寬線地震數據采集和處理的數值模擬

何寶慶 謝小碧

(①東方地球物理公司采集技術中心，河北涿州 072751； ②加州大學圣克魯斯地球物理及行星物理研究所，美國加州 95064)

0 引言

寬線地震是一種介于二維與三維之間的過渡方法。它實施一種非常窄方位的三維數據采集，然后對記錄在Crossline 方向進行疊加處理，從而得到一條二維記錄并用于二維成像。相比于常規二維地震方法，寬線疊加過程可增強來自剖面內的反射信號，同時壓制來自剖面外傾斜反射面的側向干擾信號，因此在復雜構造區可得到比常規二維地震方法更高的成像質量。另一方面，寬線地震在觀測中使用Crossline 方向多個接收點的疊加輸出，其本身相當于一種接收點的組合疊加，且由于Crossline 方向的孔徑通常大于常規單線采集中的接收點組合尺度，對復雜地區普遍存在的淺層小尺度非均勻體產生的散射噪聲往往具有更好的壓制作用。這使它在淺部強散射發育地區具有良好的適應性。

寬線地震勘探方法是20世紀70年代由CGG公司的Michon[1]提出的，之后，快速轉入了三維地震勘探，寬線地震方法并未獲得深入研究和廣泛應用。由于中國陸上地震勘探常見復雜地下結構和極端崎嶇的地表環境，這類地區開展的二維地震勘探通常難以獲得令人滿意的成果，而三維地震勘探則存在復雜地形下工效低、成本高的缺點，因而此期間寬線地震勘探技術在中國陸上勘探實踐中取得長足發展，并在西部低信噪比地區的前期勘探中發揮了重要作用。

業界一直在探索將寬線地震勘探方法應用于復雜探區的可行性，并已取得一些成功經驗[2-12]； 還分別從采集施工、數據處理及成像等環節進一步研討了復雜探區寬線方法的優越性[13-16]。然而，對于寬線方法本身尚欠深入研究。

包吉山[17]、梁世華等[18]早期僅對現場寬線數據直接進行疊加解釋。近年來，呂公河[19]通過實際數據對比研究了寬線采集參數對系統噪聲壓制能力的影響。陳茂根等[20]利用多纜和多震源線的海上地震數據做了多種數據組合和多種成像方法的實驗，包括對單線、寬線和三維數據體進行了二維和三維疊前偏移處理。這些工作都是針對實際原始數據進行的。雖然對采集系統參數與成像質量之間的關系進行了研究，但實際勘探中地下情況是未知的，從中難以得到明確的因果關系。

本文將從寬線方法的理論響應和數值實驗兩方面進行研究。為此，利用三維數值模擬產生寬線數據，在模型中引入傾斜反射面模擬側向反射、引入隨機速度層模擬淺部小尺度非均勻層中的散射現象，側重研究寬線方法對這些干擾的壓制作用。充分利用數值模擬方法的高度靈活性，最大限度地模擬實際寬線數據的采集、處理和成像過程。根據研究目的在大范圍內系統性地改變速度模型結構、采集參數和數據處理方法，并研究它們與噪聲壓制及成像質量的內在聯系，從而為更高效地使用寬線地震方法提供依據。

1 寬線采集系統的響應函數

在寬線方法的發展過程中曾產生過多種不同的處理方法。針對疊后偏移、疊前偏移及時間偏移、深度偏移等，相應的疊加方式也不盡相同。本文討論寬線疊前深度偏移。目前相應處理過程是在Crossline方向使用單一面元進行疊加形成二維道集后再做偏移成像計算，或直接將Crossline方向各道信號疊加形成二維寬線疊加炮集后施行偏移成像。由于Crossline方向的實際炮檢距極小，兩種方法的結果基本相同。陳茂根等[20]在實際數據處理中將各條測線數據分別做二維疊前偏移，再疊加成像結果，與直接將記錄數據沿Crossline方向疊加再做一次二維成像所得結果進行比較，發現二者基本相同。早期亦曾探討過先在Crossline方向做傾角掃描，然后在考慮傾角的情況下做疊加。這種方法雖能改善反射信號強度，但同時也使寬線方法失去了對側向反射的壓制能力。因此，本文采用對窄方位角三維數據沿Crossline方向直接進行無延遲疊加，而在Inline方向維持不變的方式產生二維數據。以下分析寬線采集系統對地下不同方向入射波的響應函數。

