浅层地震过障碍变观设计软件的研制及应用①

何银娟

(中国地震局地球物理勘探中心,河南 郑州 450002)

浅层地震过障碍变观设计软件的研制及应用①

何银娟

(中国地震局地球物理勘探中心,河南 郑州 450002)

摘要:为提高过障碍变观设计的效率,利用C++编程语言开发出一个浅层地震过障碍变观设计软件,以提高过障碍变观的方便性和效率。当勘探中遇到地表障碍时可以利用此软件灵活变观,使地震测线跨越障碍物(江河、高速公路等),以保证反射同相轴能连续追踪对比。经实际应用,该软件效果较好,能够辅助数据采集人员在采集现场快捷地进行地震勘探过障碍变观设计,从而保证地震资料的质量。

关键词:浅层地震勘探; 数据采集; 观测系统; 障碍物

0引言

在浅层地震勘探中,地震测线经常会不可避免地遇到江河、公路、城镇等障碍,在这些障碍测段不能布设震源激发点或检波器接收点,从而造成测线缺炮或缺道。当遇到这些障碍时,需合理地改变观测系统(简称变观),以尽量减小障碍的影响,保证数据采集的质量[1-2]。在以往的野外数据采集中,浅层地震过障碍变观设计一般是照搬以往经验,或手工绘制多种变观方案,最终择优选择。这些做法在一定程度上解决了过障碍变观设计的问题,但随着地震勘探要求的提高以及生产规模的扩大,变观设计过于依赖个人经验、手工绘制观测系统繁琐、效率低的弊端逐渐显现。

目前,现有地震观测系统设计软件和过障碍变观设计新方法、新技术多面向油气等三维地震勘探发展[3-7]。然而在浅层地震勘探中[8-10],勘探目标、地表条件和测线遇到的障碍类型与油气等勘探领域有所不同,障碍规模和对数据采集的影响程度等也有很大区别,因此现有观测系统设计软件应用于浅层地震勘探过障碍变观设计时存在针对性不足的问题。此外,测线遇到的障碍,其准确位置和规模一般是在采集现场经测量确定,需要变观设计能在现场快速完成,这就要求软件交互性好、操作便捷。鉴于此,作者开发出一个浅层地震过障碍变观设计软件,在浅层地震野外勘探现场,当测线遇到地表障碍时,可以利用此软件快速地进行过障碍变观,以辅助野外生产顺利进行并得到好的地震资料。

1软件功能介绍

软件既具有绘制观测系统图的基本功能,更具有进行观测系统过障碍变观设计的功能。现将其特点和功能介绍如下。

(1) 软件利用C++编程语言实现,将手工绘制过障碍变观方案的做法改为利用计算机程序实现,极大地提高了过障碍变观设计的效率。

(2) 软件界面介绍

软件界面如图1所示,主要包括菜单栏、观测系统参数设置及变观设计面板、观测系统图形显示区三部分,观测系统参数设置及变观设计面板可以自由拖动。

图1　软件界面Fig.1　Interface of the software

(3) 观测系统图的绘制及显示设置

软件采用综合平面图法绘制并显示地震观测系统[11],通过在观测系统参数设置及变观设计面板中设置炮点位置、排列首道位置、炮点步长、排列步长、道数、道间距等观测系统参数(图2红色矩形框内),并使用“滚动”按钮等可以绘制出观测系统图。图3给出了利用软件绘制观测系统图的示例,图中绘制了28炮反射地震排列的观测系统图。

观测系统图的显示设置主要通过观测系统参数设置及变观设计面板中黄色矩形框部分(见图2)控制。可以对观测系统的炮号、测线桩号、桩号标注间隔、实际覆盖次数及参考覆盖次数等的显示进行设置(图3)。

图2　观测系统参数设置及变观设计面板Fig.2　The window of parameters setting and geometry-variable design

图3　观测系统图的绘制及显示设置Fig.3　Drawing and display setting of geometry graph

(4) 障碍测段的设置及利用软件实现过障碍变观设计

通过调查和研究,将浅层地震勘探中遇到的障碍归纳为三种类型:①能激发震源,但不能放置检波器,如过马路或公路;②不能激发震源,能埋置检波器,比如窄巷等;③不能激发震源,也不能埋置检波器,如河流、高速公路等。实际工作中,障碍的类型、位置及宽度通常是在数据采集前经实际测量得到。确定了障碍类型及宽度后,在观测系统参数设置及变观设计面板中输入障碍段首道位置和障碍段末道位置(图2蓝色矩形框部分),单击“确认”后障碍测段将变成无效排列段,其对观测系统造成的影响将实时显示在观测系统图中。以某测线为例,测线道间距2 m,接收道数120道,炮间距8 m,测线桩号320～344 m之间为一座桥,故在此测段既不能布置检波器也不能激发震源,障碍对排列造成的影响如图4所示。从图中可以看出,受障碍影响,障碍测段及两侧观测系统的覆盖次数明显降低,这将导致数据采集质量变差。

利用软件提供的滚动、补炮、重绘、撤消等功能可对观测系统进行过障碍变观,实际覆盖次数将根据观测系统的改变实时统计和显示。针对图4中障碍测段,利用本软件进行过障碍变观后观测系统图见图5(图中参考覆盖次数为施工设计的15次覆盖)。变观后障碍影响范围内共中心点位置的实际覆盖次数基本上都达到了施工设计的覆盖次数,而且没有增加过多的生产炮,避免了盲目变观造成的数据采集成本的浪费。

