多采樣率地震勘探技術(MrSET)探討

倪宇東, 姜福豪, 鄒雪峰, 藍益軍, 柳興剛, 門哲, 許銀坡

中國石油東方地球物理公司, 涿州 072751

0 引言

時間采樣以及空間采樣問題是地震勘探基本問題,采樣方式包括規則采樣、非均勻(非規則)采樣、隨機采樣等.關于信號采樣方式與數據重建等問題,Niquist于1928年給出采樣定理(Nyquist,2002; Shannon, 1949),廣泛應用于通訊、醫學、地球物理等領域;1953年Black提出了非均勻采樣的思想(Black,1953; Dippé and Wold, 1992; Duijndam and Schonewille, 1999);Yen(1956)進一步給出了關于特殊類型非均勻采樣的4個定理,同時討論了數據重建問題.1957年前后出現多采樣率采樣模擬電路系統(Kranc, 1957),1967年發表的論文論述了時間域、頻率域多采樣率采樣數據等效性(Brogan, 1967; Jury, 1967),1978年一種多采樣率方法嘗試應用到地震數據處理領域(Lu and Gupta, 1978).截止到今天,多采樣率信號處理依然是電子技術與信息科學重要技術領域之一(G?ckler and Groth, 2004).信號重構的數學理論日趨完善,相關算法已取得了顯著進步(Candès and Romberg, 2006; Candès et al., 2006;Proakis and Manolakis, 2006; 李衍達和常迵,1991). Donoho(2006)詳細論證了壓縮感知基本原理,隨即得到了廣泛的關注(Lustig et al., 2008).隨機采樣是該理論重要基礎之一(Leneman, 1966). Elder和Kutyniok(2012)指出,隨機采樣構建的感知矩陣,特別是感知矩陣的元素選為與高斯、伯努利或更一般的任何子高斯分布有關的,都將高概率滿足約束等距(Restrained Isometric Property,RIP)條件,也就是能夠高概率、高保真恢復輸入信號.

自壓縮感知理論建立以后,基于壓縮感知的隨機采樣在地震勘探實踐中嘗試應用.李成博和張宇(2018)提出了基于壓縮感知的地震數據成像技術(Compressive Seismic Imaging,CSI),Mosher等(2012,2014)介紹了該技術：包括非均勻(非規則)最優化采樣(Non-uniform Optimal sampling,NUOS)、地震信號稀疏化處理、數據重建、時間同步源數據分離等技術(唐鋼和楊慧珠, 2010; Mosher et al.,2012).隨機采樣、非規則采樣在地震勘探領域早已有之(Schuster and Zhou, 1996; Hennenfent and Herrmann,2008; Herrmann, 2010; Vermeer, 2010),Cordsen等(2000)強調物理點位隨機設計的優勢是改善炮檢距與方位角的分布與靜校正耦合,同時還考慮了土地使用許可問題.Hardage等(2011)指出,合理數量的物理點隨機分布時,P-P、SH-SH或 SV-SV數據的炮檢距分布更加均勻,有利于分析振幅隨炮檢距變化和屬性隨方位角變化規律的研究.

地震勘探領域關于不同空間采樣方式定義較多且容易混淆,包括“均勻采樣、非均勻采樣、多采樣率、規則采樣、非規則采樣、隨機采樣”等(Nyquist,2002;Black,1953;Yen, 1956;Vermeer, 2010),尚未形成不同空間采樣技術系統的理論.作者將從地震波場的帶限性與空間域非均勻性出發,定義了多采樣率地震勘探技術(MrSET),組合了不同空間采樣方式.該技術在繼承規則采樣觀測系統面元屬性特征的同時,進一步優化面元屬性特征,提高成像精度.作者提出多采樣率地震勘探采集觀測系統設計5項準則,介紹數據處理基本方法及效果.與規則采樣相比,在相同成本、相同道密度情況下,多采樣率地震勘探技術能夠更好解決復雜地震波場、弱能量地震信號充分采樣以及高精度成像問題,經過進一步研究將是(陸上、海洋等)節點地震勘探時代常規技術.