疊加一組接收點的輸出可增強來自某些特定方向的信號，壓制其他方向的信號，從而改變采集系統對不同入射方向來波的響應[21]。本文將這種方向選擇性定義為采集系統的方向響應函數。這與雷達、聲納、超聲等領域所用的信號處理方式類似。在地震學中相應的是地震臺陣處理技術[22]，類似的方法也被用于研究地震信號的角度域分解等[23-24]。采用將Crossline方向的若干接收點的輸出信號以零時移方式直接疊加形成寬線數據，以加強來自垂直方向的信號。這相當于上述理論的特殊形式，即將接收矩陣的最靈敏方向對準垂直方向。

圖1所示的寬線采集系統幾何示意圖中，x和y軸分別沿Inline和Crossline方向，z軸向上，黑色點為排列在地表的接收點。由于寬線數據是由沿Crossline方向的數據疊加形成的，因此接收點矩陣沿該方向的排列方式對結果具有重要影響。分別稱與此有關的參數為線間距d、接收線數n，并將w=d×n定義為接收點矩陣在Crossline方向的孔徑。波由下方入射到接收點矩陣。p=eθ/v為波慢度矢量，波沿p方向傳播并入射到接收點矩陣，v為采集系統下方的平均波速，eθ是沿波傳播方向上的單位矢量；θ=(θ,φ)是波的入射角向量，其中θ是入射角，沿垂直方向入射角為0°，φ為方位角，沿Inline方向方位角為0°。分別討論簡諧波入射和寬帶信號入射情況下的響應函數。

圖1 寬線采集示意圖

1.1 簡諧波響應函數

當入射波為簡諧平面波u(ω)eiω p·r時，對所有接收點記錄的信號進行無相移疊加可得到對不同方向入射波的響應函數為

(1)

式中：u(ω)為簡諧波振幅；ω是角頻率；ri是第i個檢波器位置；r0是疊加參考點位置，如多個接收道中間位置； “·”表示點乘。求和對選定的一組接收點進行。對于寬線地震采集，通常選定沿Crossline 方向接收點做疊加，此時疊加只對ri屬于 Crossline的接收點進行，且φ=90°。

為研究具有不同參數的寬線采集系統對單頻響應函數的影響，計算具有不同孔徑w和不同接收線數n的采集系統對不同頻率簡諧波入射情況下的響應函數(圖2)。圖2a、圖2b、圖2c分別對應固定其余兩個參數時不同主頻(10、15、20、25和30 Hz)、不同孔徑(40、80、120、160和200m)、不同接收線數(2、4、6、8和10)情況下的響應結果。由于寬線采集系統對水平排列接收點獲得的信號進行零相移疊加，角度響應的主瓣指向下方，其寬度表示角度相應的尖銳程度。最大靈敏度指向垂直方向，對來自剖面兩側的信號有較強壓制作用。這正是寬線地震采集方法所追求的。

圖2 寬線采集系統對不同入射信號的角度響應函數

1.2 寬帶信號的響應函數

利用式(1)計算單頻信號的響應相當于對無窮長的信號進行疊加，而地震勘探中更為關注的是寬帶瞬變信號。它一般具有有限的持續時間并混合了不同的頻率成分，因此其響應函數與單頻信號有一定的差別。對來自p方向的入射波u(t-p·r)在Crossline方向進行疊加

(2)

即可得寬線采集系統的輸出波形u′(t)。

對不同寬線采集參數和不同主頻的寬帶信號疊加得到的輸出波形如圖3所示。計算中所用的寬帶信號是主頻為f的雷克子波，入射角范圍是0°～80°。圖3a、圖3b、圖3c分別對應固定其余兩個參數時不同主頻(10、15、20、25和30 Hz)、不同孔徑(40、80、120、160和200m)、不同接收線數(2、4、6、8和10)情況下的響應結果。對比各圖可見：垂直入射波具有最大振幅且波形保持不變； 隨著入射角增大，振幅受到壓制，波形趨向于復雜，尤其是較高頻率信號； 對于水平側向來的波，波形最復雜，振幅壓制效果較差，特別是在接收線數不足時，此現象更為明顯。

