二维波动方程和三维照明分析技术在潜山观测系统设计中的应用

张建微

(长江大学地球物理与石油资源学院，湖北 荆州 434023 东方地球物理勘探有限责任公司辽河物探分公司，辽宁 盘锦 124010)

王海波

(东方地球物理勘探有限责任公司辽河物探分公司，辽宁 盘锦 124010)

刘大鸣，吴继红

(长江大学地球物理与石油资源学院，湖北 荆州 434023 东方地球物理勘探有限责任公司辽河物探分公司，辽宁 盘锦 124010)

二维波动方程和三维照明分析技术在潜山观测系统设计中的应用

张建微

(长江大学地球物理与石油资源学院，湖北 荆州 434023 东方地球物理勘探有限责任公司辽河物探分公司，辽宁 盘锦 124010)

王海波

(东方地球物理勘探有限责任公司辽河物探分公司，辽宁 盘锦 124010)

刘大鸣，吴继红

(长江大学地球物理与石油资源学院，湖北 荆州 434023 东方地球物理勘探有限责任公司辽河物探分公司，辽宁 盘锦 124010)

介绍了辽河坳陷潜山勘探特点，建立了大洼潜山的三维地质模型，在此基础上联合运用二维波动方程和三维射线追踪照明分析技术论证了排列长度、接收线数等采集参数，对新采集的潜山资料进行了退化性处理，比较了新老资料的采集效果，新采集剖面潜山内幕波组特征明显、信息丰富，明显好于老资料。结果表明，照明分析技术对潜山观测系统优化设计具有指导作用。

二维波动方程；三维射线追踪照明分析技术；观测系统；优化设计；退化性处理；潜山

辽河坳陷潜山埋藏深度大，深层复杂的构造条件使得所采集的地震资料具有主频较低、频带窄、分辨率低等特点。在潜山发育地区，断裂发育、地层间接触关系复杂、目的层埋深差异大，沙河街组以下资料反射零乱、波场复杂；潜山顶面复杂界面所诱发的散射现象以及潜山内幕复杂的岩性(如太古界的混合花岗岩、中上元古界的石英岩和碳酸盐岩)等，使潜山内幕地震成像难，地震资料品质差；而该区勘探需要在保证信噪比的前提下具有较高的纵横向分辨率，并充分利用各种波场(反射、绕射)实现后期处理过程中各种能量的归位。上述问题已经成为约束潜山油气勘探的“瓶颈”，如何设计出合理的观测系统已成为辽河坳陷下步潜山勘探的重点。下面，笔者建立大洼潜山的三维地质模型，并联合运用二维波动方程和三维射线追踪照明分析技术[1-3]论证排列长度、接收线数等采集参数。

1 方法原理

根据波场能量关系，可把一个点源在二维模型空间点(xT,z)处的照明度定义为：

I(rS;xT,z,θ,ω)=u(rS;xT,z,θ,ω)·u*(rS;xT,z,θ,ω)

(1)

式中，I表示照明度；rS表示接收点；xT表示地下某一点的横坐标；z表示地下某一点的深度；θ表示入射波得角度；ω为二维窗；u*表示波场共轭。

对于多个点源在模型空间点(xT,z)处的照明度应为每个点源照明度的总和，即总照明度可表示为：

(2)

通过地表震源照明分析可以清楚地识别地震波在地下介质传播过程中的能量分布特征,模拟出单炮/多炮震源的照明范围，从而确定有效接收范围，并为设计经济合理的观测系统提供依据。

根据震源与检波器之间的互易原理，震源与检波器排列之间的双向照明度可定义为：

(3)

(4)

源检双向照明度与界面反射系数、覆盖层速度结构、炮点分布、检波器分布及炮检关系等因素有关。利用源检双向照明度分析可以测试偏移的孔径效应、炮检关系，分析结果也为优化观测系统设计提供了依据。

2 模型建立

笔者建立了研究区的二维地质模型和三维地质模型，见图1。二维模型的西边为辽河西部凹陷，东边为辽河东部凹陷，中间为中央凸起。中央凸起与西部凹陷和东部凹陷成断裂接触关系。三维模型包含6层。第1层为水平地表；第2层为馆陶组(Ng)，馆陶组为辽河坳陷的标志层，埋深比较稳定；第3层为东营组(Ed)；第4层为沙河街组一段(Es1)；第5层为沙河街组三段(Es3)；第6层为潜山内幕地层太古界(Ar，Ar为根据井资料中Ar地层的埋深和剖面中地层的走向推测的潜山内幕地层)。