1 地震波場是時空不均勻帶限信號

地震波在頻率域具有帶限性,地震波是時間(t)、頻率(f)的函數,頻帶寬度是有限的,是帶限信號(David et al., 2021).對于地震勘探而言,震源是帶限的,大地是低通濾波器,接收系統是帶通濾波器,地震子波在傳播過程中經過大地的吸收衰減、球面擴散、地層反射等形成的地震波場,存儲到地震勘探儀器系統中,這個過程決定了地震波具有頻率域帶限性.地震勘探能夠記錄到的地震波最高頻率一般都低于250 Hz,小折射、微測井等表層結構調查方法可能記錄更高頻率地震波,但是根據Niquist采樣定理,工業界完全可以采用2 ms、1 ms、0.5 ms甚至更小的采樣周期實現地震波充分采樣,達到有效保護寬頻信息、高頻信息,保護更好的時間分辨率.地震波時間域充分采樣增加的成本同地震勘探項目投資相比完全可以忽略不計.地震勘探數據采集項目在采集方法設計階段就規定了采樣周期,在野外數據采集過程中采樣周期一般是不變的常數.

地震波場空間域具有不均勻性,地震波場是時間(t)、頻率(f)的函數,也是空間(x,y,z)、波數(k)的函數,波場復雜程度與沉積特征、構造變形特征等密切相關.多期構造運動與沉積旋回、風化剝蝕與溶蝕等地質作用,使斷裂系統發育特征、地層傾角變化、地層巖石物性及厚度橫向變化、風化剝蝕面形態、沉積間斷邊界展布特征等非常復雜,折射波、反射波、繞射波、散射波、多次波等相互交織,空間域地震波場非常復雜,具有不均勻性,導致在空間域對記錄波場的解釋具有不確定性.目前工業化應用的規則采樣觀測系統較難實現對復雜波場的完全、精確、充分采樣.受有線儀器數字傳輸電纜上固定道間距以及安全、環保政策、投資成本等限制,地震勘探采集項目仍然以空間規則采樣為主,物理點空間采樣間隔是空間常量,采集方法主要考慮反射波成像不產生空間假頻,這種方式難以對復雜波場,特別是繞射波、散射波等弱能量地震信號充分采樣.采用多采樣率地震勘探技術(MrSET)能夠最大限度實現對復雜波場的充分采樣,特別是對繞射波、散射波等弱能量信號的充分采樣.地震勘探中的空間規則采樣、隨機采樣、非均勻采樣、非規則采樣等不同的采樣方式,可以統一到多采樣率技術框架.

假設連續地震波場為wo(t,d),離散地震波場為w[m,n].其中：t代表時間、d代表空間,m,n為正整數,表示離散的時間和空間采樣點序列.第[m,n]個離散信號數值等于連續地震波場在tm,xn處的值,表示為

(1)

式中Δtm+1,m為第m與第m+1個離散時間采樣點之間的采樣周期;Δxn+1,n為第n與第n+1個離散空間采樣點之間的間隔或代表觀測系統中的道距、炮點距等參數;Δtm+1,m、Δxn+1,n的倒數即為采樣率,分別是頻率fm+1,m、波數kn+1,n.本文研究的時間域采樣周期只有一個,因此M=1;如果空間采樣間隔只有一個,則N=1;如果有多個不同取值的空間采樣間隔,或有多個不同取值的空間采樣率,則N>1.

地震勘探采集觀測系統中,道距、炮點距、接收線距、炮線距具有一個及一個以上不同取值的采樣方式統稱為多采樣率采樣,采用多采樣率采樣的地震勘探技術稱為多采樣率地震勘探技術(Multirate Seismic Exploration Technique,簡稱MrSET).MrSET的命名主要考慮三個方面：一是體現了地震勘探數字信號、離散信號處理的特征;二是避免了隨機采樣、非均勻采樣、非規則采樣與野外觀測系統變觀后物理點分布特征相互混淆的問題.當然,由于地表存在障礙物,野外觀測系統變觀通常會使炮點、檢波點分布不均勻,這種情況不是嚴謹的多采樣率采樣;三是考慮炮點、檢波點等物理點測量精度與野外施工點位誤差問題.MrSET重要理論基礎是“觀測系統物理點空間采樣間隔在空間上是變量,可以拓寬空間波數k,最大概率逼近復雜地震波場而實現充分采樣,特別是最大概率實現對繞射波、散射波等弱能量地震信號的充分采樣”.

