基于實際數據地震屬性的觀測系統評價方法

許銀坡,白志宏,潘英杰,倪宇東,鄒雪峰,伊鴻斌,劉麗麗

(中國石油 東方地球物理公司，涿州 072751)

0 前言

地震勘探是油氣發現和增儲上產的最主要技術手段，地震采集設計是能否實現地質目標有效探測的關鍵技術。隨著勘探程度的不斷提高，很多探區已經進入了二、三次等多期次勘探階段，發現大油田、新油田的難度越來越大，隱蔽油氣藏已成為地球物理勘探工作者的主要目標。對于隱蔽油氣藏探區的老資料，由于受早期采集技術和地震資料品質等的影響，雖然通過各種處理方法使原有地震資料的品質有所改善，但不能從根本上滿足現階段地質目標的任務。

地震采集中觀測系統設計方案評價是一個重要的環節。國內、外的主流地震采集設計軟件(包括KLSeis、GMG、OMNI、Mesa)基本上都是基于參數驅動或模型驅動，主要以CMP面元屬性分析為主，按照炮檢距、覆蓋次數、方位角的分布均勻性進行分析；CRP面元屬性分析、地震照明分析、疊前分析作為輔助性分析手段[1-14]。

為了提高觀測系統設計的合理性，近年來許多學者在基于地質模型的基礎上提出了觀測系統優化設計方案[15-24]，其中一些學者提出了不同的炮點變觀設計思路：董良國等[25]利用地震波照明分析得到CRP意義上的能量分布，綜合分析目的層照明能量分布曲線，確定最佳排列長度和加密炮范圍；朱金平等[26]將該方法進一步發展到了三維模型;趙虎等[27-28]提出了采用最小值法和加炮前后目的層能量均勻性( 方差)為標準加密炮點，提高目的層陰影區成像質量；許銀坡等[29]針對地表和地下地質條件欠佳的復雜地區的目的層能量分布不均勻問題，提出利用均值能量比系數和距離能量比系數計算備選激發點對能量最小區域的照明能量選擇加密炮點。上述方法均是采用建立地質模型，利用射線追蹤或波動方程計算目的層照明能量，但是由于地質現象的復雜性，特別是一些特殊的地質現象(高陡傾角、逆掩推覆、斷層、裂縫等)，準確構造建模難度大，不能有效地刻畫復雜構造目的層照明能量和加密設計觀測系統的炮點，在實際應用中都存在著一定的不足。

對于簡單構造勘探，上述的基于理論公式計算或地質模型驅動的參數設計基本能滿足勘探的要求，但對當前的巖性、復雜構造、剩余油氣等隱蔽性油氣藏的勘探已無法滿足，迫切需要采集設計方法能夠分析不同采集參數與觀測系統方案對隱蔽性地質目標體的成像效果，提高復雜構造和小斷層成像清晰度和精度。

目前各油田多為勘探開發的高成熟區，基本上為三維所覆蓋，具有豐富的以往2D、3D地震數據，但這些資料在實際的采集設計過程中往往很少被采用，可以說以往不同年度的地震資料包含眾多的野外采集信息，因此充分利用已有資料(大量二維、三維地震數據和表層調查資料)，優化二次或三次三維地震采集方案是非常必要的，從而實現對采集參數的精細設計與優化，提高設計方案和采集參數的科學性、合理性和針對性，改善目的層陰影區的成像質量，提高新采集項目的勘探精度，為面向目標勘探、油藏開發的二次和三次地震資料采集提供技術支撐和分析工具。為此，筆者提出了基于實際地震數據驅動的地震屬性觀測系統評價方法，在不同道集數據上建立時-空變的能量、頻率等地震屬性與炮檢距的關系曲線(量板)，通過量板定量分析不同觀測系統設計方案的采集“腳印”分布規律，提高復雜地區地震資料的信噪比和保真度。