測量疊加波形u′(t)的振幅隨角度變化可得到寬線采集系統對接收角度的響應。采用絕對振幅和均方根振幅兩種計算方法，前者強調疊加后信號的最大振幅，更適用于脈沖型信號； 后者強調疊加后波包的總能量，包括波列延長帶來的影響，更適用于連續波列型信號。實際地震信號大致處于兩者之間。例如，來自地表小尺度散射的噪聲更接近波列，而來自深部反射面的信號更接近脈沖信號。計算所得寬帶信號角度響應函數疊加在圖2中的單頻結果可供比較。其中紅色線條源自絕對振幅測量，藍色線條源自均方根振幅測量。比較單頻結果與寬帶結果可知，兩種結果所得主瓣形態較接近，但旁瓣形態有較大差別。這主要緣于寬帶信號中含有較多主頻之上的高頻成分。這一點在用均方根振幅計算響應時尤為明顯，因為它考慮了波形畸變等產生的影響。

結合計算結果分析各參數與響應函數之間的關系。首先，無論對單頻還是寬帶信號，接收孔徑與波長之比w/λ對響應函數的方向選擇性起支配作用。該比值越大，方向選擇性越好，主瓣越尖銳。如在圖2b中，疊加孔徑越大，響應函數主瓣越尖銳。由于波長λ=v/f，則高頻波具有更短的波長，這同樣會增大w/λ的值。從圖2a可見，提高頻率同樣會使角度響應更尖銳。另一方面，在給定孔徑情況下，波長與線間距之比λ/d控制著旁瓣的產生。該比值越小旁瓣就越嚴重，這緣于角度假頻(Aliasing)。如圖2c中兩線接收時具有最大的線間距，因此旁瓣最為嚴重。類似地，在頻率較高(圖2a右側)或孔徑較大(圖2b右側)情況下，λ/d均會減小，使大角度旁瓣較強。

圖3 不同寬線采集參數對具有不同主頻及不同入射角的寬帶信號疊加所得波形

上述現象不利于壓制由淺層散射產生的面波類型噪聲，因為它們是近于水平方向傳播，且面波波長通常小于體波波長。由圖2c可見，增加接收線數可有效改善這一問題。考慮到性能與成本之間的平衡，3～5線一般應可滿足需要。注意：孔徑w、線間距d(或接收線數n)、波長λ(或頻率f)及近地表一個波長范圍內的速度v是共同作用于系統響應函數上的，其中又以w/λ和λ/d兩個比值更為重要。在確定寬線采集系統特性時須綜合考慮這些參數。

2 寬線采集的數值模擬

寬線地震采集得到的是窄方位三維數據，經疊加后形成一個合成二維數據，用于成像。為此，分別建立2.5維速度模型、三維速度模型，以及帶有小尺度表層散射的2.5維和三維模型，并用它們正演模擬得到三維地震數據，以研究不同參數組合下寬線方法對不同信號的增強和壓制。

2.1 2.5維速度模型

首先建立一個2.5維層狀模型，三維尺寸分別為x=10000m、y=5000m、z=3000m，并將這三個方向分別作為Inline、Crossline和深度方向(圖4)； 各方向的網格間距均為10m。為了進一步研究不同寬線采集系統對來自不同方向波的響應，在模型中設置了4個反射面，每個反射面均包括水平部分和傾斜部分。其中R1～R4為希望通過寬線疊加來增強的水平界面，S2～S4為希望通過寬線疊加來衰減的傾斜界面。速度范圍是2500～3000m/s。作為2.5維模型，所有模型參數沿Inline方向為常數。位于地表的紅色三角形為震源位置，各條射線均為由震源正入射到不同反射界面的路徑。

圖4 含近地表小尺度非均勻層的2.5維模型示意圖

為研究寬線系統對近地表散射波的壓制作用，利用隨機速度模型模擬淺部小尺度速度起伏[23-26]。為此，在上述模型中將深度0～300m的介質置換成背景速度為2500m/s，均方根擾動為2%，x、y、z方向的相關尺度均為200m的指數型隨機擾動介質，生成另一含近地表小尺度散射的模型。其中含隨機小尺度擾動的部分為真三維模型。為了模擬多種接收組合對寬線數據疊加的響應，沿Inline方向布設21條接收線，間距為10m，每條線含941道，道間距為10m，整個接收排列幾何中心位于(5000m，2600m，0)處，炮點亦位于該點。數值模擬采用Bohlen時間2階、空間12階時域三維聲波有限差分算法[27-28]，震源采用16Hz 雷克子波。