多采樣率數據采集觀測系統道距、炮點距、接收線距、炮線距在空間上是變量.假設多采樣率觀測系統中有N個取值的道距Δxi或炮點距Δyj,這里N≥1、1≤i,j≤N,N、i、j是正整數.當N=1時,多采樣率采集是傳統的規則采樣,否則就是隨機采樣或非均勻采樣、非規則采樣.為使問題簡化,這里舉例說明：當N=1時,i、j=1,Δxi或Δyj僅有一個取值,如Δx1=20 m、Δy1=40 m,inline與crossline方向的空間波數(空間采樣率,×102)分別是kx=5.00、ky=2.50,Nyquist空間波數(Nyquist空間采樣率,×102)分別是kxNyq=2.50、kyNyq=1.25,這是傳統的規則采樣,inline與crossline方向各有一個采樣周期(采樣間隔)、一個采樣率.假設N=5,i、j=1、2、3、4、5,Δxi或Δyj分別有5個取值(單位：m),如Δxi={20,21,23,25,27}、Δyj={40,42,43,45,50};inline與crossline方向的空間波數(空間采樣率,×102)分別有5個取值：kxi={5.00, 4.76, 4.35, 4.00, 3.70}、kyj={2.50, 2.38, 2.33, 2.22, 2.00},Nyquist空間波數(Nyquist空間采樣率,×102)分別有5個取值：kxiNyq={2.50, 2.38, 2.18, 2.00, 1.85}、kyjNyq={1.25, 1.19, 1.17, 1.11, 1.00},這就是多采樣率采樣,兩個方向分別有5種取值的采樣間隔與采樣率,利用不同的準則確定不同取值的采樣間隔或采樣率,就可以得到隨機采樣、非均勻采樣或非規則采樣.

2 多采樣率地震勘探采集參數設計

多采樣率采樣采集參數設計同樣要考慮滿足疊前偏移成像需求.基于疊前偏移Kirchhoff積分方法原理,假設地下目的層的任意一成像點r=r(x,y,z),介質分布均勻,速度為c,深度為z,其遠場三維疊前Kirchhoff偏移公式(麻三懷等,2008)為

(2)

式中m(r,ω)為成像點r的偏移成像,Γs和Γg分別為炮、檢點陣列的面積;f(rs,rg)表示炮點和檢波點分布的(x,y,z,f)四維采樣函數;rij=|ri-rj|,其中：

f(rs,rg)=f(sxy,sz,sf;gxy,gz,gf),

(3)

(4)

基于公式(4),通過評價全區成像點的成像效果(丁建榮等, 2022),實現多采樣率采樣點優化設計.

無線節點儀器的使用不僅使傳統有線儀器時代觀測系統參數設計發生了巨大變化,也為多采樣率采樣提供了應用條件.使用無線節點儀器,道距大小可以靈活變化,不再受數傳電纜上固定長度道距的限制,這樣就使面元可以在道距、炮點距兩個空間方向上靈活變化,為多采樣率地震勘探技術的應用提供了基礎.

多采樣率地震勘探采集觀測系統設計建議考慮以下5項準則：

(1)道密度一致準則：道密度是決定成像精度最重要的參數之一,特別是低信噪比地區,野外采集數據達不到一定數量的道密度,是無法滿足高精度成像處理要求的.考慮反射波偏移成像精度,按照反射波“充分采樣”的原則確定傳統規則采樣觀測系統道密度TDr,TDr作為多采樣率基本道密度,在此基礎上優化觀測系統,獲得多采樣率采樣觀測系統.

(2)“整體均勻、局部隨機”準則：多采樣率采樣不是任意隨機采樣,多采樣率采樣觀測系統要求炮點、檢波點分布“整體均勻、局部隨機”.首先根據地質任務要求以及資料信噪比情況,按照“均勻采樣、對稱采樣”的原則,分析論證傳統規則采樣觀測系統道距Δx、炮點距Δy等參數,在接收線與炮線上按照Δx、Δy等間隔剖分網格,在每一個網格內部,采用jitter采樣(張華和陳小宏, 2013)、并采用感知矩陣列間相關性評價指標μ值公式(5)(周松等, 2017)約束jitter采樣等方法優化炮點、檢波點位置(Ni et al., 2021),從而實現“整體均勻、局部隨機”準則.公式(5)為

(5)

式中ψ為感知矩陣,與采樣點位置有關,μ為感知矩陣列間最大的相干系數,其地球物理含義是非規則采樣造成的傅里葉正交性被破壞引起的最大頻譜泄露.

