淺談觀測系統(tǒng)的設(shè)計

淺談觀測系統(tǒng)的設(shè)計

炮檢距設(shè)計技術(shù)最重要的位移設(shè)計是觀測系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計的重點，它直接影響到有效地震信號的接收，并影響地震資料的質(zhì)量。在基于最大炮檢距的設(shè)計中,不同設(shè)計人員的側(cè)重因素不同,設(shè)計出的最大炮檢距也不一樣。Gibson等研究了非零炮檢距對巖丘地質(zhì)模型分辨率的影響除此之外,在多波多分量地震勘探中,縱波和轉(zhuǎn)換PS波聯(lián)合勘探能夠降低多解性,提高構(gòu)造勘探、巖性勘探、裂縫勘探和油氣藏識別的精度和成功率上述學(xué)者從分辨率等不同方面對最大炮檢距設(shè)計進(jìn)行了討論研究,力求提高地震勘探準(zhǔn)確性,但在高陡山地構(gòu)造等速度變化劇烈區(qū)域,以上基于均勻介質(zhì)的炮檢距設(shè)計難以滿足勘探精度的要求,尤其是近幾年來,中國西部已成為油氣勘探的重要區(qū)域。針對山地環(huán)境,寬線采集技術(shù)得到了有效發(fā)展以往最大炮檢距設(shè)計主要從動校拉伸、速度分析精度和信噪比等因素進(jìn)行考慮。與此不同,本文在目標(biāo)地質(zhì)層照明的基礎(chǔ)上,從能量均勻性和能量二次導(dǎo)數(shù)變化率最大兩方面綜合考慮,確立出目標(biāo)區(qū)域的最大炮檢距,實現(xiàn)目的層能量的高效性和最大化。1炮檢距的確定在地震資料采集中,炮檢距過大會導(dǎo)致遠(yuǎn)道接收能量由于傳播過程中的衰減而變得很小,過小的炮檢距又不能完全接收到目的層有用信息,造成解釋工作的偏差。因此,需要根據(jù)不同的構(gòu)造選定合適的最大炮檢距;可以通過地震波照明模擬,對目的層進(jìn)行模擬放炮,分析各道的能量二次導(dǎo)數(shù)變化率,從而確定能量效率最高的接收道數(shù),然后統(tǒng)計所有炮的照明結(jié)果,最終得出最優(yōu)最大炮檢距。第一步,創(chuàng)建三維地質(zhì)模型,建立觀測系統(tǒng)進(jìn)行放炮模擬,記錄不同接收線上檢波器接收到目的層的能量。假設(shè)每條接收線上為N道接收,則N個檢波器分別接收到得能量為式中,E第二步,對于每一條檢波線,將同一排列長度的各個檢波器接收能量疊加起來,計算同一排列長度的檢波器接收總能量式中,P第三步,根據(jù)以上的檢波器疊加總能量,建立檢波器接收總能量和一次能量導(dǎo)數(shù)和二次能量導(dǎo)數(shù)之間的關(guān)系。式中,F隨著接收道數(shù)(n)的變化,相應(yīng)炮檢距也隨之改變;在上式中,P因此,為了綜合考慮接收總能量和能量變化率,具體的做法是:先計算目的層能量導(dǎo)數(shù)曲線;其次,結(jié)合能量二次導(dǎo)數(shù)曲線變化快慢程度,在一次導(dǎo)數(shù)曲線上最大值右端抽取能量二次導(dǎo)數(shù)變化率最大時對應(yīng)的道數(shù)為最佳接收道數(shù),用來界定有效接收范圍,使檢波器接收能量既能保持較高的能量變化率,能量又不至于過低,進(jìn)而使接收總能量和能量變化率總效應(yīng)達(dá)到最佳;最后,按照以上方法,統(tǒng)計不同接收線的最佳接收道數(shù),按照統(tǒng)計次數(shù)比例并綜合其它各方面因素,最終確定一個整個工區(qū)的最大炮檢距。2炮檢距對系統(tǒng)接收能量的影響為了驗證最大炮檢距設(shè)計的實用性,設(shè)計了2個模型,通過波動方程正演分析來討論。模型1(圖1)是一個含水平層的地質(zhì)模型,中間激發(fā),兩邊接收。