二維波動方程和三維照明分析技術在潛山觀測系統設計中的應用

張建微

(長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 荊州 434023 東方地球物理勘探有限責任公司遼河物探分公司，遼寧 盤錦 124010)

王海波

(東方地球物理勘探有限責任公司遼河物探分公司，遼寧 盤錦 124010)

劉大鳴，吳繼紅

(長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 荊州 434023 東方地球物理勘探有限責任公司遼河物探分公司，遼寧 盤錦 124010)

二維波動方程和三維照明分析技術在潛山觀測系統設計中的應用

張建微

(長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 荊州 434023 東方地球物理勘探有限責任公司遼河物探分公司，遼寧 盤錦 124010)

王海波

(東方地球物理勘探有限責任公司遼河物探分公司，遼寧 盤錦 124010)

劉大鳴，吳繼紅

(長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 荊州 434023 東方地球物理勘探有限責任公司遼河物探分公司，遼寧 盤錦 124010)

介紹了遼河坳陷潛山勘探特點，建立了大洼潛山的三維地質模型，在此基礎上聯合運用二維波動方程和三維射線追蹤照明分析技術論證了排列長度、接收線數等采集參數，對新采集的潛山資料進行了退化性處理，比較了新老資料的采集效果，新采集剖面潛山內幕波組特征明顯、信息豐富，明顯好于老資料。結果表明，照明分析技術對潛山觀測系統優化設計具有指導作用。

二維波動方程；三維射線追蹤照明分析技術；觀測系統；優化設計；退化性處理；潛山

遼河坳陷潛山埋藏深度大，深層復雜的構造條件使得所采集的地震資料具有主頻較低、頻帶窄、分辨率低等特點。在潛山發育地區，斷裂發育、地層間接觸關系復雜、目的層埋深差異大，沙河街組以下資料反射零亂、波場復雜；潛山頂面復雜界面所誘發的散射現象以及潛山內幕復雜的巖性(如太古界的混合花崗巖、中上元古界的石英巖和碳酸鹽巖)等，使潛山內幕地震成像難，地震資料品質差；而該區勘探需要在保證信噪比的前提下具有較高的縱橫向分辨率，并充分利用各種波場(反射、繞射)實現后期處理過程中各種能量的歸位。上述問題已經成為約束潛山油氣勘探的“瓶頸”，如何設計出合理的觀測系統已成為遼河坳陷下步潛山勘探的重點。下面，筆者建立大洼潛山的三維地質模型，并聯合運用二維波動方程和三維射線追蹤照明分析技術[1-3]論證排列長度、接收線數等采集參數。

1 方法原理

根據波場能量關系，可把一個點源在二維模型空間點(xT,z)處的照明度定義為：

I(rS;xT,z,θ,ω)=u(rS;xT,z,θ,ω)·u*(rS;xT,z,θ,ω)

(1)

式中，I表示照明度；rS表示接收點；xT表示地下某一點的橫坐標；z表示地下某一點的深度；θ表示入射波得角度；ω為二維窗；u*表示波場共軛。

對于多個點源在模型空間點(xT,z)處的照明度應為每個點源照明度的總和，即總照明度可表示為：

(2)

通過地表震源照明分析可以清楚地識別地震波在地下介質傳播過程中的能量分布特征,模擬出單炮/多炮震源的照明范圍，從而確定有效接收范圍，并為設計經濟合理的觀測系統提供依據。

根據震源與檢波器之間的互易原理，震源與檢波器排列之間的雙向照明度可定義為：

(3)

(4)

源檢雙向照明度與界面反射系數、覆蓋層速度結構、炮點分布、檢波器分布及炮檢關系等因素有關。利用源檢雙向照明度分析可以測試偏移的孔徑效應、炮檢關系，分析結果也為優化觀測系統設計提供了依據。

2 模型建立

筆者建立了研究區的二維地質模型和三維地質模型，見圖1。二維模型的西邊為遼河西部凹陷，東邊為遼河東部凹陷，中間為中央凸起。中央凸起與西部凹陷和東部凹陷成斷裂接觸關系。三維模型包含6層。第1層為水平地表；第2層為館陶組(Ng)，館陶組為遼河坳陷的標志層，埋深比較穩定；第3層為東營組(Ed)；第4層為沙河街組一段(Es1)；第5層為沙河街組三段(Es3)；第6層為潛山內幕地層太古界(Ar，Ar為根據井資料中Ar地層的埋深和剖面中地層的走向推測的潛山內幕地層)。