图4　障碍段对排列的影响Fig.4　Impact of the obstacle on the receiving array

图5　利用软件进行过障碍变观后的观测系统Fig.5　Geometry after obstacle-crossing geometry-variable design using the software

(5) 文本文件的读取、保存与观测系统图形的输出。对于已有的观测系统参数文件(支持.txt格式),软件可以读入并绘制观测系统综合剖面图,同时也可以将设计好的观测系统图保存为栅格图形文件和矢量图形文件,并将观测系统参数保存为文本格式文件(如图6)。

(6) 其他功能。软件还具有为观测系统图添加备注信息及调整观测系统图的位置、大小等功能。

图6　输出的观测系统参数文件Fig.6　The output file of geometry parameters

2软件应用实例

为说明软件的实用性,以软件在某实际测线上的应用为例加以描述。该测线桩号1 197～1 296 m的测段为高速公路,不能激发地震波,也不能布置检波器接收地震波,此障碍段对正常观测系统的影响见图7(a),可以看出,震源激发点和检波点的缺失导致障碍段及两侧覆盖次数明显降低。采用图7(a)观测系统进行数据采集,得到地震叠加剖面[图7(b)],受障碍影响,地震剖面上出现“W”形缺口;桩号957～1 548 m间剖面信噪比降低;剖面资料出现明显缺失(图中箭头所指),导致反射同相轴的连续性变差。

图7　受障碍段影响的观测系统及对应的地震叠加剖面Fig.7　The geometry affected by obstacle and corresponding seismic stacked section

为了尽量减小障碍的影响,在数据采集现场利用作者开发的过障碍变观软件设计出变观方案[图8(a)]。从图8(a)可以看出,变观后障碍测段及两侧覆盖次数基本上达到了施工设计要求,覆盖次数变化较均匀。采用图8(a)观测系统进行数据采集,得到地震叠加剖面[图8(b)],可以看出,变观后虽然由于小偏移距地震道数据的缺失,障碍测段“W”形缺口仍存在,但地震剖面信噪比得到提高,资料缺

图8　利用浅层地震过障碍变观软件设计的观测系统及对应的地震叠加剖面Fig.8　The geometry designed by shallow seismic obstacle-crossing geometry-variable software and corresponding seismic stacked section

失情况也得到了很大程度的改善,反射同相轴连续性变好,这说明利用过障碍变观软件设计的观测方案有效改善了地震数据采集的质量。

3结论

浅层地震勘探中经常会遇到地表障碍,这些障碍将会造成地震数据的缺失和地震剖面信噪比的降低,为此在采集现场快速有效地进行过障碍变观非常重要。作者实现的软件可以作为过障碍变观设计的辅助软件,当野外数据采集过程中遇到地表障碍时,利用软件对障碍的影响范围和程度进行实时分析,并针对障碍的具体情况灵活变观,设计出合理的过障碍观测系统,以获得较好的勘探效果。软件功能和界面主要依据浅层地震勘探的特点设计,方便易用。在多个勘探工区中,应用此软件进行过障碍变观设计,取得了较好的应用效果。此外,该软件具有可扩展性,可以根据实际工作的需要对软件的功能进行完善、升级,使其更好地发挥作用。

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Development and Application of a Shallow Seismic Obstacle-crossing Geometry-variable Design Software

HE Yin-juan

(GeophysicalExplorationCenter,CEA,Zhengzhou450002,Henan,China)

Abstract:In shallow seismic field data acquisition,the seismic line frequently encounters obstacles such as rivers,bridges,or towns.Sources or geophones cannot be placed at such places,which can cause the loss of seismic sources or seismic traces.When encountering obstacles,the geometry must be appropriately modified in order to obtain a continuous tracing contrast of reflection events from underground interfaces.Existing seismic geometry design software is not sufficient for shallow seismic exploration,therefore,in most work areas,geometry-variable design must be hand drawn.In response to this situation,we developed a shallow seismic obstacle-crossing geometry-variable design software using C++programming language.This software is developed specifically for shallow seismic exploration and is practical and easy to use.The software contains the basic function for drawing a geometry graph,as well as a function for designing obstacle-crossing variable geometry.When the seismic line encounters obstacles,field workers can use this software to design obstacle-crossing geometry to ensure that the seismic line acquires good quality data while going over the obstacle.We used this software to execute an obstacle-crossing geometry-variable design in a practical seismic exploration,subsequently,we contrasted and analyzed the seismic stacked section before and after using the geometry-variable design.Before using the geometry-variable design,the loss of seismic sources and seismic traces resulted in a decrease in the fold number,a decrease in the signal-to-noise ratio of the final stacked section,loss of data,and poor continuity of the reflection events.After using the geometry-variable design software developed by author,the signal-to-noise ratio of the final stacked section was improved,and the continuity of the reflection events were significantly better.This application example indicates that the obstacle-crossing geometry designed by this software can effectively improve the quality of seismic data.Based on our results,we conclude that this software is helpful for field data acquisition.

Key words:shallow seismic exploration; data acquisition; observation system; obstacle

收稿日期:①2015-09-16

基金项目:中国地震活动断层探察-华北构造区项目(200908001);中国地震局地球物理勘探中心青年基金项目(YFGEC2014001)

作者简介:何银娟(1984-),女,工程师,主要从事反射地震勘探数据采集和处理工作。E-mail:heyinjuan2006@163.com。

中图分类号:P631.4

文献标志码:A

文章编号:1000-0844(2016)03-0478-07

DOI:10.3969/j.issn.1000-0844.2016.03.0478