基于实际数据地震属性的观测系统评价方法

许银坡,白志宏,潘英杰,倪宇东,邹雪峰,伊鸿斌,刘丽丽

(中国石油 东方地球物理公司，涿州 072751)

0 前言

地震勘探是油气发现和增储上产的最主要技术手段，地震采集设计是能否实现地质目标有效探测的关键技术。随着勘探程度的不断提高，很多探区已经进入了二、三次等多期次勘探阶段，发现大油田、新油田的难度越来越大，隐蔽油气藏已成为地球物理勘探工作者的主要目标。对于隐蔽油气藏探区的老资料，由于受早期采集技术和地震资料品质等的影响，虽然通过各种处理方法使原有地震资料的品质有所改善，但不能从根本上满足现阶段地质目标的任务。

地震采集中观测系统设计方案评价是一个重要的环节。国内、外的主流地震采集设计软件(包括KLSeis、GMG、OMNI、Mesa)基本上都是基于参数驱动或模型驱动，主要以CMP面元属性分析为主，按照炮检距、覆盖次数、方位角的分布均匀性进行分析；CRP面元属性分析、地震照明分析、叠前分析作为辅助性分析手段[1-14]。

为了提高观测系统设计的合理性，近年来许多学者在基于地质模型的基础上提出了观测系统优化设计方案[15-24]，其中一些学者提出了不同的炮点变观设计思路：董良国等[25]利用地震波照明分析得到CRP意义上的能量分布，综合分析目的层照明能量分布曲线，确定最佳排列长度和加密炮范围；朱金平等[26]将该方法进一步发展到了三维模型;赵虎等[27-28]提出了采用最小值法和加炮前后目的层能量均匀性( 方差)为标准加密炮点，提高目的层阴影区成像质量；许银坡等[29]针对地表和地下地质条件欠佳的复杂地区的目的层能量分布不均匀问题，提出利用均值能量比系数和距离能量比系数计算备选激发点对能量最小区域的照明能量选择加密炮点。上述方法均是采用建立地质模型，利用射线追踪或波动方程计算目的层照明能量，但是由于地质现象的复杂性，特别是一些特殊的地质现象(高陡倾角、逆掩推覆、断层、裂缝等)，准确构造建模难度大，不能有效地刻画复杂构造目的层照明能量和加密设计观测系统的炮点，在实际应用中都存在着一定的不足。

对于简单构造勘探，上述的基于理论公式计算或地质模型驱动的参数设计基本能满足勘探的要求，但对当前的岩性、复杂构造、剩余油气等隐蔽性油气藏的勘探已无法满足，迫切需要采集设计方法能够分析不同采集参数与观测系统方案对隐蔽性地质目标体的成像效果，提高复杂构造和小断层成像清晰度和精度。

目前各油田多为勘探开发的高成熟区，基本上为三维所覆盖，具有丰富的以往2D、3D地震数据，但这些资料在实际的采集设计过程中往往很少被采用，可以说以往不同年度的地震资料包含众多的野外采集信息，因此充分利用已有资料(大量二维、三维地震数据和表层调查资料)，优化二次或三次三维地震采集方案是非常必要的，从而实现对采集参数的精细设计与优化，提高设计方案和采集参数的科学性、合理性和针对性，改善目的层阴影区的成像质量，提高新采集项目的勘探精度，为面向目标勘探、油藏开发的二次和三次地震资料采集提供技术支撑和分析工具。为此，笔者提出了基于实际地震数据驱动的地震属性观测系统评价方法，在不同道集数据上建立时-空变的能量、频率等地震属性与炮检距的关系曲线(量板)，通过量板定量分析不同观测系统设计方案的采集“脚印”分布规律，提高复杂地区地震资料的信噪比和保真度。

