三维地震采集观测系统的优化设计及应用效果

包洪刚

(中国石化石油工程地球物理有限公司科技研发中心，江苏南京 210000)

随着油气勘探程度的增加，勘探难度不断加大，地震勘探正面临诸多挑战，一方面精细的地质目标要求地震采集的精度尽可能提高，另一方面随着地震勘探程度的日益加深，在地震资料的采集过程中，面临越来越多的村庄、城镇、养殖区等大型障碍物［1］。

三维观测系统设计及其属性分析研究是地震数据采集的一个重要环节，其中观测系统属性分析中炮检距分布的合理性又是最重要的参数之一［2］。复杂地表采样均匀性的要求是实现叠前偏移处理的高质量稳定成像的基础，因此在多种地表存在的复杂工区必须开展基于反射面元需求的观测系统优化设计（图1），才能够确保激发能量的均衡性、观测属性的均匀性［3］。

图1 基于反射面元需求的观测系统设计

1 自动避障预设计方法

1.1 以往设计方法

以往障碍区部位的优化设计只注重点、线，缺乏面的概念，为了增加覆盖次数或者减小浅层缺口，盲目增加炮点，会出现障碍区附近覆盖次数非常高、药量小却资料得不到改善的情况。往往是先测量再设计，不仅耗时、费力、劳神，而且浪费资源，无法根据安全距离确定激发点药量，未考虑激发点大药量比例及能量均衡问题，并且后期发现问题需要解决时存在被动和严重滞后，耽误生产组织。

1.2 设计思路

从观测系统的基本属性出发，针对障碍物的分布，结合地质任务、采集目标的需求，利用高精度卫片进行预设计，对设计后的观测系统进行反复调整，从资料品质、生产可行性和安全性等因素综合考虑，在保证安全距离、选择合适药量的前提下，综合考虑地上、地下因素，最终得到目标三维不同药量的激发点。

基于反射面元需求的复杂地表观测系统优化设计无人为干预，自动选择最佳位置，保证采样均匀性。设计思路如图2:

图2 设计思路

1.3 方法实施

1.3.1避障设计

基于“3S”技术［4］，根据高清卫片分颜色拾取不同类型障碍，将障碍区根据最小安全距离进行扩展，落在最小安全距离及障碍区即禁炮区之内的激发点进行自动避障，得到全区激发点，选择需要避障的障碍区，设置横向、纵向移动的网格（图3a），自动避障后得到优化的激发点如图3b。

图3 参数设置、障碍及激发点分布（局部）

1.3.2三维正演模拟分析

依据上步得到的激发点，对目标三维目的层CRP的三维正演模拟分析，充分考虑地下地质目标反射面元属性分布的规则性和均匀性，保证目的层尤其是倾斜地层有足够的反射信息；针对目的层进行优化前后属性对比分析［5］，包括目的层的有效覆盖次数、炮检距、方位角分布特征、观测系统的压制响应等，反复调整自动避障参数、有贡献的激发点位（图4a），力争炮检点采样均匀，减少浅层缺口，从而达到CRP覆盖次数满足技术设计要求，确定最终的优化设计方案（图4b）。

图4 有贡献的激发点、目的层T24的CRP覆盖次数

SH工区理论设计与预设计覆盖次数对比（表1）。优化设计后的覆盖次数与理论非常接近，精度更高。

表1 理论设计与预设计数据对比统计表

1.3.3药量设计

优化后的激发点根据与障碍区向外扩展的距离确定每个激发点药量。给落在不同障碍物距离内的激发点赋不同的属性值即不同的药量（图5a），得到全区激发点的药量分布（图5b）。

图5 激发点药量赋值

该设计方法使激发点数和药量达到最优化。方案审批确定后，项目的经营成本核算、工农公关方向、炸药购买量等工作紧紧围绕方案进行。同时，测量施工中将预设计后的激发点直接实地放样，根据实际情况，将能提高药量的激发点由低向高调整，既保证能量均衡，又保证观测属性分布均匀。

2 效果分析

2.1 精度分析

分析观测系统的属性，强调面元内覆盖次数和炮检距的均匀性［6］。设计后的观测系统面元内属性分布明显变好，近偏缺得到弥补，面元内方位角更宽（图6），炮检距分布更加均匀（图7）。方位角、炮检距、各目的层覆盖次数等属性与理论设计接近92%，达到预期目标。

图6 X障碍区老三维、二次采集方位角对比

图7 X障碍区老三维、二次采集炮检距对比

2.2 药量分析

该方法的药量设计与传统的设计方法相比，平均药量和大药量比例得到提高（图8），同时增加的炮数比例得到降低（图9）。

图8 老三维、二次采集激发点不同药量比例

图9 类似工区大药量比例柱状图对比（红色为本次采集）

2.3 效益分析

该方法在SH三维的推广应用，提高了7天施工时效，直接节约施工成本21万元；加上工农、季节勘探有利时间段、材料等情况，又间接节约了约14万元工农补偿费、约3万元钻井成本，重点是采集资料品质得到了明显提高。

3 总结

（1）依据“地表服从地下”、“地面满足地下”的设计理念，自动完成障碍物炮点的优化布设，能够快速、科学、合理地完成设计方案，先设计后放样，针对性强，目的明确。

（2）通过实现复杂障碍区观测系统自动避障设计，为评估野外采集方法、降低勘探成本、避免安全风险、优化采集观测系统提供更科学的分析技术和依据，为下步资料的采集及解释打下了坚实的基础，是解决大面积障碍区地震采集的重要技术手段。