基于高傾角地區三維觀測系統設計的選擇

蒲 青

（新疆煤田地質局，新疆 烏魯木齊 830009）

1 觀測系統類型的選擇

三維地震勘探是一種面積接收技術，能獲得勘探區地質體的空間體積特征。三維觀測系統可分為規則觀測系統可不規則觀測系統兩大類，本文中所論述的是規則觀測系統中的線束型觀測系統。本次三維觀測系統的設計重點是解決高傾角地區地震波成像效果問題。

1.1 接收點網格密度的確定

根據采樣定理，為了使道距的選擇不產生空間假頻，在不存在相干噪音的情況下，應滿足 △X≤λsmin/2，式中λsmin：信號最小視波長，△X：可選用的最大縱向道距。在有相關噪音的情況下，△X必須小于干擾波最大視波長的一半，但本區的干擾波半波長較小，因此不予考慮。以波速為3000米/秒，頻率為60Hz，有效波最小波長為50米。由于本次勘探部分煤層埋藏較淺（最淺70m），且傾角較大（最大35°），所以縱向道距選擇10米。接收線距一般大于道距的1～4倍，本次選擇20m檢波線距。

1.2 CDP網格密度的確定

三維是共反射面元疊加，指是共反射面元道集內各反射點信號疊加。在縱向上一般選取小于接收道距之半為反射面元的線性長度，DX≤。由于本次勘探部分地段煤層埋藏較淺，所以設計DX=5m，橫向寬度DY≥DX，設計為10m。根據上訴設計CDP網格為5×10m。這樣的設計對淺層分辨率起到了提高，且對細微構造的勘探是有利的。

1.3 炮線網格的確定

炮線間距 ΔL 滿足公式 ΔL=(N×ΔX)/（2×S×NX）， 式中 N 為接收總道數，ΔX為道間距，S為接收線數，NX為縱向覆蓋次數。

1.4 覆蓋次數的確定

覆蓋次數的高低決定了疊加地震記錄的信噪比。若覆蓋次數為n，按統計效應可提高信噪比倍n1/2，所以覆蓋次數越高信噪比越高，但過高的信噪比必定使分辨率降低，根據該區以往地震工作成果本次選擇了24次覆蓋，既可以得到較好的反射波能量，又可以提高反射波的分辨率。

覆蓋次數的計算：縱向覆蓋次數與二位算法一致；橫向覆蓋次數滿足褶積式S×C=G,式中，S為炮點，C為共中心點，G為炮點，通過Z變換，S（Z）×C（Z）=G（Z）,可得到橫向覆蓋次數。

1.5 炮檢距的選擇

三維地震勘探中，沿接收線方向的炮檢距稱縱向炮檢距X，沿垂直接收線方向的炮檢距稱橫向炮檢距Y，最大非縱炮檢距為：Xmax=

最小炮檢距的選擇原則和二維地震勘探相似，既考慮到目的層的最大埋深，又要考慮近炮點道所受炮點的干擾。因為本區目的層大多埋深有深有淺，僅考慮近炮點受干擾情況。根據以往經驗，最小炮檢距定為10米。

最大炮檢距和諸多因素有關，現分述如下：

1）最大炮檢距和共面元彌散半徑的關系：△L=[X2sin(2Ψ)]/4t0V，式中：X——最大炮檢距，單位為米；t0——中點法向反射時間，單位為秒;V——速度，單位為米/秒;Ψ——地層傾角，單位為(°)。本區地層傾角較大，彌散半徑也較大，使過大的炮檢距對疊加效果不利。

2）最大炮檢距與反射波系數的關系

地震波法線入射時，反射系數為：

Ri=(ρi+1×Vi+1-ρi×Vi)/(ρi+1×Vi+1+ρi×Vi)

式中：ρi+1、Vi+1——第i+1層的密度與速度，ρi、Vi——第i層的密度與速度。根據反射原理，反射波的能量隨入射角而變化。因此入射角的限定值盡量小些，以保證反射波的能量。排列長度以盡量接近目的層埋深為佳。由于本區目的層為一單斜構造，角度較大，最大為35°左右，應該適合于才用大排列施工，由于本區目的煤層埋深在100到600米左右。因此我們采用最大的排列進行施工。