1 方法原理

通过利用探区已有的实际地震数据计算新设计的观测系统中每个共成像点的地震属性值，根据共成像点属性值的分布选择最优的观测系统。本方法通过以下步骤实现：

1)收集探区已有的原始地震资料，根据探区地质任务设计几种观测系统，通过模拟放炮得到每一个共成像点的炮检距分布。

2)对探区根据地表特征(山地、丘陵、河流、湖泊、平原、海洋、湿地、沙漠、城镇等)进行划分，每个区块从原始资料中选取能代表区块特征的炮集或者共成像点道集，该炮集或者共成像点道集应包括最大的炮检距，且炮检距分布均匀。

3)在地震记录上用时窗选定所要研究的地震波(反射波、面波、折射波或者多次波),计算每一道在选定时窗内的地震属性值(能量、主频或者信噪比等属性)。

4)利用中值滤波对步骤3)中求出的属性值进行滤波，对滤波后的属性值根据炮检距拟合，求取地震属性拟合公式，建立不同炮检距与分析的地震波(反射波、面波、折射波、多次波等)属性(能量、频率、信噪比等)的关系曲线(量板)。

5)对步骤1)设计的观测系统模拟放炮得到的每个共成像点，按步骤4)的拟合公式计算每个炮检距对应的地震属性值，将每个共成像点所有的地震属性值求其均值，即为每个共成像点的地震属性值。

6)计算步骤1)设计的观测系统的地震属性值分布的标准方差，如果新设计的观测系统共成像点属性值分布的标准方差越小，表明该观测系统共成像点的地震属性值波动范围越小，分布越均匀，为最合理的观测系统。

本方法在观测系统设计过程中充分与探区以往的地震数据相融合，根据观测系统共成像点属性值的分布选择最优的观测系统，为观测系统评价提供了一种更科学、定量的评价方法，减少了观测系统选取不合理产生的“采集脚印”，提高了复杂地区地震资料的采集效果。

2 实例

2.1 实例1

收集某探区已有的原始资料，根据探区的地质任务初步设计了两个观测系统(图1、图2)，对设计的观测系统模拟放炮，得到每一个共成像点的炮检距分布。

该探区为平原，从原始资料中选取能代表整个工区特征的炮集，如图3所示，中间放炮，接收线上480道，道距为20 m。拾取目的层反射波(红色双曲线)，如图4所示。

图1 探区设计的12线4炮120道正交观测系统1Fig.1 12 lines 4 shots 120 channels orthogonal survey 1 designed in exploration area

图2 探区设计的12线24炮120道正交观测系统2Fig.2 12 lines 24 shots 120 channels orthogonal survey 2 designed in exploration area

图3 选取的炮集记录Fig.3 Select shot records

图4 拾取反射波Fig.4 Pick up reflected waves

图5 时窗内炮点右边接收道均方根能量拟合曲线Fig.5 Mean square energy fitting curve on the right receives of shot point in the window

图6 时窗内炮点右边接收道主频拟合曲线Fig.6 Main frequency fitting curve on the right receives of shot point in the window

图7 探区观测系统1和观测系统2共成像点均方根能量叠加平面图Fig.7 Co-imaging point root mean square energy superposition plan of survey 1 and survey 2(a)观测系统1;(b)观测系统2

图8 探区观测系统1和观测系统2共成像点主频叠加平面图Fig.8 Co-imaging point main frequency superposition plan of survey 1 and survey 2(a)观测系统1;(b)观测系统2

图9 选择的炮集记录和拾取反射波Fig.9 Select shot records and pick up reflected waves(a)炮集记录;(b)拾取反射波

图10 炮检距与能量的关系曲线Fig.10 Curve of the relationship between offsets and energy

图11 方案1和方案2共成像点能量分布Fig.11 Scheme 1and Scheme 2 co-imaging point energy distribution(a)均值0.051 8，方差0.023;(b)均值0.007 3，方差0.008 2