(3)繞射波、散射波成像準則：在復雜斷裂系統、中小尺度多層疊置砂體、碳酸鹽巖斷溶體與丘灘體等發育的勘探區域,在基巖與碳酸鹽巖風化殼及其內幕非均質儲層發育的勘探區域,要根據地震、地質等資料,建立地震地質模型,通過數值正演模擬獲得上述地質目標的繞射波、散射波波場分布特征,分析繞射波、散射波成像時要求不產生空間假頻的最小道距Δxmin、最小炮點距Δymin等面元參數.多采樣率觀測系統中一般要包含一定數量的Δxmin、Δymin樣本,從而在投資成本可控的前提下,最大概率逼近對繞射波、散射波等弱能量地震信號的充分采樣.

(4)道距、炮點距取值范圍選擇準則：多采樣率采樣觀測系統面元大小是空間變量,變量取值范圍取決于道距Δxi、炮點距Δyj變化范圍.在充分考慮Δxmin、Δymin以及逆散射成像處理技術的前提下,建議在低信噪比區,道距、炮點距取值范圍采用公式(6)：

(6)

其他地區采用公式(7)：

(7)

(5)真傾角方向準則：對于長軸背斜、地質體具有明顯走向與傾向的勘探項目,建議在真傾角方向或垂直構造走向方向上采用多采樣率采樣.考慮到炮點位置受地表條件限制較多,因此建議接收排列垂直構造走向,道距采用多采樣率.

多采樣率采樣觀測系統設計繼承了傳統規則采樣觀測系統“充分采樣、均勻采樣、對稱采樣”的原則,同時對傳統規則采樣觀測系統進一步優化,觀測系統方位角、炮檢距等分布,特別是中小炮檢距分布更加均勻、連續.

3 多采樣率地震勘探數據處理方法

多采樣率數據處理應考慮散射波成像處理與數據重構,這是與規則采樣數據處理最大的不同;當然,多采樣率數據處理也應該考慮多尺度數據正演與反演、多尺度偏移速度場建模、分頻多尺度去噪以及多尺度近地表結構建模等,從而發揮多采樣率采樣數據優勢.

多采樣率地震勘探數據包含更豐富的繞射波、散射波信息,使用逆散射偏移成像處理技術處理多采樣率地震數據能夠發揮多采樣率地震勘探技術優勢.目前大多數偏移反演方法都是基于線性單散射近似,也就是一階Born近似(Ouyang et al., 2015).散射場一階Born近似更符合反射波勘探的一次波假設,單散射近似與偏移之間存在理想的線性關系,滿足產生散射的地質體尺度較小以及速度、密度等物性參數擾動不大等弱散射條件.基于一階Born近似的偏移反演方法適用于單砂體、不整合面或尖滅線、斷層斷點等的偏移成像處理(范白濤等, 2022).油氣勘探地質目標往往是斷溶體、丘灘體、基巖與碳酸鹽巖風化殼及內幕非均質巖性油氣藏等,基于散射場二階Born近似的反演成像方法有利于這類地質目標的保幅成像處理,這類地質目標彈性參數和密度等縱橫向不均勻變化引起較強擾動散射波場,多次散射中二次散射對散射場能量貢獻不能忽略.目前逆散射偏移成像方法沒有得到廣泛應用.如果地震資料信噪比較低,可以直接利用基于反射波的積分法疊前偏移技術處理多采樣率地震數據,與相同道密度傳統規則采樣數據體的成像精度相比,可以進一步提高成像精度,特別是中淺層成像分辨率、高陡地層以及斷層斷面成像精度、風化殼成像精度等等都有所提高.