3）最大炮檢距與動校正拉伸的關系：β=（X/h）2/8，式中：

β——動校正拉伸率；h——深度，單位為米；X——炮檢距，單位為米。因此炮檢距越小，動校正拉伸也越小。

4）最大炮檢距與速度分析精度的關系為：

式中：△V——允許的速度誤差，單位米/秒，D△t——檢測出的最小正常時差，單位秒，Vrms——均方根速度，單位米/秒。

從上式可看出，為求準均方根速度，最大炮檢距越小越好。但相關的速度譜是通過大量的統計得來，道數越多、炮檢距越大，統計效果越好。所以在選擇最大炮檢距可根據以下公式，給出速度與排列長度曲線，以確定最佳排列長度。

根據以上幾種和最大炮檢距有關的參數綜合考慮，確定最大非縱炮檢距Xmax的選擇原則為：（1）考慮求取速度的精度，Xmax越大越好。（2）壓制多次波的效果，Xmax越大越好。（3）考慮動校正拉伸畸變對高頻信號的影響及反射系數的變化，Xmax越小越好。（4）Xmax一般與目的層埋深大致相當。

本區主采煤層的埋藏深度在70m至600 m之間，一般在400m左右，綜合考慮上述因素，最大炮檢距為618m。

綜上，本次觀測系統定為10線4炮束狀觀測系統，排列方式：束狀10線4炮制，單邊下傾激發；接收道數：10×60=600道；接收網格：10m×20m；炮線網格：50 米(縱向)×20 米(橫向)；CDP 網格：5 米（縱向）×10米（橫向）；覆蓋次數：6次（縱向）×4次（橫向）；最大炮檢距 618米。

圖1

2 滿覆蓋邊界及鑲邊范圍的計算

以本次設計觀測系統為例，橫向滿覆蓋邊界參照觀測系統圖，要滿足4次覆蓋，在第二炮點與第五條檢波線中間首次滿足橫向4次覆蓋，可把邊界設置于此。縱向滿覆蓋邊界同二位計算方法一致。由于本區是一單斜地層，地層傾角較大，考慮到地下構造能正確成像和歸位，在確定地表施工面積時，應在控制區的下傾方向應加一的長度，以確保地下面積能正確歸位。其中L長度以如下公式計算：

L=tgnΨ·Z

L——下傾方向鑲邊長度（m）；Z——目的層深度（m）；Ψ——地層傾角。

L=tgnΨ·Z=420m，所以在下傾方向鑲邊420米。

3 處理重點與效果分析

高傾角地區，低降速帶變化比較大，所以在測區內進行了低降速帶調查，建立近地表模型，進行折射波靜校正。

圖2

進行多域噪聲衰減，先在共炮點域進行噪聲衰減，然后在共檢波點域進行噪聲衰減。

高傾角地區地震波橫向速度變化較大，確定疊加速度時，可采用常速掃描中的強反射和速度譜中的最大能量同向軸，結合地震波的反射特征綜合分析。

圖3 成果圖

最后進行DMO處理和優化迭代疊加，DMO處理可以聚焦反射能量，消除傾角對反射波的影響，準確成像，還可以提高性噪比。優化迭代疊加是一種非等權疊加的方法，通過估算道樣值，賦予性噪比的疊加權值較大，反之賦予的權值較小，這樣實現優化疊加。

4 結論

本次在高傾角地區采用單邊接收，對數據采集質量有較大提高；在縱向上采用10米道距，提高了淺層煤層的分辨率；最大炮檢距的計算正確合理；處理時采用特殊技術，對提高分辨率，壓制干擾波有較大改善。

采用上述觀測系統，對淺層煤層，高傾角地段煤層都取得了較好的勘探效果，小構造成像清晰，整體分辨率和性噪比均有提高，達到了預期目的。

［1］陸基夢.地震勘探原理及資料解釋[Z].石油工業部勘探培訓中心,1982.

［2］李錄明,李正文.地震勘探原理方法和解釋[M].北京：地質出版社,2007,3.

［3］李慶珍.地震勘探三維觀測系統設計[J].中國煤田地質,1998,10(2).