计算炮点右边接收道每一道在选定时窗内的均方根能量和主频，利用三点中值滤波对求出的均方根能量和主频进行滤波，滤波后均方根能量和主频分别如图5和图6中“·”所示，对滤波后的数据拟合，最大炮检距为4 780 m。对设计的观测系统模拟放炮得到每个共成像点炮检距的分布，按上述的拟合公式抽取对应的均方根能量(或主频)，求取每个共成像点均方根能量(或主频)的均值，即为每个共成像点的均方根能量(或主频)。

观测系统1和观测系统2的共成像点均方根能量叠加见图7，共成像点主频叠加见图8。

比较设计的两个观测系统共成像点均方根能量和主频的分布，观测系统2中的均方根能量分布图7(b)和主频分布图8(b)，比观测系统1中对应的图7(a)和图8(a)中出现的采集“脚印”强。计算两种观测系统地震共成像点属性值分布的标准方差，观测系统1对应的共成像点均方根能量标准方差为0.186 3，主频的标准方差为0.293 2，观测系统2对应的共成像点均方根能量标准方差为0.236 1，主频的标准方差为0.312 4。观测系统共成像点属性值分布的标准方差越小，表明该观测系统共成像点的地震属性值波动范围越小，观测系统共成像点属性值分布越均匀，则该观测系统设计的更合理。观测系统1对应的共成像点均方根能量和主频的标准方差，分别比观测系统2对应的共成像点均方根能量和主频的标准方差小，因此使用观测系统1采集更合理。基于此，该探区最终采用了观测系统1的设计方案，经过野外生产试验效果良好。

2.2 实例2

在原始炮集数据目的层上拾取反射波，如图9所示，在给定的时窗内计算每一道均方根振幅，建立炮检距与均方根振幅的关系曲线，如图10所示，颜色代表对应道的均方根振幅。探区设计的两种观测系统，方案1为28线3炮234道正交观测系统，覆盖次数为182次，最大炮检距为5 721.71 m，方案2为30线3炮240道正交观测系统，覆盖次数为300次，最大炮检距为5 960.03 m，对设计的观测系统模拟放炮，得到每一个共成像点的炮检距分布。

利用图10所示的能量曲线量板，分别对设计的两种观测系统方案共成像点各炮检对取值并叠加，得到每一个共成像点的属性值，方案1和方案2共成像点能量分布如图11所示，颜色代表共成像点的能量均值，红色能量均值大，蓝色能量均值小。

图12为工区的地形图，工区地势东南、西北高，中间低，总体呈两山夹一河的地势，在中条山和仙公山，目的层的能量较弱，覆盖次数较低，在沁河区域，容易激发和接收，覆盖次数较高，目的层能量较强，根据探区已有资料进行分析，图13为该工区观测系统共成像点覆盖次数，由图13可以看出，在中条山和仙公山，覆盖次数较低，在沁河区域，覆盖次数较高。图14为观测系统共成像点能量分布，在中条山和仙公山，目的层的能量较弱，在沁河区域，目的层能量较强。因此该方法能充分利用探区已有资料，对观测系统的属性值分布进行评估,以选择合理的观测系统。

3 结论

笔者提出了基于实际地震数据驱动的地震属性的观测系统设计评价方法，主要方法为：选择不同类型的地震波，建立时-空变的能量、频率等地震属性与炮检距的关系曲线(量板)，通过量板定量分析不同观测系统设计方案的采集“脚印”分布规律，提高复杂地区地震资料的信噪比和保真度。该方法在辽河油田、大港油田、华北油田等地区的高精度地震勘探中的应用表明，显著提高了观测系统设计方案的科学性和合理性，获得了较好的地震资料。

图12 工区地形Fig.12 Area topography

新方法无需构建地质模型，可用于地表障碍区地震资料缺失评价、加密方案优化设计等，有效地优化了三维观测系统方案设计，针对岩性、复杂构造、深潜山、缝洞储集体等油气藏的预测符合率均得到明显提高，为面向目标勘探、油藏开发的二次和三次地震资料采集，提供技术支撑和分析工具。

图13 覆盖次数Fig.13 Folds

图14 共成像点能量分布Fig.14 Co-imaging point energy distribution