复杂构造区三维观测系统设计的几点探讨

赵绍广，余圣华，罗春波

李永春，解广宇 （中石油大庆钻探工程公司地球物理勘探二公司，吉林 松原131000）

隋竞函 （长江大学地球物理与石油资源学院，湖北 武汉430100）

现如今地震采集中，地下地质结构越来越复杂，传统的假设勘探目标层为水平层状结构的观测系统设计已不能满足复杂构造区的成像要求，因此对三维观测系统设计的要求也越来越高。面对成像困难的复杂构造区，要提高地质成像效果，首先要从三维观测系统设计做起。根据吉林探区某工区的地质要求设计了3种观测系统参数（见表1），笔者主要从采集脚印、叠前偏移噪声和基于射线追踪的地震照明分析3个方面来阐述观测系统不同参数对采集资料的影响。

表1 观测系统参数

1 采集脚印分析

采集脚印产生的本质原因是地震波能量在地下反射界面上分布不均匀，是指在地震数据的采集过程中留下的人为痕迹。在时间和深度切片上表现为振幅和相位发生了变化，采集脚印会引起地震成像中出现地层结构模式发生规律性变化的假象，会影响时间切片或反射振幅图，掩盖真实的地质成像。而观测系统设计是产生采集脚印的源头，因此必须尽量使采集脚印在观测系统设计阶段就达到最小化。

采集脚印的分析主要是利用基于叠加响应的观测系统分析技术来分析观测系统在资料处理时对噪声的压制能力。分析方法是用地质模型模拟出与地质结构和其他地质信息无关单炮记录，然后进行叠加响应分析并输出每一个面元的信息，由于每一个共中心点（CMP）叠加面元中包含一定数量且具有不同炮检距和方位角的记录道，而炮检距和方位角对覆盖次数的贡献不同，面元内所有道CMP叠加就显示出了面元间的振幅变化。图1是不同接收线距（Lr）的观测系统产生的采集脚印，显示了不同Lr产生的采集脚印的强弱是不一样的，另外不同的滚动线距、激发线距（Ls）、道距等对采集脚印都有不同的影响，因此在进行复杂构造区观测系统设计时需要充分考虑各种因素对采集脚印的影响。

2 叠前偏移噪声分析

叠前偏移对偏移距和方位角的采样要求是非常高的，当地下数据的采样不足时，叠前偏移很容易产生假频（即偏移噪声），可能极大抵消叠前偏移方法自身的优越性，因此在观测系统设计中要做好对偏移噪声的压制。该次研究主要利用叠前时间（PSTM）和倾角时差（DMO）脉冲响应来分析三维观测系统对叠前偏移噪声的压制。

2.1 PSTM脉冲响应分析

PSTM脉冲响应分析技术是通过输入数据道上地下某点绕射，由炮点到绕射点、绕射点到接收点的传播路径脉冲旅行时进行叠前时间偏移归位处理，以此来检验观测系统中面元内炮检距与方位角的均匀性。图2是给定绕射点的脉冲响应，图3是3种观测系统产生的偏移噪声，可以看出，方案2（Lr＝160m，Ls＝200m）的偏移噪声最小。

2.2 DMO脉冲响应分析

DMO脉冲响应分析技术是通过对实际观测系统得到的合成数据进行三维DMO处理。DMO的加权覆盖次数能够较好地反映DMO脉冲响应。图4是3种观测系统的DMO脉冲响应，方案1（Lr＝120m，Ls＝200m）的偏移噪声明显强于其他2种，方案2（Lr＝160m，Ls＝200m）的偏移噪声最小，满足叠前偏移观测系统的设计要求。

图1 不同激发（接收）线距的采集脚印

图2 给定绕射点的叠前偏移脉冲响应

图3 PSTM脉冲响应

图4 DMO脉冲响应

3 基于射线追踪的三维地震照明分析

复杂构造区的三维地质模型，通常包括地层的起伏、缺失、尖灭、透镜体及各种断层等地质结构。三维复杂结构使得地下情况变得非常复杂，要准确追踪一条射线路经是非常困难的，且非常耗时。笔者主要基于Fermat原理和Snell定理对三维任意界面情况下的两点间射线追踪问题作了研究，并给出了三维逐段迭代射线追踪算法的计算方法，随后进行了三维介质下射线追踪计算。首先建立地质模型（图5），根据观测系统对目标层进行照明分析，得出目标层的覆盖次数是很不均匀的（图5（a）），然后根据炮检点射线的相互关系优选观测系统炮检点位置，可以使目标层的覆盖次数及照明强度基本达到均匀（图5（b））。从实际的采集资料也可以看出，优选炮检点后的剖面成像效果更好（图6）。

图5 基于射线追踪的三维地震照明分析

图6 优选炮检点位置前（a）、后（b）的剖面

4 结论

观测系统设计是一个比较复杂的过程，有一整套的设计流程，该次研究分析了采集脚印、叠前偏移噪声与观测系统参数之间的相互影响以及三维射线追踪的地震照明在观测系统设计中的应用，从中得出以下几点认识：

1）观测系统设计中合理的滚动距、线距和道距能有效压制采集脚印。

2）三维观测系统不规则的空间采样很可能导致严重的偏移噪声，从而降低叠前偏移的效果。从叠前偏移的需要出发进行观测系统设计，可以充分发挥叠前偏移技术优势，提高地震成像精度。

3）利用照明技术优选炮检点可以使共反射点（CRP）面元内随偏移距变化的覆盖次数和能量（振幅）分布均匀，提高地震资料的成像效果。

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