淺層地震過障礙變觀設計軟件的研制及應用①

何銀娟

(中國地震局地球物理勘探中心,河南 鄭州 450002)

淺層地震過障礙變觀設計軟件的研制及應用①

何銀娟

(中國地震局地球物理勘探中心,河南 鄭州 450002)

摘要:為提高過障礙變觀設計的效率,利用C++編程語言開發(fā)出一個淺層地震過障礙變觀設計軟件,以提高過障礙變觀的方便性和效率。當勘探中遇到地表障礙時可以利用此軟件靈活變觀,使地震測線跨越障礙物(江河、高速公路等),以保證反射同相軸能連續(xù)追蹤對比。經(jīng)實際應用,該軟件效果較好,能夠輔助數(shù)據(jù)采集人員在采集現(xiàn)場快捷地進行地震勘探過障礙變觀設計,從而保證地震資料的質(zhì)量。

關鍵詞:淺層地震勘探; 數(shù)據(jù)采集; 觀測系統(tǒng); 障礙物

0引言

在淺層地震勘探中,地震測線經(jīng)常會不可避免地遇到江河、公路、城鎮(zhèn)等障礙,在這些障礙測段不能布設震源激發(fā)點或檢波器接收點,從而造成測線缺炮或缺道。當遇到這些障礙時,需合理地改變觀測系統(tǒng)(簡稱變觀),以盡量減小障礙的影響,保證數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量[1-2]。在以往的野外數(shù)據(jù)采集中,淺層地震過障礙變觀設計一般是照搬以往經(jīng)驗,或手工繪制多種變觀方案,最終擇優(yōu)選擇。這些做法在一定程度上解決了過障礙變觀設計的問題,但隨著地震勘探要求的提高以及生產(chǎn)規(guī)模的擴大,變觀設計過于依賴個人經(jīng)驗、手工繪制觀測系統(tǒng)繁瑣、效率低的弊端逐漸顯現(xiàn)。

目前,現(xiàn)有地震觀測系統(tǒng)設計軟件和過障礙變觀設計新方法、新技術多面向油氣等三維地震勘探發(fā)展[3-7]。然而在淺層地震勘探中[8-10],勘探目標、地表條件和測線遇到的障礙類型與油氣等勘探領域有所不同,障礙規(guī)模和對數(shù)據(jù)采集的影響程度等也有很大區(qū)別,因此現(xiàn)有觀測系統(tǒng)設計軟件應用于淺層地震勘探過障礙變觀設計時存在針對性不足的問題。此外,測線遇到的障礙,其準確位置和規(guī)模一般是在采集現(xiàn)場經(jīng)測量確定,需要變觀設計能在現(xiàn)場快速完成,這就要求軟件交互性好、操作便捷。鑒于此,作者開發(fā)出一個淺層地震過障礙變觀設計軟件,在淺層地震野外勘探現(xiàn)場,當測線遇到地表障礙時,可以利用此軟件快速地進行過障礙變觀,以輔助野外生產(chǎn)順利進行并得到好的地震資料。

1軟件功能介紹

軟件既具有繪制觀測系統(tǒng)圖的基本功能,更具有進行觀測系統(tǒng)過障礙變觀設計的功能?，F(xiàn)將其特點和功能介紹如下。

(1) 軟件利用C++編程語言實現(xiàn),將手工繪制過障礙變觀方案的做法改為利用計算機程序?qū)崿F(xiàn),極大地提高了過障礙變觀設計的效率。

(2) 軟件界面介紹

軟件界面如圖1所示,主要包括菜單欄、觀測系統(tǒng)參數(shù)設置及變觀設計面板、觀測系統(tǒng)圖形顯示區(qū)三部分,觀測系統(tǒng)參數(shù)設置及變觀設計面板可以自由拖動。

圖1　軟件界面Fig.1　Interface of the software

(3) 觀測系統(tǒng)圖的繪制及顯示設置

軟件采用綜合平面圖法繪制并顯示地震觀測系統(tǒng)[11],通過在觀測系統(tǒng)參數(shù)設置及變觀設計面板中設置炮點位置、排列首道位置、炮點步長、排列步長、道數(shù)、道間距等觀測系統(tǒng)參數(shù)(圖2紅色矩形框內(nèi)),并使用“滾動”按鈕等可以繪制出觀測系統(tǒng)圖。圖3給出了利用軟件繪制觀測系統(tǒng)圖的示例,圖中繪制了28炮反射地震排列的觀測系統(tǒng)圖。