图1 中央潜山带地质模型图

3 参数论证

图2 不同最大炮检距情况下总照明度对比

采用道距50m、炮排距200m、中间放炮的方式，分别对最大炮检距为3975、4475、4975、5475m的情况进行了基于二维波动方程的多炮照明分析，其总照明度效果分别如图2所示。通过对比分析发现，最大炮检距为3975m 的潜山内幕地层的照明强度较低；最大炮检距为4475m的潜山内幕地层照明明显提高；最大炮检距为4975m和5475m 2种情况潜山内幕地层总照明强度值相差不大，且比最大炮检距为4475m的照明度改善不大，因此最大炮检距应选择在4475～4975m之间。

图3 不同纵向最大炮检距时Ar地层的照明度

图4 不同接收线数时Ar地层的照明度

图3为不同纵向最大炮检距时Ar地层的照明度。采用纵向最大炮检距2975m的观测系统时，Ar地层的照明度较低；采用纵向最大炮检距3975m的观测系统时，Ar地层的照明度比采用纵向最大炮检距2975m的观测系统时照明度要强很多；采用纵向最大炮检距4975m的观测系统时，Ar地层的照明度比采用纵向最大炮检距3975m的观测系统时照明度要稍强；采用纵向最大炮检距5975m的观测系统时，Ar地层的照明度和采用纵向最大炮检距4975m的观测系统时照明度相当。因此采用4975m左右的排列长度比较合适。增加纵向最大炮检距有利于提高潜山内幕地层的照明度。

图4为不同接收线数时Ar地层的照明度。采用16L4S200R的观测系统时，Ar地层的照明度较低；采用20L4S200R的观测系统时，Ar地层的照明度比采用16L4S200R的观测系统时照明度要强很多；采用24L4S200R的观测系统时，Ar地层的照明度比采用20L4S200R的观测系统时照明度要强很多；采用28L4S200R的观测系统时，Ar地层的照明度与采用24L4S200R的观测系统时照明度相当。因此，接收线数应采用24L左右比较合适。

3 采集效果分析

通过上述三维射线追踪照明分析论证，再结合二维波动方程正演照明等分析论证，最终采用24L4S200R(道距50m，炮点距50m，接收线距和炮线距均为200m)的观测系统，新观测系统的纵横比由以往的0.2～0.3优化到0.5。

选取了中央潜山带赵家三维新采集的14束地震资料做退化性叠前时间偏移测试处理。退化处理成了不同接收线数的叠前时间偏移剖面(见图5)，随着接收线数的增多(从12L增加到24L)，潜山内幕信息信噪比提高，同相轴的连续性增强，因此新采集的资料采用24L是合理的。

通过比较最终处理的中央潜山带赵家三维资料和以往中央潜山带赵家三维资料叠前时间偏移剖面的对比如图6所示。新采集剖面潜山内幕波组特征明显、信息丰富，明显好于老资料。因此，采用较宽的方位能获取更好的潜山内幕成像。

图5 不同接收线数的观测系统叠前时间偏移测试处理

图6 中央潜山带赵家三维新(右)、老(左)剖面的对比

4 结 论

1)对于潜山油藏勘探，由于受其埋深大、地层结构复杂和断层发育等地质条件的制约，在地震采集设计时，应以目标设计为指导原则。

2)二维波动方程和三维射线追踪照明技术的联合应用可以优化观测系统参数，因此，在潜山采集参数论证和观测系统优化中应广泛应用该技术。

[1]李万万.基于波动方程正演的地震观测系统设计[J].石油地球物理勘探,2008,43(2)：134-141.

[2] Xie Xiao-Bi，Jin Sheng-wen，Wu Ru-Shan. Three-dimensional illumination analysis using wave equation based propagator[A].Expanded Abstracts of 73rd SEG[C].Tulsa: Society of Exploration Geophysicists, 2003：989-992.

[3] Wu R S，Chen L.Mapping directional illumination and acquisition-aperture efficacy by beamlet propaga-tors[A].Expanded Abstracts of 72nd SEG Mtg[C]. Tulsa: Society of Exploration Geophysicists, 2002：1352-1355.

[编辑] 洪云飞

10.3969/j.issn.1673-1409.2011.05.012

P631.44

A

1673-1409(2011)05-0036-04