1 方法原理

通過利用探區已有的實際地震數據計算新設計的觀測系統中每個共成像點的地震屬性值，根據共成像點屬性值的分布選擇最優的觀測系統。本方法通過以下步驟實現：

1)收集探區已有的原始地震資料，根據探區地質任務設計幾種觀測系統，通過模擬放炮得到每一個共成像點的炮檢距分布。

2)對探區根據地表特征(山地、丘陵、河流、湖泊、平原、海洋、濕地、沙漠、城鎮等)進行劃分，每個區塊從原始資料中選取能代表區塊特征的炮集或者共成像點道集，該炮集或者共成像點道集應包括最大的炮檢距，且炮檢距分布均勻。

3)在地震記錄上用時窗選定所要研究的地震波(反射波、面波、折射波或者多次波),計算每一道在選定時窗內的地震屬性值(能量、主頻或者信噪比等屬性)。

4)利用中值濾波對步驟3)中求出的屬性值進行濾波，對濾波后的屬性值根據炮檢距擬合，求取地震屬性擬合公式，建立不同炮檢距與分析的地震波(反射波、面波、折射波、多次波等)屬性(能量、頻率、信噪比等)的關系曲線(量板)。

5)對步驟1)設計的觀測系統模擬放炮得到的每個共成像點，按步驟4)的擬合公式計算每個炮檢距對應的地震屬性值，將每個共成像點所有的地震屬性值求其均值，即為每個共成像點的地震屬性值。

6)計算步驟1)設計的觀測系統的地震屬性值分布的標準方差，如果新設計的觀測系統共成像點屬性值分布的標準方差越小，表明該觀測系統共成像點的地震屬性值波動范圍越小，分布越均勻，為最合理的觀測系統。

本方法在觀測系統設計過程中充分與探區以往的地震數據相融合，根據觀測系統共成像點屬性值的分布選擇最優的觀測系統，為觀測系統評價提供了一種更科學、定量的評價方法，減少了觀測系統選取不合理產生的“采集腳印”，提高了復雜地區地震資料的采集效果。

2 實例

2.1 實例1

收集某探區已有的原始資料，根據探區的地質任務初步設計了兩個觀測系統(圖1、圖2)，對設計的觀測系統模擬放炮，得到每一個共成像點的炮檢距分布。

該探區為平原，從原始資料中選取能代表整個工區特征的炮集，如圖3所示，中間放炮，接收線上480道，道距為20 m。拾取目的層反射波(紅色雙曲線)，如圖4所示。

圖1 探區設計的12線4炮120道正交觀測系統1Fig.1 12 lines 4 shots 120 channels orthogonal survey 1 designed in exploration area

圖2 探區設計的12線24炮120道正交觀測系統2Fig.2 12 lines 24 shots 120 channels orthogonal survey 2 designed in exploration area

圖3 選取的炮集記錄Fig.3 Select shot records

圖4 拾取反射波Fig.4 Pick up reflected waves

圖5 時窗內炮點右邊接收道均方根能量擬合曲線Fig.5 Mean square energy fitting curve on the right receives of shot point in the window

圖6 時窗內炮點右邊接收道主頻擬合曲線Fig.6 Main frequency fitting curve on the right receives of shot point in the window

圖7 探區觀測系統1和觀測系統2共成像點均方根能量疊加平面圖Fig.7 Co-imaging point root mean square energy superposition plan of survey 1 and survey 2(a)觀測系統1;(b)觀測系統2

圖8 探區觀測系統1和觀測系統2共成像點主頻疊加平面圖Fig.8 Co-imaging point main frequency superposition plan of survey 1 and survey 2(a)觀測系統1;(b)觀測系統2

圖9 選擇的炮集記錄和拾取反射波Fig.9 Select shot records and pick up reflected waves(a)炮集記錄;(b)拾取反射波

圖10 炮檢距與能量的關系曲線Fig.10 Curve of the relationship between offsets and energy

圖11 方案1和方案2共成像點能量分布Fig.11 Scheme 1and Scheme 2 co-imaging point energy distribution(a)均值0.051 8，方差0.023;(b)均值0.007 3，方差0.008 2

計算炮點右邊接收道每一道在選定時窗內的均方根能量和主頻，利用三點中值濾波對求出的均方根能量和主頻進行濾波，濾波后均方根能量和主頻分別如圖5和圖6中“·”所示，對濾波后的數據擬合，最大炮檢距為4 780 m。對設計的觀測系統模擬放炮得到每個共成像點炮檢距的分布，按上述的擬合公式抽取對應的均方根能量(或主頻)，求取每個共成像點均方根能量(或主頻)的均值，即為每個共成像點的均方根能量(或主頻)。