如果信噪比較高,可以利用基于Radon變換(Shao and Wang, 2022)、地震波干涉方法(Wang et al., 2009,2010)等插值方法提高道密度,本文采用基于壓縮感知的數據重構技術.數據重構可以是非規則重構、也可以是規則重構,無論采用何種數據重構技術(趙虎等, 2023),處理后的數據體應最大限度保留多采樣率采樣數據特征,要保留小道距、小炮點距數據,否則會丟失大量真實位置的地震波場信息,取而代之的是大量通過數學運算產生的非真實位置的地震道信息,從而違背多采樣率地震勘探技術基本理論.假設wr是野外采集到的地震波場,φ為測量矩陣(或叫采樣矩陣,與觀測系統有關),wf是期望通過數據重構獲得的更高密度地震波場,wf也是真實地震波場的近似.不考慮噪聲情況下,重構wf的過程就是解式(8)的過程：

wr=φwf=ψs,

(8)

(9)

4 數值模擬與試驗數據分析

三維數值模擬使用SEG鹽丘模型(圖1).模型長13500 m、寬13500 m、深4000 m,數值模擬使用主頻為8 Hz雷克子波作為激發源,記錄長度6 s,時間采樣間隔2 ms.首先使用傳統規則采樣三維觀測系統GS1完成聲波數值模擬并獲得高密度規則采樣正演數據：道距ΔR=40 m,炮點距ΔS=40 m,接收線距ΔRL=80 m,炮線距ΔSL=200 m.在Gs1正演數據基礎上抽稀形成規則采樣數據體,觀測系統設為Gs2：道距ΔR=160 m,炮點距ΔS=160 m,接收線距ΔRL=160 m,炮線距ΔSL=200 m,共4575炮,道密度約6.25萬道/km2.在Gs1正演數據基礎上抽稀形成多采樣率數據,觀測系統設為Gs3：道距ΔR采用固定值,ΔR=160 m;炮點距ΔS采用多采樣率,用μ值約束jitter采樣抽稀數據,40 m≤ΔS≤280 m,炮點距變化步長為40 m,ΔS共有8種取值(ΔS=40、80、120、…、240、280 m)、8種取值采樣率,4575炮,平均道密度約6.25萬道/km2.利用閾值類算法對Gs3數據體非規則數據重構,形成觀測系統Gs4數據體,Gs4觀測系統為：道距ΔR采用固定值,ΔR=160 m;炮點距ΔS采用多采樣率,用μ值約束jitter加密采樣,40 m≤ΔS≤200 m,炮點距變化步長為40 m,ΔS共有5種取值(ΔS=40、80、120、160、200 m)、5種取值采樣率,6081炮,在Gs3基礎上增加了1506炮.圖2a、b、c、d、e、f分別是Gs2、Gs3、Gs4對應的PSDM剖面及三維立體PSDM圖.從剖面上看,Gs2對應的PSDM剖面在鹽丘陡傾角邊界或斷層形成的偏移噪聲能量強、截斷了水平地層反射,鹽丘以下深層噪聲較大;相同道密度情況下,Gs3對應的PSDM剖面鹽上偏移噪聲偏弱,鹽下信噪比提高,Gs4對應的PSDM剖面鹽上偏移噪聲最弱,鹽下信噪最高;從立體成像圖可以看到Gs2整體偏移噪聲最強、Gs3偏移噪聲變弱、Gs4偏移噪聲最弱.PSDM剖面以及成像立體圖對比結果說明,在相同道密度情況下,多采樣率數據成像偏移噪聲弱于規則采樣,成像信噪比、成像精度高于規則采樣;在高信噪比情況下,數據重構能夠進一步提高多采樣率數據成像精度、提高成像信噪比.

圖1 三維數值模擬SEG鹽丘速度模型及切片(a) 速度模型; (b) 典型速度切片.

圖2 PSTM剖面及立體切片(a)、(b)、(c)分別是規則采樣觀測系統Gs2、多采樣率觀測系統Gs3以及多采樣率觀測系統非規則重構后Gs4對應的PSDM剖面; (d)、(e)、(f) 分別是Gs2、Gs3、Gs4對應的PSDM成像立體圖.