2.2 不同方案疊加的二維寬線數據的比較

對多條線記錄沿Crossline 方向疊加后可得到沿該方向的寬線疊加炮集。對21條接收線進行不同組合，可獲得多種疊加方案，如取線間距為10m，可得到1，3，5，…，21線的疊加結果。取3條接收線，可分別組成線間距為10，20，30 …，100m的疊加數據。使用5條接收線，可組成線間距分別為10，20，…，50m的疊加數據。

作為例子，圖5顯示單線接收與具有不同線距的3線疊加炮集記錄的比較。上排對應層狀模型所得結果，下排對應含小尺度近地表散射層結果。實際應用中，類似炮集既可作為下一步進行二維偏移成像的數據，也可通過它們進行現場快速質量監控。從圖5a可見：對常規單線二維采集，記錄中包含7個反射同相軸，分別對應速度模型中垂向4個反射R1～R4和側向的3個反射S2～S4。單線采集對兩類反射完全沒有分辨能力。在3線接收情況下，隨著線間距的逐漸增加(圖5b～圖5d)，與S2～S4對應的側向反射被壓制，而與R1～R4對應的垂向反射得到增強。

存在近地表小尺度散射時，上述情況更明顯。使用常規單線采集(圖5e)時，地表散射產生的噪聲使得所有同相軸的信噪比變差，缺乏連續性； 在3線接收情況下，隨著線間距增加，側向干擾被壓制，且目標同相軸R1～R4的連續性顯著變好(圖5f～圖5h)，當線間距達到100m時側面反射幾乎完全被壓制。這表明無論在層狀模型或有近地表小尺度散射介質模型中，寬線采集系統在壓制側向干擾和近地表散射方面均有明顯效果，其數據質量顯著優于常規單線采集。通過與圖2b中的角度響應對比可知，給定接收線數、增加線間距相當于加大孔徑。而加大孔徑波長比使響應函數主瓣更尖銳，從而增強了垂向反射信號，壓制了來自其他方向的干擾。因此，理論響應函數與模擬數據結果相符合。

為進一步考查不同寬線參數對地震記錄疊加的影響，從上述不同組合方案計算所獲道集中抽取零炮檢距道做對比，所得結果如圖6所示，每幅小圖對應一種方案。為便于研究，各道均用R1振幅進行歸一化，并切除直達波及淺部散射噪聲。在圖6a 中： 單線接收的所有垂直和側向反射震相具有相近振幅； 隨著接收線數和Crossline 方向接收孔徑的增加，歸一化垂直反射震相R1～R4的振幅幾乎不變，而S2～S4的振幅逐漸被壓制； 當接收線數達到21時，側面反射振幅遠小于垂直反射振幅，表明寬線采集可有效壓制側面來波。圖6d針對存在近地表小尺度散射的模型，該散射噪聲使資料信噪比大大降低： 單線接收時，有效信號幾乎完全掩沒于噪聲中； 隨著接收線數的增加，散射噪聲和側面反射同時被壓制； 當達到21線時，疊加記錄上清晰地呈現R1～R4 四個垂直反射震相。表明存在小尺度近地表散射時，寬線采集可同時壓制側向反射和近地表散射干擾，且隨著接收線數增加整體壓制效果更好。

圖5 單線接收和具有不同線距的3線疊加炮集記錄的比較

圖6b是使用3條接收線的層狀模型： 隨著線距的增加，對側面反射的壓制逐漸增強； 當線距增加到60m時，壓制效果基本能滿足要求； 隨著線距進一步增加，壓制能力變化就不太明顯。當存在近地表小尺度散射時(圖6e)，隨著線距增加，對側面干擾的壓制能力先增強、后減弱，當線距約為60m時壓制效果最為明顯。這一現象應與淺部散射層中隨機介質的水平相關距離有關。

圖6c是使用5條接收線的層狀模型： 隨著線距增加，對側向反射的壓制能力逐漸增加。對于存在近地表散射的模型(圖6f)，使用10～30m接收線距時，其壓制能力呈明顯逐漸增強； 接收線距繼續增加時，壓制側向反射的能力呈現較緩慢地逐漸增強。