觀測系統1和觀測系統2的共成像點均方根能量疊加見圖7，共成像點主頻疊加見圖8。

比較設計的兩個觀測系統共成像點均方根能量和主頻的分布，觀測系統2中的均方根能量分布圖7(b)和主頻分布圖8(b)，比觀測系統1中對應的圖7(a)和圖8(a)中出現的采集“腳印”強。計算兩種觀測系統地震共成像點屬性值分布的標準方差，觀測系統1對應的共成像點均方根能量標準方差為0.186 3，主頻的標準方差為0.293 2，觀測系統2對應的共成像點均方根能量標準方差為0.236 1，主頻的標準方差為0.312 4。觀測系統共成像點屬性值分布的標準方差越小，表明該觀測系統共成像點的地震屬性值波動范圍越小，觀測系統共成像點屬性值分布越均勻，則該觀測系統設計的更合理。觀測系統1對應的共成像點均方根能量和主頻的標準方差，分別比觀測系統2對應的共成像點均方根能量和主頻的標準方差小，因此使用觀測系統1采集更合理。基于此，該探區最終采用了觀測系統1的設計方案，經過野外生產試驗效果良好。

2.2 實例2

在原始炮集數據目的層上拾取反射波，如圖9所示，在給定的時窗內計算每一道均方根振幅，建立炮檢距與均方根振幅的關系曲線，如圖10所示，顏色代表對應道的均方根振幅。探區設計的兩種觀測系統，方案1為28線3炮234道正交觀測系統，覆蓋次數為182次，最大炮檢距為5 721.71 m，方案2為30線3炮240道正交觀測系統，覆蓋次數為300次，最大炮檢距為5 960.03 m，對設計的觀測系統模擬放炮，得到每一個共成像點的炮檢距分布。

利用圖10所示的能量曲線量板，分別對設計的兩種觀測系統方案共成像點各炮檢對取值并疊加，得到每一個共成像點的屬性值，方案1和方案2共成像點能量分布如圖11所示，顏色代表共成像點的能量均值，紅色能量均值大，藍色能量均值小。

圖12為工區的地形圖，工區地勢東南、西北高，中間低，總體呈兩山夾一河的地勢，在中條山和仙公山，目的層的能量較弱，覆蓋次數較低，在沁河區域，容易激發和接收，覆蓋次數較高，目的層能量較強，根據探區已有資料進行分析，圖13為該工區觀測系統共成像點覆蓋次數，由圖13可以看出，在中條山和仙公山，覆蓋次數較低，在沁河區域，覆蓋次數較高。圖14為觀測系統共成像點能量分布，在中條山和仙公山，目的層的能量較弱，在沁河區域，目的層能量較強。因此該方法能充分利用探區已有資料，對觀測系統的屬性值分布進行評估,以選擇合理的觀測系統。

3 結論

筆者提出了基于實際地震數據驅動的地震屬性的觀測系統設計評價方法，主要方法為：選擇不同類型的地震波，建立時-空變的能量、頻率等地震屬性與炮檢距的關系曲線(量板)，通過量板定量分析不同觀測系統設計方案的采集“腳印”分布規律，提高復雜地區地震資料的信噪比和保真度。該方法在遼河油田、大港油田、華北油田等地區的高精度地震勘探中的應用表明，顯著提高了觀測系統設計方案的科學性和合理性，獲得了較好的地震資料。

圖12 工區地形Fig.12 Area topography

新方法無需構建地質模型，可用于地表障礙區地震資料缺失評價、加密方案優化設計等，有效地優化了三維觀測系統方案設計，針對巖性、復雜構造、深潛山、縫洞儲集體等油氣藏的預測符合率均得到明顯提高，為面向目標勘探、油藏開發的二次和三次地震資料采集，提供技術支撐和分析工具。

圖13 覆蓋次數Fig.13 Folds

圖14 共成像點能量分布Fig.14 Co-imaging point energy distribution