试验精确定义观测系统及施工方法的论述

任广智，李志伟，赵迪(吉林省煤田地质局物探队，吉林 长春 130033)

1 观测系统试验

在新地震勘查区施工前，首先需要做观测系统试验，确定区内使用的观测系统，具体实现方法是：设计地面布设排列长度Lx=1.5 L，(如已知区内构造走向，可垂直构造走向布置排列)其中L为单炮激发排列长度，预定试验参数：道距10 m，炮点距20 m，排列长度为L=950 m，96道接收，0偏移距。记录和回放长度为1s ,根据观测系统原理，观测系统图上斜线的投影既为对应的地质体反射段。激发时，使用同一井深，同一药量，同一检波组合，通过变换激发炮点和对应的不同排列长度激发3炮，所获地震原始记录分别为S1、S2、S3，且S1，S2，S3分别对应小号、中点和大号激发，并且使所获激发后的3炮原始地震记录反射波所对应的地质体反射段相同，目的为便于对测区同一地质体反射段不同的激发方式对有效波和干扰波进行分析研究。

该区通过试验所获3张原始记录如图1、图2、图3所示，下面对3张原始记录分别进行分析探讨和研究。

2 原始记录分析

2.1 S1原始记录分析

S1原始记录主要特征：记录上背景干净，有4层反射波，目的层齐全，时间出现在0.2～0.5s之间，信噪比较高，浅部出现多层折射波，且与有效反射波接近平行，视速度较大，接近有效反射波视速度，可判定为上倾激发，下倾接收，记录靠近炮点深部出现一组呈半扫帚状低频强面波干扰，该面波对近炮点道深部T4反射有效波1～12道干扰较严重，若要避开该低频面波对有效波的干扰，则必须采取激发炮点增大偏移距的方法，分析面波与有效波的不同点，有效波频率高且传播速度快，而干扰波(主要是记录深部的低频面波)频率低且传播速度慢，利用有效波与干扰波的这种速度差异，通过增大排列偏移距的技术方法，可以控制最近炮点的道不接收，达到有效波不受干扰的目的。这时通过S1原始记录特征分析计算，其需要增大的偏移距离：d=12×10 m=120 m。即只要激发炮点的偏移距为120 m，就可避开低频面波对近炮点深部有效波的干扰，从而取得最佳纪录。

该施工方法的短处是炮间距变大后，远炮点记录道能量衰减的快，波形变化大，后续资料处理叠加时将影响资料的信噪比，严重时可引起波形失真。具体施工时的技术解决方法是，可在地面增加激发井深和增加激发井的药量(能量)，即通过加大能量的方法，使远炮点道有足够的能量，从而解决和完善该施工方法的不足和缺陷。

2.2 S2原始记录分析

S2 原始记录主要特征：该记录所获目的层有效波齐全，且能量强，信噪比高，与S1不同的是低频干扰出现在记录中间的深部，其原始记录主要特征，小号道浅部出现较强高频折射波，干扰了有效波波，深部出现较弱低频面波干扰，大号道浅部折射波相对小号能量弱，对有效波干扰也较弱，但大号深部出现了较强低频干扰，该干扰幅度大，衰减快，且大号道低频面波干扰强度大大强于小号道。大小号合并后深部呈扫帚状不对称低频面波干扰。

施工时通过改变观测系统无法避开中部强干扰，技术上只能通过计算干扰波的频率和波长，利用改变地面检波组合距来压制低频面波干扰，或者根据干扰波的频率和波长，利用地面组合井，确定井组合个数及间距，来消除或压制强面波干扰，也可通过加大激发井深，增加激发能量(增加激发药量)来最大限度地压制低频面波，由于大小号深部面波能量不同，以上措施只能以消除大号深部强干扰面波为主，小号深部较弱面波可随即削弱，采取以上施工措施可取的背景干净的原始数据采集记录，达到提高资料采集质量的目的。

图1 S1小号激发显示的原始记录

图2 S2中点激发显示的原始记

图3 S3大号激发显示的原始记录

2.3 S3原始记录分析

该记录所获目的层有效波不全，小号道有效波被浅层强折射波干涉淹没而见不到有效波，由于接收方式变为下倾激发，上倾接收，小号近炮点的道接收不到浅层有效波，且浅层折射波与有效波成角度相交并干扰有效波，可判定为下倾激发，上倾接收，与S1、S2不同的是该记录上小号道T1有效波有30道接收不到，T4有效波近44道接受不到，即记录上只有51道接收到有效波。小号道记录上有效波的丢失，造成不能满足后续资料处理时的叠加次数要求，同时将严重影响资料后续处理的信噪比和保真度。所以该施工方法在地面上无法用组合检波、激发井组合和加大激发井深等方法，来达到使记录上有效波全部接收的目的，该激发方式的观测系统不合适本区施工。