為了在更大參數變化范圍內研究不同寬線方案對結果的影響，圖7分別對比了不同方案下R3(橙色)與S3(藍色)層的振幅。為便于與單線結果進行對比，在以R1振幅做歸一化的基礎上，又按它們在常規單線接收下的振幅進行了歸一處理。從圖7a可見，對于層狀模型，給定10m線間距、增加疊加線數(即孔徑)對歸一化的R3振幅影響很小，但對側向反射振幅S3則具有明顯壓制作用，且壓制能力隨接收線數的增加而增強。但在含有近地表小尺度散射介質(圖7d)時，疊加過程在壓制S3振幅的同時對于R3的振幅也有一定衰減，只是對前者的壓制更明顯。對于3線接收的層狀模型(圖7b)： 增大線距對R3振幅幾乎無影響； 但對S3的壓制先隨線距增大而增強，但當線距超過60m后，壓制效果趨于不變。對含近地表散射的模型(圖7e)： 線距增大對R3也有一定影響，但對S3的壓制更明顯——S3的振幅先隨線距增大而減小，在線距約50m達到最佳壓制效果，隨著線距進一步增大壓制效果反而變差。當存在淺部散射時，圖7f與圖7e類似，但前者接收線數增加到5線，且線距約為30m 對S3的壓制效果較好。

因此，圖7d～圖7f表明，在含有近地表散射的模型中，最佳壓制效果均出現在孔徑約為150m(包括10m×15、50m×3、30m×5等不同構成方案)。這一參數應與小尺度散射體的具體統計結構(如相關長度等)有關。若統計結構有變化，該參數應做適當調整。

圖6 不同炮集中零炮檢距道地震圖的比較

圖7 不同采集組合下對S3和R3的歸一化最大振幅的比較

從上述數值模擬結果可知，沿Crossline方向孔徑是控制側面波壓制能力的重要參數。在給定孔徑情況下，若接收線數越多、線間距越小，則響應函數的旁瓣越小，壓制效果更佳。但接收線數與采集成本緊密相關，顯然存在效益因素； 同時，疊加孔徑太大也會影響成像分辨率。綜合考慮認為：較適宜參數組合為120～200m孔徑、3～5線的接收系統。超過5線時壓制效果的提高有限；孔徑小于30m的寬線系統沒有太大實際意義。

3 寬線采集系統對偏移成像的影響

3.1 不同寬線參數對成像結果的影響

為研究不同寬線采集參數對實際偏移成像結果的影響，構建三維速度模型，用數值模擬方法產生三維地震記錄； 再按不同寬線采集參數對數據進行疊加，合成二維數據并做逆時偏移； 最后分析、對比不同寬線參數下成像結果的差異。

三維模型的尺度分別為x=10000m、y=5000m、z=3300m。與前文2.5維模型類似，建立了水平和傾斜反射層以產生垂直和側向反射，但在Inline方向4000～5000m之間增加了一段傾斜層。三維速度模型結構如圖8所示，其中圖8b和圖8c分別為Inline 剖面(圖8a)左側和右側的Crossline剖面，各方向網格間距均為10m。類似地，在地表0～300m范圍增設了一個隨機速度擾動層，以研究表層散射對偏移成像結果的影響。隨機層參數與2.5維模型中所用的一樣。沿Inline方向布設41炮，炮點范圍是(3500m，2900m)～(5500m，2900m)，炮間距為50m，21條接收線，線間距為10m，每條接收線含941個接收道，道間距為10m； 雷克子波的主頻為16Hz，記錄長度為5s。

圖8 沿不同方向的三維模型切片

為模擬不同的寬線接收組合，從數據中分別抽出3、5、21線接收，再將其在Crossline方向做疊加，然后將炮點所在位置Inline方向的二維速度切片作為速度模型，進行二維RTM偏移(圖9)。由于近地表散射的存在，使得單線接收(圖9a)信噪比很低，且來自下方水平面的垂直反射和來自側向傾斜界面的反射無法從單線二維數據所進行區分，因此成像質量最差。圖9b為3線接收、線間距為100m的寬線疊加數據所得成像結果。可見小尺度散射產生的噪聲被壓制，偏移剖面的信噪比明顯提高； 同時，對應側向傾斜界面的成像被較大程度地壓制，而對應水平界面及沿Inline方向傾斜層的成像得到增強。當采用5線接收、線間距為50m 時(圖9c)，剖面信噪比進一步提高，地表散射引起的低信噪比問題基本上得到解決，同時側向反射也大多被壓制。當接收線進一步增加到21線時(圖9d)，其結果與5線接收類似，小尺度散射干擾幾乎消失。不過，在圖9c和圖9d中隨著散射噪聲的減少，側面波干擾也變得更清晰，如最下層側面反射逐漸突出。

