三維地震采集觀測系統的優化設計及應用效果

包洪剛

(中國石化石油工程地球物理有限公司科技研發中心，江蘇南京 210000)

隨著油氣勘探程度的增加，勘探難度不斷加大，地震勘探正面臨諸多挑戰，一方面精細的地質目標要求地震采集的精度盡可能提高，另一方面隨著地震勘探程度的日益加深，在地震資料的采集過程中，面臨越來越多的村莊、城鎮、養殖區等大型障礙物［1］。

三維觀測系統設計及其屬性分析研究是地震數據采集的一個重要環節，其中觀測系統屬性分析中炮檢距分布的合理性又是最重要的參數之一［2］。復雜地表采樣均勻性的要求是實現疊前偏移處理的高質量穩定成像的基礎，因此在多種地表存在的復雜工區必須開展基于反射面元需求的觀測系統優化設計（圖1），才能夠確保激發能量的均衡性、觀測屬性的均勻性［3］。

圖1 基于反射面元需求的觀測系統設計

1 自動避障預設計方法

1.1 以往設計方法

以往障礙區部位的優化設計只注重點、線，缺乏面的概念，為了增加覆蓋次數或者減小淺層缺口，盲目增加炮點，會出現障礙區附近覆蓋次數非常高、藥量小卻資料得不到改善的情況。往往是先測量再設計，不僅耗時、費力、勞神，而且浪費資源，無法根據安全距離確定激發點藥量，未考慮激發點大藥量比例及能量均衡問題，并且后期發現問題需要解決時存在被動和嚴重滯后，耽誤生產組織。

1.2 設計思路

從觀測系統的基本屬性出發，針對障礙物的分布，結合地質任務、采集目標的需求，利用高精度衛片進行預設計，對設計后的觀測系統進行反復調整，從資料品質、生產可行性和安全性等因素綜合考慮，在保證安全距離、選擇合適藥量的前提下，綜合考慮地上、地下因素，最終得到目標三維不同藥量的激發點。

基于反射面元需求的復雜地表觀測系統優化設計無人為干預，自動選擇最佳位置，保證采樣均勻性。設計思路如圖2:

圖2 設計思路

1.3 方法實施

1.3.1避障設計

基于“3S”技術［4］，根據高清衛片分顏色拾取不同類型障礙，將障礙區根據最小安全距離進行擴展，落在最小安全距離及障礙區即禁炮區之內的激發點進行自動避障，得到全區激發點，選擇需要避障的障礙區，設置橫向、縱向移動的網格（圖3a），自動避障后得到優化的激發點如圖3b。

圖3 參數設置、障礙及激發點分布（局部）

1.3.2三維正演模擬分析

依據上步得到的激發點，對目標三維目的層CRP的三維正演模擬分析，充分考慮地下地質目標反射面元屬性分布的規則性和均勻性，保證目的層尤其是傾斜地層有足夠的反射信息；針對目的層進行優化前后屬性對比分析［5］，包括目的層的有效覆蓋次數、炮檢距、方位角分布特征、觀測系統的壓制響應等，反復調整自動避障參數、有貢獻的激發點位（圖4a），力爭炮檢點采樣均勻，減少淺層缺口，從而達到CRP覆蓋次數滿足技術設計要求，確定最終的優化設計方案（圖4b）。

圖4 有貢獻的激發點、目的層T24的CRP覆蓋次數

SH工區理論設計與預設計覆蓋次數對比（表1）。優化設計后的覆蓋次數與理論非常接近，精度更高。

表1 理論設計與預設計數據對比統計表

1.3.3藥量設計

優化后的激發點根據與障礙區向外擴展的距離確定每個激發點藥量。給落在不同障礙物距離內的激發點賦不同的屬性值即不同的藥量（圖5a），得到全區激發點的藥量分布（圖5b）。

圖5 激發點藥量賦值

該設計方法使激發點數和藥量達到最優化。方案審批確定后，項目的經營成本核算、工農公關方向、炸藥購買量等工作緊緊圍繞方案進行。同時，測量施工中將預設計后的激發點直接實地放樣，根據實際情況，將能提高藥量的激發點由低向高調整，既保證能量均衡，又保證觀測屬性分布均勻。

2 效果分析

2.1 精度分析

分析觀測系統的屬性，強調面元內覆蓋次數和炮檢距的均勻性［6］。設計后的觀測系統面元內屬性分布明顯變好，近偏缺得到彌補，面元內方位角更寬（圖6），炮檢距分布更加均勻（圖7）。方位角、炮檢距、各目的層覆蓋次數等屬性與理論設計接近92%，達到預期目標。

圖6 X障礙區老三維、二次采集方位角對比

圖7 X障礙區老三維、二次采集炮檢距對比

2.2 藥量分析

該方法的藥量設計與傳統的設計方法相比，平均藥量和大藥量比例得到提高（圖8），同時增加的炮數比例得到降低（圖9）。

圖8 老三維、二次采集激發點不同藥量比例

圖9 類似工區大藥量比例柱狀圖對比（紅色為本次采集）

2.3 效益分析

該方法在SH三維的推廣應用，提高了7天施工時效，直接節約施工成本21萬元；加上工農、季節勘探有利時間段、材料等情況，又間接節約了約14萬元工農補償費、約3萬元鉆井成本，重點是采集資料品質得到了明顯提高。

3 總結

（1）依據“地表服從地下”、“地面滿足地下”的設計理念，自動完成障礙物炮點的優化布設，能夠快速、科學、合理地完成設計方案，先設計后放樣，針對性強，目的明確。

（2）通過實現復雜障礙區觀測系統自動避障設計，為評估野外采集方法、降低勘探成本、避免安全風險、優化采集觀測系統提供更科學的分析技術和依據，為下步資料的采集及解釋打下了堅實的基礎，是解決大面積障礙區地震采集的重要技術手段。