如果利用该观测方法施工，只能使用半个排列激发接收。减少半个排列后施工，既达不到设计叠加次数的要求，又将严重影响施工效率，且延长施工期，不符合既能加快生产效率又能提高质量的最佳目标要求。

3 确定本区的变观施工参数的理论分析计算

3.1 适合本区的观测系统参数

通过三张记录分析计算，可认为最佳施工观测系统为端点(上倾)小号激发，下倾大号接收，且应选择最佳偏移距参数，即偏移距等于120 m为最佳，其它可按预定试验参数不变。使用该观测系统在野外施工时，技术上必须采取，增加激发井深，以减弱强面波干扰，并适当增加激发井使用的药量，以增加和突出有效波的能量，使强干扰面波压制到最低。使野外采集质量达到最佳的目的。

3.2 炮点向小号变观时对偏移距的限制

野外施工时，当炮点遇有障碍物，炮点需避开障碍物激发，这时依据变观原理，变观炮必须保证所设计的覆盖次数不变，达到填平补齐，这时变观炮点既可向测线大号方向移动，也可向测线小号方向移动，但需要变观炮的反射段与原炮点对应不变，变观炮距离开原炮点的距离计算公式为：偏移距离= S=20(n-1)+10，(S为变观炮点离开原炮点的距离，n为变观的炮数)当向小号变观时，理论上只要排列无限长，参数 n可以无穷大，但当n太大时，远炮点信号变弱，后续资料处理阶段，将使有效波信号发生畸变，严重影响信号的保真度和信噪比，进而影响资料解释精度。这时需要对排列长度进行限制，根据有效波的衰减规律，可按80原则计算，96×(1-80%)=19.2=19道，即大号可以增加19道，这时需增大偏移距到180 m，单侧为90 m，利用公式S=20(n-1)+10计算，n=5，即该偏移距可以最多连续向一侧避开5炮障碍物的炮点。即需要向上倾变观时，偏移距d=120 m+180 m=300 m(d为变观炮点偏移距)。

3.3 炮点向大号变观时对移动距离的限制

根据三炮记录的分析，变观炮应尽量向上倾小号方向变观，其极限偏移距离为90 m，但当障碍物范围大于90 m时(大于5炮距离)，若再向小号增大变观炮距离，虽然不会减少覆盖次数，但由于传播距离过大，远距离信号道将变弱且发生畸变，后续资料处理时可引起有效波畸变，不能保证资料处理的高保真度。这时就要考虑向大号方向变观，变观炮离开原炮点距离则由100 m，间隔20 m到0 m。0偏移距接收变观时，从图3记录看出，T1有效波大号仅有51道能接收到。所以排列上大号道最多保留51道。即向大号变观时，变观距离由100 m到0 m，接收由单边小号96道接收，到0偏移距大号51道、小号45道不对称中点接收为极限。经计算，当变观炮偏移原炮点的最大距离S=310 m，利用S =20(n-1)+10，计算n=16，即最多可变观16炮。

综上所述，通过试验调查所获原始记录的分析和计算，可绘制出本区施工变观参数图表1，由图表看出，只要确定了障碍物内的炮点变观需要移动的距离，就可以通过施工变观参数表，迅速查到对应的变观炮的观测系统类型，由施工变观参数表可看出，表中每一炮对应一种变观类型(Pz为正常炮除外)，向小号最多可变观5炮，向大号最多可变观16炮，最多有21炮的变观范围可供避开障碍物选择，既达到施工的目的又能保证记录的叠加次数。

表1 变观参数表

本区通过对试验记录的分析计算编制成变观参数表(见表1)，该表可以快速选择变观参数，便于野外施工时仪器快速选择变观参数使用，给施工带来极大方便，可大大提高施工生产效率。

4 结语

通过以上论述可知，要在任何一个地面障碍物较多，且地震地质条件相对较复杂的新勘查区，如果既要保证施工效率，又要保证原始资料在浅、中、深层有足够的叠加次数，并且使所采集的数据资料满足高信噪比、高分辨率、高保真度。施工前必须首先展开野外观测系统试验调查，通过试验调查对获取的原始记录进行定性和定量精确分析计算，并且要充分考虑和兼顾数据的采集质量和施工效率两者之间的关系，最终确定本区最佳观测系统及施工的精确采集参数，确保达到技术设计的质量要求，以高质量、高效率完成野外原始资料采集的目标任务。