圖9 不同參數寬線疊加數據得到的RTM偏移成像結果

寬線方法對散射噪聲和側向噪聲的不同壓制效果緣于兩種噪聲的不同性質。前者類似于隨機噪聲，增加接收線數一般可增強對其壓制； 而后者是一種相干噪聲，對它的衰減是通過角度選擇性來實現的。

3.2 寬線采集在Crossline方向可能提供的信息

寬線采集觀測系統可被視為一種特殊的窄方位三維觀測系統。因在Crossline方向采集孔徑很小(通常僅為100～200m)，故其側向探測能力十分有限，一般很難對側向結構提供有用信息。不過，鑒于寬線疊加并不能完全壓制側向反射信號，如圖9中側向反射仍會混入深度成像中，因此從偏移成像中識別可能混入的側向反射信號對于某些關鍵結構的解釋具有重要意義。本文嘗試發掘并充分利用寬線數據中有限的側向探測能力。

以上述5線接收、線間距為50m 的寬線數據為基礎，選擇炮點(5500m，3200m)在Crossline方向上做一道二維成像。為提高信噪比，將Inline方向每條接收線上炮檢距小于100m的記錄疊加形成一道。疊加后記錄沿Crossline方向形成5道，道間距(即原來線間距)為50m，排列長度為200m，位于Inline方向5500m處。在三維模型中對應位置沿Crossline 方向的二維速度切片作為偏移速度模型，進行二維偏移成像(圖10)。

為便于分析，對成像結果做幾何擴散補償，提取絕對值，并沿半徑方向做適當平滑，其結果可視為成像能量的來源方向。從結果可見，雖然有限Crossline孔徑只能給出較粗略的成像方向，但與疊加在模型上的反射面位置對比可知，成像結果中對R1～R4及S2～S4等反射位置均給出了正確反射方向。大致表明哪些反射來自側面，哪些反射來自下面。從圖2所示響應函數可看到，寬線方法對地下側向傾斜界面的成像幅度正比于R[p(θn)]·RPP。其中RPP為界面反射系數，R[p(θn)]為采集系統角度響應函數，θn為界面法線側向傾角。寬線系統能否對一個側向反射信號進行有效壓制取決于響應函數的尖銳程度、傾斜界面法向偏離垂直方向的角度、該反射面的反射系數。從圖9可知，相對于單線觀測，寬線對S2、S3、S4均有明顯壓制作用，但對S4的壓制作用弱于另兩個淺部傾斜反射面。從圖8看到，S4在三個反射面中反射系數最大，且其傾角明顯小于S2和S3。這使它的偏移劃弧現象，即其成像弧長遠大于S2和S3對應的弧長，并明顯地進入了垂直方向，而S2和S3的成像則沒有。這些可解釋圖9呈現的對各個側向反射的不同壓制效果。

圖10 在Crossline方向RTM成像結果

通過對Crossline方向的分析，有助于判別寬線成像剖面中哪些是有效反射，哪些是側向干擾。這些信息對關鍵部位成像的解釋具有重要意義。

4 討論

本文模擬及分析結果可為進一步開展寬線勘探研究提供以下參考。

(1)相比于現場數據采集，數值模擬方法具有高度靈活性和很低成本。在實施寬線施工之前可根據初步掌握的探區概況，如地質結構、噪聲特點、施工和設備條件等，在大范圍內通過數值模擬方法檢驗不同采集方案和數據處理方法，并研究它們與數據質量和成像結果的內在聯系，從而為選擇最佳寬線參數提供依據。一些以前主要通過現場實際施工而開展的試驗，如陳茂根等[20]所做的多源多纜不同組合方式試驗、張春賀等[14]和Lu等[15]開展的折線加寬線方法研究等，均可利用數值模擬方法做預研究。雖然數值模擬方法并不能完全替代現場實驗，但合理使用數值模擬方法可快速高效和低成本地獲得寶貴前瞻性結果。