其中S為炮點激發(fā)位置,R從圖3可以看出,積累能量曲線(紫紅色)隨著接收道數(shù)的增加、炮檢距的增大而不斷增大,反映了排列能量隨著最大炮檢距增加的變化曲線;一次導(dǎo)數(shù)曲線表示隨著炮檢距增加接收能量的變化率,當(dāng)入射角小于臨界角時,由于入射能量在水平界面的透射,隨著入射角的增加,排列能量不斷增大,當(dāng)入射角等于臨界角時,接收能量急劇增大到最大值;當(dāng)入射角大于臨界角時,接收能量不再增加,但接收能量值比臨界角內(nèi)的能量值大得多,之后經(jīng)過一定平穩(wěn)變化后逐漸降低;二次導(dǎo)數(shù)曲線(藍(lán)色)先急劇下降,再緩慢減少,反映了能量變化快慢這個過程。由圖可知,在超臨界角反射區(qū)域,反射波能量較強,在較大范圍布置檢波器,能采集能量強、信噪比高的地震數(shù)據(jù),結(jié)合能量積累和二次導(dǎo)數(shù)曲線能量變化程度(遠(yuǎn)道能量減弱),最后確立最大炮檢距,圖形顯示70道為最優(yōu)接收道數(shù)。模型2(圖4)是一個30圖6中,積累能量不斷增大,代表著檢波器接收能量不斷遞增,由于反射界面為傾斜界面,反射能量較為發(fā)散,能量遞增速度在臨界角之前較為緩慢。當(dāng)入射角度即將到達(dá)臨界角時,出現(xiàn)了急劇增長,接收能量也相應(yīng)變大,之后能量變化較為平穩(wěn),最后隨著道數(shù)的增加,能量發(fā)生衰減,從二次導(dǎo)數(shù)曲線看出,衰減趨勢先大后逐漸變小,因此模型最優(yōu)接收導(dǎo)數(shù)為122道。3接收能量分析在室內(nèi)工作中,正演模擬是分析解決野外實際地質(zhì)問題的一個有效手段,而照明分析是地震正演的一個常用方法,地質(zhì)照明能夠直觀地反映目標(biāo)區(qū)域能量分布均勻性情況,從而對采集工作提供有效地指導(dǎo)。高斯射線束方法根據(jù)塔西南巨厚黃土區(qū)的地質(zhì)剖面資料,進(jìn)行剖面插值建立三維地質(zhì)模型(圖7),從模型可以看出,該地區(qū)呈現(xiàn)完整的背斜構(gòu)造,主要以逆斷為主,在中部形成一較大型的斷塊,中間目的層埋藏較深,受上覆地層和斷塊的影響較大,形成了層位上的錯斷,受此影響,野外采集的資料地層反射能量較弱、信噪比低,成像效果不理想。根據(jù)以上問題,該工區(qū)采用16線10炮920道接收的正交觀測系統(tǒng),炮線距150m,炮點距60m,接收線距300m,道間距30m,在不同區(qū)域模擬放炮261炮,重點觀測不同最大炮檢距情況下排列能量的變化曲線,如圖8所示,圖中藍(lán)色的點為炮點位置,青色的點為檢波器的位置,其中選擇3炮說明問題。圖9是第138炮線第4炮點第9接收線能量曲線,從圖中可以看出,接收能量變化呈上下起伏,隨著最大炮檢距的增加,遠(yuǎn)道能量逐漸減弱,圖中顯示最佳接收道數(shù)為366道。圖10為第148炮線第2炮點第1接收線的能量曲線,圖形顯示最佳接收道數(shù)為252道。圖11是第148炮線第2炮點第6接收線能量曲線,其最佳接收道數(shù)為334道。以上分析了不同炮排的最佳接收道數(shù),顯然每一炮排的最佳接收都有一定的差異,由于地層的橫向變化,導(dǎo)致每一炮排的的地震傳播路徑差異很大,必然表現(xiàn)為最佳接收道數(shù)的變化。然而,實際施工需要采用唯一的一個接收道數(shù),因此,統(tǒng)計不同炮排不同炮點不同接收線優(yōu)化的最佳接收道數(shù),如圖12所示,圖中出現(xiàn)多個極大值,由于工區(qū)施工要求最大炮檢距在一定范圍內(nèi),過大或者過小的炮檢距都不適用,而在工區(qū)施工設(shè)計要求的范圍內(nèi)434道出現(xiàn)的頻率最高,因此確立434道為最佳的接收道數(shù),則該工區(qū)采用的最佳的最大炮檢距為6495m。4炮檢距優(yōu)選原則基于目的層反射能量二次導(dǎo)數(shù)的炮檢距設(shè)計通過建立速度地質(zhì)模型正演,針對目的層獲取不同炮檢距的接收能量,根據(jù)目的層能量最大及