī)律看，參與統(tǒng)計(jì)的量愈大，統(tǒng)計(jì)結(jié)果愈正確。由于偏移結(jié)果依賴于若干點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)效果，因此，在同等條件下，參與偏移的信息越多，偏移結(jié)果愈準(zhǔn)確。顯然，道間距愈小，對(duì)偏移效果的影響愈小。

圖5為半圓形向斜模型，采用不同道間距接收的疊后偏移時(shí)間剖面，可以看出：向斜底部都能正確成像，而側(cè)面不能成像，道間距變大時(shí)效果更差，主要是能到達(dá)地表的向斜兩側(cè)的有效信息能量太弱；道間距增大，空間采樣不足所引起的假頻增多；道間距增大，偏移剖面能量減弱；拐點(diǎn)畫(huà)弧現(xiàn)象嚴(yán)重，主要與疊后Kirchhoff偏移算法有關(guān)。因此，道間距過(guò)大對(duì)偏移的影響主要體現(xiàn)在產(chǎn)生的空間假頻可能在地震信號(hào)的有效頻帶內(nèi)、速度場(chǎng)較難準(zhǔn)確建立、計(jì)算中的橫向誤差較大及偏移信息量變少等方面。而小道間距有利于做好疊前深度偏移，主要因?yàn)橄嗤讖絻?nèi)，參與成像的有效信息增多，這一點(diǎn)對(duì)小尺度或陡傾角勘探目標(biāo)尤為重要；有利于準(zhǔn)確的表層結(jié)構(gòu)靜校正；有利于準(zhǔn)確的速度建模，特別是淺層速度求準(zhǔn)，才能避免上層速度誤差下傳；有利于克服空間假頻對(duì)偏移效果的影響；有利于提高橫向分辨率。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)空間采樣影響因素的分析，可以得出空間采樣間隔的減小對(duì)地震資料的分辨率、資料處理流程中靜校正、動(dòng)校正與速度分析、疊加和偏移等方面都有好的影響。通過(guò)實(shí)例對(duì)比和數(shù)值模擬分析，減小空間采樣間隔也都能取得好的效果。因此，在資料采集階段應(yīng)采用高密度空間采樣，來(lái)提高地震資料的品質(zhì)，提高地震勘探的精度。但隨著空間采樣密度的增加，同時(shí)也帶動(dòng)勘探成本的加大，如何實(shí)現(xiàn)兩者間的最佳平衡，結(jié)合地質(zhì)任務(wù)的要求，值得深入研究。

[1] 夏洪瑞.道間距對(duì)偏移結(jié)果影響的討論[J].勘探地球物理進(jìn)展,2007,30(1):33-38.

[2] 陸基孟.地震勘探原理[M].北京:石油工業(yè)出版社,1990.

[3] 狄?guī)妥?熊金良,岳 英，等.面元大小對(duì)地震成像分辨率的影響分析[J].石油地球物理勘探,2006,41(4):363-368.

[4] 熊 翥.地震數(shù)據(jù)處理應(yīng)用技術(shù)(修訂版)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2008.

Discussion on the influence of spatial sampling to seismic exploration data

Wang Wei

(ShanxiGeophysicalandChemicalExplorationInstitute,Yuncheng044004,China)

This paper introduced the design principle of spatial sampling, from the resolution, static correction, velocity analysis and dynamic correction, stacking and migration and other aspects, analyzed the influence of spatial sampling to seismic exploration data, pointed out in data collection stage should use high density spatial sampling, so as to improve the accuracy of seismic exploration.

spatial sampling, seismic exploration, resolution, seismic data

1009-6825(2016)27-0083-03

2016-07-15

王 偉(1978- )，男，碩士，工程師

P631.34

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