2021年完成中國西部某盆地多采樣率地震勘探技術試驗,傳統規則采樣觀測系統采用正交觀測系統,觀測系統用Gy1表示,道距ΔR=40 m,炮點距ΔS=40 m,面元為20 m×20 m,接收線距ΔRL=160 m,炮線距ΔSL=160 m,726次覆蓋,道密度約181.5萬道/km2.多采樣率觀測系統用Gy2表示,用μ值約束jitter采樣布設檢波點位置.道距取值范圍：10 m≤ΔR≤70 m,道距變化步長為1 m,ΔR共有61種取值(ΔR=10、11、12、…、68、69、70 m)、61種取值采樣率;炮點距ΔS=40 m;最小面元為5 m×20 m,最大面元為35 m×20 m;接收線距ΔRL=160 m,炮線距ΔSL=160 m,平均覆蓋次數726,平均道密度約181.5萬道/km2.

圖3是Gy1、Gy2檢波點分布圖(局部),藍色點是Gy1檢波點,道距ΔR=40 m;紅色星號是Gy2檢波點,道距是變化的,ΔR=10、11、12、…、68、69、70 m.圖4是傳統規則采樣觀測系統Gy1、多采樣率觀測系統Gy2不同道距與不同取值道距個數統計圖,紅色矩形點框對應Gy1,說明Gy1道距是常量;藍色棒狀圖對應Gy2,可以看出不同取值道距個數呈現正態分布.

圖3 規則采樣觀測系統Gy1、多采樣率采樣觀測系統Gy2檢波點分布圖Gy1檢波點是藍色點,道距ΔR=40 m;Gy2檢波點是紅色星號,道距是變化的,ΔR=10、11、12、…、68、69、70 m.

圖4 規則采樣觀測系統Gy1(紅色矩形點框)、多采樣率采樣觀測系統Gy2(藍色棒狀圖)道距(點距)與不同取值道距(點距)個數統計圖

圖5a、b分別是Gy1、Gy2對應的炮檢距-道數分布統計圖,由于是高密度、寬方位觀測系統,兩者炮檢距-道數分布總體趨勢相同,但是規則采樣Gy1炮檢距-道數分布具有臺階狀特征,而多采樣率采樣Gy2炮檢距-道數分布具有漸變、連續的特征,更有利于復雜波場、特別是繞射波、散射波的連續、充分采樣.圖6a、b分別是Gy1、Gy2對應的方位角-中點個數分布統計圖,同樣由于采用高密度、寬方位觀測系統,兩者方位角-中點個數分布總體趨勢相同,規則采樣Gy1方位角-中點個數分布出現毛刺狀特征,不利于復雜波場連續、充分采樣,而多采樣率采樣Gy2方位角-中點個數分布具有連續的特征,利于復雜波場連續、充分采樣.圖7a、b分別是Gy1、Gy2對應的方位角-炮檢距-道數玫瑰圖(局部),相鄰同心圓徑向距離30 m、切向按照每隔5°剖分.圖中不同顏色代表不同取值炮檢距的道數,白色方塊表示缺失地震道.由圖可見,規則采樣Gy1在0°～360°之間大量缺失炮檢距小于1000 m的地震道,而多采樣率采樣Gy2在inline方向上缺失炮檢距小于400 m的地震道;在crossline方向上,缺失炮檢距小于1000 m的地震道(與炮點距不變有關).顯然,與多采樣率采樣Gy2相比,規則采樣Gy1缺失中小炮檢距地震道的情況更加嚴重,多采樣率采樣更加有利于中淺層、陡傾角斷面及地層等的反射波或繞射波、散射波充分采樣與高精度成像.

圖5、圖6、圖7對比結果充分說明,在相同道密度情況下,多采樣率采樣觀測系統炮檢距、方位角分布在繼承規則采樣對地震波場連續、均勻、對稱采樣的同時,更有利于復雜地震波場、繞射波等弱能量地震信號的無假頻充分采樣.