(2)響應函數形態、寬線數據疊加質量、深度成像質量等環節都可作為評價寬線采集參數和數據處理方法的標準。類似方法既可用于合成數據，也可用于實際數據。在結果中力圖涵蓋較廣泛的組合參數，包括線距、線數、孔徑、信號頻率及淺層波速等因素，為實際應用提供參考。結合理論響應函數對結果進行分析。理論公式厘清了各物理量之間的聯系。它不但有助于理解寬線方法的原理，且可起到提綱挈領的作用，將已有的數值模擬結果向更廣泛的參數范圍外推。

(3)本文強調“孔徑波長比”與“波長線間距比”的重要性。在保持這些比值不變的前提下，可從已有數值模擬結果通過適當外推得到更為廣泛參數下的結果。如圖7b是一組不同線間距條件下寬線疊加數據對水平和傾斜方向來波的疊加結果。該結果是對16Hz主頻、2500m/s表層速度、3線接收系統、10～100m線間距得到的，主頻對應的波長約為156m。若信號主頻為20Hz、近地表速度為2000m/s，則主頻對應波長變為100m。圖7b中的整組結果可按比例外推為線間距為6.4～64.0m下3線接收得到的結果。具體來說，50.0m線間距、20Hz主頻、2000m/s速度條件下S3與R3之間的相對疊加振幅可從圖7b中80.0m線間距、16Hz主頻、2500m/s近地表速度結果中近似得到。

(4)雖然寬線方法在勘探實踐中獲得了相當的成功，但它仍并不能完全消除側向干擾。其二維成像應被理解為是一種包括垂向和側向反射信息的加權合成。其權函數就是角度響應函數。通常，尖銳的角度選擇性具有更好的側面波壓制特性。換句話說，傾角較大反射面較易從成像結果中排除掉，而傾角較小反射面則較易混入寬線成像結果。在觀測中應調整寬線采集參數，盡量增加垂向權重、減小側向權重，以使成像最大限度地反映垂向結構。另一方面，在寬線成像結果中區分哪些是來自側向干擾具有重要意義。根據數值模擬結果，當Crossline孔徑約為200m時，沿該方向的輔助二維成像剖面具有一定的分辨側向波方向的能力，可為判定側向反射信號提供額外信息。這一點對于敏感地區(如潛在井位、儲油構造等)的確認具有重大意義。

(5)寬線方法對消除側向反射和壓制淺部散射噪聲均具有良好效果。不過，由于兩類噪聲特性差異很大，對其壓制機制也互不相同。側向噪聲是一種相干噪聲，主要依靠寬線系統的角度選擇能力對其壓制。而小尺度散射體產生的散射波的相位非常紊亂，主要由非相干短波長高頻隨機噪聲構成，其性質與隨機介質的統計結構有關，對它們的壓制主要依賴于在孔徑內對隨機信號的疊加。鑒于兩類噪聲的波長、傳播方向、相干程度等差別較大，它們對寬線系統參數的要求也不盡相同。因此，在設計寬線系統及選擇參數時需兼顧兩方面的要求。

5 結論

本文從理論和數值模擬實驗兩方面對寬線地震方法進行研究。給出了單頻和寬帶信號下寬線采集系統對來自地下地震信號的角度響應函數，并計算了典型采集參數下的實際響應。對于寬帶數據，提出了最大振幅和均方根振幅兩種響應。為模擬完整的寬線采集和處理過程，在三維速度模型中用全波有限差分法產生窄方位三維數據，經疊加形成寬線二維數據后再做逆時偏移。寬線方法的主要優點是能增強來自垂直方向的有效反射信號，同時壓制側向反射和近地表散射所產生的干擾。為檢驗寬線方法的這些特點，在三維模型中設置了產生垂直反射的近水平反射面、產生側向反射的傾斜反射面及產生淺部散射的近地表隨機速度層。

本文特別針對線距、線數、孔徑、信號頻率等參數對寬線方法進行了研究并評估其最佳取值范圍。在各種組合中，孔徑波長比和波長線間距比是兩個重要參數，而它們又與頻率和波速兩參數有關。本文提出的數值模擬研究方法以及所得到的不同采集參數組合與數據疊加質量和成像結果之間的關系可為寬線方法的研究和應用提供參考。