圖1 中央潛山帶地質模型圖

3 參數論證

圖2 不同最大炮檢距情況下總照明度對比

采用道距50m、炮排距200m、中間放炮的方式，分別對最大炮檢距為3975、4475、4975、5475m的情況進行了基于二維波動方程的多炮照明分析，其總照明度效果分別如圖2所示。通過對比分析發現，最大炮檢距為3975m 的潛山內幕地層的照明強度較低；最大炮檢距為4475m的潛山內幕地層照明明顯提高；最大炮檢距為4975m和5475m 2種情況潛山內幕地層總照明強度值相差不大，且比最大炮檢距為4475m的照明度改善不大，因此最大炮檢距應選擇在4475～4975m之間。

圖3 不同縱向最大炮檢距時Ar地層的照明度

圖4 不同接收線數時Ar地層的照明度

圖3為不同縱向最大炮檢距時Ar地層的照明度。采用縱向最大炮檢距2975m的觀測系統時，Ar地層的照明度較低；采用縱向最大炮檢距3975m的觀測系統時，Ar地層的照明度比采用縱向最大炮檢距2975m的觀測系統時照明度要強很多；采用縱向最大炮檢距4975m的觀測系統時，Ar地層的照明度比采用縱向最大炮檢距3975m的觀測系統時照明度要稍強；采用縱向最大炮檢距5975m的觀測系統時，Ar地層的照明度和采用縱向最大炮檢距4975m的觀測系統時照明度相當。因此采用4975m左右的排列長度比較合適。增加縱向最大炮檢距有利于提高潛山內幕地層的照明度。

圖4為不同接收線數時Ar地層的照明度。采用16L4S200R的觀測系統時，Ar地層的照明度較低；采用20L4S200R的觀測系統時，Ar地層的照明度比采用16L4S200R的觀測系統時照明度要強很多；采用24L4S200R的觀測系統時，Ar地層的照明度比采用20L4S200R的觀測系統時照明度要強很多；采用28L4S200R的觀測系統時，Ar地層的照明度與采用24L4S200R的觀測系統時照明度相當。因此，接收線數應采用24L左右比較合適。

3 采集效果分析

通過上述三維射線追蹤照明分析論證，再結合二維波動方程正演照明等分析論證，最終采用24L4S200R(道距50m，炮點距50m，接收線距和炮線距均為200m)的觀測系統，新觀測系統的縱橫比由以往的0.2～0.3優化到0.5。

選取了中央潛山帶趙家三維新采集的14束地震資料做退化性疊前時間偏移測試處理。退化處理成了不同接收線數的疊前時間偏移剖面(見圖5)，隨著接收線數的增多(從12L增加到24L)，潛山內幕信息信噪比提高，同相軸的連續性增強，因此新采集的資料采用24L是合理的。

通過比較最終處理的中央潛山帶趙家三維資料和以往中央潛山帶趙家三維資料疊前時間偏移剖面的對比如圖6所示。新采集剖面潛山內幕波組特征明顯、信息豐富，明顯好于老資料。因此，采用較寬的方位能獲取更好的潛山內幕成像。

圖5 不同接收線數的觀測系統疊前時間偏移測試處理

圖6 中央潛山帶趙家三維新(右)、老(左)剖面的對比

4 結 論

1)對于潛山油藏勘探，由于受其埋深大、地層結構復雜和斷層發育等地質條件的制約，在地震采集設計時，應以目標設計為指導原則。

2)二維波動方程和三維射線追蹤照明技術的聯合應用可以優化觀測系統參數，因此，在潛山采集參數論證和觀測系統優化中應廣泛應用該技術。

[1]李萬萬.基于波動方程正演的地震觀測系統設計[J].石油地球物理勘探,2008,43(2)：134-141.

[2] Xie Xiao-Bi，Jin Sheng-wen，Wu Ru-Shan. Three-dimensional illumination analysis using wave equation based propagator[A].Expanded Abstracts of 73rd SEG[C].Tulsa: Society of Exploration Geophysicists, 2003：989-992.

[3] Wu R S，Chen L.Mapping directional illumination and acquisition-aperture efficacy by beamlet propaga-tors[A].Expanded Abstracts of 72nd SEG Mtg[C]. Tulsa: Society of Exploration Geophysicists, 2002：1352-1355.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409.2011.05.012

P631.44

A

1673-1409(2011)05-0036-04