谈空间采样对地震勘探资料的影响

王 伟

(山西省地球物理化学勘查院，山西 运城 044004)



谈空间采样对地震勘探资料的影响

王 伟

(山西省地球物理化学勘查院，山西 运城 044004)

介绍了空间采样的设计原则，从分辨率、静校正、动校正与速度分析、叠加和偏移等方面，分析了空间采样对地震勘探资料的影响，指出在资料采集阶段应采用高密度空间采样，从而提高地震勘探的精度。

空间采样，地震勘探，分辨率，地震资料

道间距(空间采样)是埋置在测线上相邻检波器的距离，在设计时除了遵循以下原则，即：时间剖面上反射波不出现空间假频；防止偏移时产生偏移噪声；叠前二维滤波应在野外记录上不出现空间假频；满足横向分辨率的要求，还应该考虑道间距对分辨率、静校正、动校正与速度分析、叠加和偏移等的影响，下面就道间距对其影响进行简要分析。

1 空间采样对分辨率的影响

1)横向分辨率。横向分辨率也叫水平分辨率或空间分辨率，是指沿水平方向所能分辨的最小地质体的宽度。在水平叠加时间剖面上，一般用第一菲涅尔带直径作为横向分辨率，可用公式表示为：

其中，R为第一菲涅尔带半径，m；v为平均速度，m/s；fdom为目的层反射波主频，Hz；t0为双程反射时间，ms。

提高横向分辨能力的办法是提高频率和进行偏移归位使绕射波收敛。小尺度地质体客观要求在其尺度内有至少3道的采样点，所以道间距直接影响横向分辨率。

2)纵向分辨率。根据弹性波的运动学特征，纵向分辨率定义为地震主波长的1/4，即：

Δh=λ/4=vint/4fdom。

其中，Δh为分辨地层厚度，m；λ为地震主波长；vint为地层的层速度，m/s；fdom为地震波主频，Hz。

由上式可知，当道间距选取满足空间采样定理时，纵向分辨率仅与勘探目标的层速度和激发地震波的主频有关，与道间距没有直接关系；当道间距过大时，不满足最高无混叠频率要求的部分在处理过程中会产生假频和处理噪声，直接造成信噪比降低，从而掩盖有效分辨能力，表现为视觉分辨率降低；小道间距利于提高偏移剖面的能量和信噪比，其中高频端信噪比的提高，正是小道间距提高实际资料视觉分辨率的原因。可见，小道间距本身并没有提高纵向分辨率，提高纵向分辨率的实质是水平叠加多次覆盖优势的隐含体现，是通过面元叠加提高高频端信噪比，进而提高纵向分辨率。

2 空间采样对静校正的影响

1)对初至折射波静校正的影响。由于折射波速度求取采用对测线上各炮集的初至时间分段(层)线性拟合的方法，客观上就要求在每一层段有足够多、足够密的控制点，也就是要求道间距要小、覆盖次数要高。这一要求对横向变化剧烈的地表结构(如地表起伏剧烈、隐冰冻层或高速层出露地区)尤为重要，在这些地段道间距过大时，很容易导致相邻两道的时差超过一个地震子波波长时间，给初至波的拾取带来困难；另一方面是控制点数减少，会严重影响与地震道相关性有关的初至波拾取方法的准确性，从而降低静校正量计算精度。因此，在地表起伏剧烈或表层速度横向变化较大的地区，小道间距是保证静校正效果的重要因素。

2)对层析静校正的影响。层析静校正是利用初至波(或者是初至波的一部分)反演表层低速带速度结构并据此计算静校正量的方法。现在比较常用的层析静校正为非线性层析静校正。非线性层析静校正利用的是初至折射波的所有信息，能够更加精确的反演表层结构静校正模型，计算中涉及到相关统计和迭代，所以对地形起伏较大或横向速度变化大的表层结构，道间距越小，反演的表层结构越精确，静校正效果越好。

由图1～图4的对比可见，用小道间距炮集记录计算静校正量应用于单炮处理的静校正效果明显较好，相应的叠加剖面效果也明显较好。因此，高密度空间采样有利于提高层析静校正的精度。

3 空间采样对动校正与速度分析的影响

速度分析与动校正在地震数据处理过程中是交互进行的，动校正量的大小与速度的高低相对应。纵波的反射双曲方程为：

其动校正量的计算公式为：

其中，t(x)为炮检距处的反射波旅行时间，s；t(0)为共中心点的自激自收时间，s；x为炮检距，m；v为叠加速度，m/s。

对于水平层状介质，上式可转化为：

一般取二阶近似，即：

对于单一倾斜层：

对任意介质：

其中，vrms为均方根速度，m/s；φ为地层倾角；vNMO为动校正速度，m/s。

由此可见，动校正量的大小与炮检距和介质速度有关。对于固定的x，无论道间距(Δx)如何变化，对于同一CDP点的动校正量是相同的，不会产生相应的精度变化。因此，动校正与道间距无关。

速度分析与动校正是一体的。例如设第i道的动校正时差为：

则：

即动校正速度vNMO与Δti和空间坐标点有关。速度分析的影响因素(精度，分辨率)包括：炮检距、叠加次数、信噪比、切除、速度采样、时窗宽度、相干属性、近地表异常、频谱宽度。因此，与动校正一样，速度分析与道间距Δx无关，但可以通过提高速度谱的横向分析密度来提高速度的横向精度，这对勘探目标尺度较小或倾角较陡时极为重要。