圖8a、b分別是規則采樣、多采樣率采樣單炮記錄,兩張記錄沒有明顯區別,背景噪聲都比較強、有效反射時隱時現,多采樣率采樣沒有明顯優勢.圖9a、b分別規則采樣、多采樣率采樣數據的速度譜及道集,道集位于構造傾角較大的位置(圖10紅色倒三角位置).與規則采樣相比,多采樣率數據速度譜能量聚焦好、道集信噪比高.圖10a、c是規則采樣PSTM剖面,圖10b、d是多采樣率采樣PSTM剖面,分別對比(a)與(b),(c)與(d),多采樣率采樣PSTM剖面信噪比高于規則采樣PSTM剖面,主要原因是規則采樣數據高頻信息出現空間假頻,在資料處理時出現偏移噪聲污染了PSTM剖面;對于中淺層成像精度、高陡地層以及斷面成像精度、斷點繞射收斂情況,多采樣率采樣PSTM剖面成像精度高于規則采樣PSTM剖面,主要原因是多采樣率采樣對于弱能量繞射波能夠充分采樣,偏移處理時有利于能量聚焦收斂.剖面(c)、(d)位于工區邊緣,資料覆蓋次數較低,多采樣率采樣成像精度優勢更加明顯.圖11a、b分別是規則采樣、多采樣率采樣PSTM時間切片,對比結論與圖10相同.

圖5 炮檢距-道數分布統計圖(a) 規則采樣觀測系統Gy1炮檢距-道數分布統計圖; (b) 多采樣率采樣觀測系統Gy2炮檢距-道數分布統計圖.

圖6 方位角-中點個數分布統計圖(a) 規則采樣觀測系統Gy1方位角-中點個數分布統計圖; (b) 多采樣率采樣觀測系統Gy2方位角-中點個數分布統計圖.

圖7 方位角-炮檢距-道數分布統計圖(a) 規則采樣觀測系統Gy1方位角-炮檢距-道數分布統計圖; (b) 多采樣率采樣觀測系統Gy2方位角-炮檢距-道數分布統計圖.不同顏色代表不同道數.

圖8 不同采樣方式單炮記錄(a) 規則采樣Gy1單炮記錄; (b) 多采樣率采樣Gy2單炮記錄.

圖9 速度譜及道集記錄(a) 規則采樣Gy1速度譜及道集記錄; (b) 多采樣率采樣Gy2速度譜及道集記錄.

圖10 不同采樣方式PSTM剖面(a)、(c) 規則采樣Gy1的兩條PSTM剖面; (b)、(d) 多采樣率采樣Gy2的兩條PSTM剖面.其中(a)與(b)位置相同,(c)與(d)位置相同且不滿覆蓋.

圖11 不同采樣方式時間切片(a) 規則采樣Gy1時間切片; (b) 多采樣率采樣Gy2時間切片.

5 技術優勢

多采樣率地震勘探技術(MrSET)主要有7個方面技術優勢：

(1)大概率逼近對復雜波場、弱能量繞射波、散射波等的充分采樣,為高精度成像提供數據基礎.

(2)小取值空間采樣間隔(大取值采樣率)的存在,拓寬了Nyquist空間波數,使折疊頻率提高、進一步保護了相對高頻信號,拓展了有效頻帶寬度,有利于提高成像精度、有利于提高橫向分辨率.

(3)有利于壓制高頻偏移噪聲,特別有利于提高陡傾角地層、斷面等成像精度.

(4)非規則采樣能夠更多捕捉到特殊地質體繞射波、散射波等信息,有利于特殊地質體高精度成像處理,如斷溶體、砂體、不整合等等高精度成像處理.

(5)多采樣率對應多個折疊頻率,減弱了規則采樣折疊頻率能量強、污染大的現象.多個折疊頻率相互干擾、能量減弱甚至呈現隨機噪聲特征,有利于信噪分離處理.

(6)不同取值空間采樣間隔的存在,滿足了中淺層、深層多層系立體勘探的要求.

(7)有利于提高近地表結構反演精度,有利于偏移速度場建模.

6 結語

多采樣率采樣組合了傳統規則采樣以及隨機采樣、非均勻采樣、非規則采樣等采樣方式;多采樣率地震勘探技術在遵循“整體均勻、局部隨機”設計原則基礎上,繼承了傳統規則采樣“充分、均勻、對稱”采樣優勢.多采樣率地震勘探技術是高精度、高保真地震勘探技術,將有巨大潛力成為(陸上、海洋)節點地震勘探時代常規技術.

致謝感謝審稿人對完善本文提出的寶貴的具有建設性的意見和建議,感謝東方地球物理公司采集技術中心閆智慧、何寶慶、侯喜長、雷云山、張純、韓明怡、盛潔、楊曉玲、皮紅梅等同事提供的幫助.