对于三维情况，因涉及到面元定义的划分，当道间距变化时，覆盖次数会发生相应变化，从而引起速度谱的差异，而若要保持面元不变，则道间距增大时，面元覆盖次数降低，势必影响速度分析精度。

5 m×5 m覆盖次数变化，道间距变大时(10 m→20 m→40 m)，覆盖次数递减(32次→16次→8次)，速度谱能量团聚焦性变差；覆盖次数不变(32次)，面元变化，道间距变大时(10 m→20 m→40 m)，面元变大(5 m×5 m→5 m×10 m→5 m×20 m)，速度谱能量团聚焦性变差。由此可见，道间距变化对三维速度分析有直接影响。在相同面元情况下，小道间距利于提高覆盖次数，从而利于提高三维速度分析精度。

4 空间采样对叠加的影响

叠加是将来自不同炮点、检波点的同一反射点数据进行叠加。由于空间采样间隔的缩小，这些来自不同炮集的地震道形成同相叠加的可能性会更大，有利于地震原始频带宽度的保持，减弱非同相叠加造成地震频带的降低，高频的损失。道间距增大，通放带变窄，边界频率降低，因此小道间距有利于提高分辨率。但这一改善与叠加过程无关，因为叠加在数学上与空间采样间隔无关，只是简单的物理加强，提高地震信号的信噪比，压制随机噪声。

5 空间采样对偏移的影响

地震资料偏移成像处理是地震偏移处理中非常重要的步骤。其求解过程是以地面接收的地震资料为初始条件，通过地下速度场，反演出地下形态；应用偏移成像处理使绕射波得到收敛，干涉波得到分解，倾斜层得到归位；最终正确地反映出地下的构造形态，为地震资料的解释提供可靠的依据。空间采样对偏移成像有如下影响：

1)横向分辨率:道间距与偏移剖面的横向分辨精度成线性正比关系。加密道间距，可以显著改善横向分辨率。

2)假频问题:假频与原始采样(道间距)有关，与具体偏移方法没有关系。x轴采样间隔Δx越小，不出现假频的最大频率fmax和地层倾角θ越大。只要道间距满足下式就不会出现假频：

3)频散问题:频散现象主要由有限差分方法形成，因为微分算子和差分算子在高频上并不一致。道间距越大，频散现象越严重。

4)信噪比：对于Kirchhoff积分偏移，道间距越小，剖面信噪比越高。对于其他偏移方法，道间距与信噪比并没有直接关系。

5)偏移过程中的信息量：从统计规律看，参与统计的量愈大，统计结果愈正确。由于偏移结果依赖于若干点的统计效果，因此，在同等条件下，参与偏移的信息越多，偏移结果愈准确。显然，道间距愈小，对偏移效果的影响愈小。

图5为半圆形向斜模型，采用不同道间距接收的叠后偏移时间剖面，可以看出：向斜底部都能正确成像，而侧面不能成像，道间距变大时效果更差，主要是能到达地表的向斜两侧的有效信息能量太弱；道间距增大，空间采样不足所引起的假频增多；道间距增大，偏移剖面能量减弱；拐点画弧现象严重，主要与叠后Kirchhoff偏移算法有关。因此，道间距过大对偏移的影响主要体现在产生的空间假频可能在地震信号的有效频带内、速度场较难准确建立、计算中的横向误差较大及偏移信息量变少等方面。而小道间距有利于做好叠前深度偏移，主要因为相同孔径内，参与成像的有效信息增多，这一点对小尺度或陡倾角勘探目标尤为重要；有利于准确的表层结构静校正；有利于准确的速度建模，特别是浅层速度求准，才能避免上层速度误差下传；有利于克服空间假频对偏移效果的影响；有利于提高横向分辨率。

6 结语

通过对空间采样影响因素的分析，可以得出空间采样间隔的减小对地震资料的分辨率、资料处理流程中静校正、动校正与速度分析、叠加和偏移等方面都有好的影响。通过实例对比和数值模拟分析，减小空间采样间隔也都能取得好的效果。因此，在资料采集阶段应采用高密度空间采样，来提高地震资料的品质，提高地震勘探的精度。但随着空间采样密度的增加，同时也带动勘探成本的加大，如何实现两者间的最佳平衡，结合地质任务的要求，值得深入研究。

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[4] 熊 翥.地震数据处理应用技术(修订版)[M].北京:石油工业出版社,2008.

Discussion on the influence of spatial sampling to seismic exploration data

Wang Wei

(ShanxiGeophysicalandChemicalExplorationInstitute,Yuncheng044004,China)

This paper introduced the design principle of spatial sampling, from the resolution, static correction, velocity analysis and dynamic correction, stacking and migration and other aspects, analyzed the influence of spatial sampling to seismic exploration data, pointed out in data collection stage should use high density spatial sampling, so as to improve the accuracy of seismic exploration.

spatial sampling, seismic exploration, resolution, seismic data

1009-6825(2016)27-0083-03

2016-07-15

王 伟(1978- )，男，硕士，工程师

P631.34

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