觀測系統(tǒng)圖的顯示設置主要通過觀測系統(tǒng)參數(shù)設置及變觀設計面板中黃色矩形框部分(見圖2)控制。可以對觀測系統(tǒng)的炮號、測線樁號、樁號標注間隔、實際覆蓋次數(shù)及參考覆蓋次數(shù)等的顯示進行設置(圖3)。

圖2　觀測系統(tǒng)參數(shù)設置及變觀設計面板Fig.2　The window of parameters setting and geometry-variable design

圖3　觀測系統(tǒng)圖的繪制及顯示設置Fig.3　Drawing and display setting of geometry graph

(4) 障礙測段的設置及利用軟件實現(xiàn)過障礙變觀設計

通過調(diào)查和研究,將淺層地震勘探中遇到的障礙歸納為三種類型:①能激發(fā)震源,但不能放置檢波器,如過馬路或公路;②不能激發(fā)震源,能埋置檢波器,比如窄巷等;③不能激發(fā)震源,也不能埋置檢波器,如河流、高速公路等。實際工作中,障礙的類型、位置及寬度通常是在數(shù)據(jù)采集前經(jīng)實際測量得到。確定了障礙類型及寬度后,在觀測系統(tǒng)參數(shù)設置及變觀設計面板中輸入障礙段首道位置和障礙段末道位置(圖2藍色矩形框部分),單擊“確認”后障礙測段將變成無效排列段,其對觀測系統(tǒng)造成的影響將實時顯示在觀測系統(tǒng)圖中。以某測線為例,測線道間距2 m,接收道數(shù)120道,炮間距8 m,測線樁號320～344 m之間為一座橋,故在此測段既不能布置檢波器也不能激發(fā)震源,障礙對排列造成的影響如圖4所示。從圖中可以看出,受障礙影響,障礙測段及兩側(cè)觀測系統(tǒng)的覆蓋次數(shù)明顯降低,這將導致數(shù)據(jù)采集質(zhì)量變差。

利用軟件提供的滾動、補炮、重繪、撤消等功能可對觀測系統(tǒng)進行過障礙變觀,實際覆蓋次數(shù)將根據(jù)觀測系統(tǒng)的改變實時統(tǒng)計和顯示。針對圖4中障礙測段,利用本軟件進行過障礙變觀后觀測系統(tǒng)圖見圖5(圖中參考覆蓋次數(shù)為施工設計的15次覆蓋)。變觀后障礙影響范圍內(nèi)共中心點位置的實際覆蓋次數(shù)基本上都達到了施工設計的覆蓋次數(shù),而且沒有增加過多的生產(chǎn)炮,避免了盲目變觀造成的數(shù)據(jù)采集成本的浪費。

圖4　障礙段對排列的影響Fig.4　Impact of the obstacle on the receiving array

圖5　利用軟件進行過障礙變觀后的觀測系統(tǒng)Fig.5　Geometry after obstacle-crossing geometry-variable design using the software

(5) 文本文件的讀取、保存與觀測系統(tǒng)圖形的輸出。對于已有的觀測系統(tǒng)參數(shù)文件(支持.txt格式),軟件可以讀入并繪制觀測系統(tǒng)綜合剖面圖,同時也可以將設計好的觀測系統(tǒng)圖保存為柵格圖形文件和矢量圖形文件,并將觀測系統(tǒng)參數(shù)保存為文本格式文件(如圖6)。

(6) 其他功能。軟件還具有為觀測系統(tǒng)圖添加備注信息及調(diào)整觀測系統(tǒng)圖的位置、大小等功能。

圖6　輸出的觀測系統(tǒng)參數(shù)文件Fig.6　The output file of geometry parameters

2軟件應用實例

為說明軟件的實用性,以軟件在某實際測線上的應用為例加以描述。該測線樁號1 197～1 296 m的測段為高速公路,不能激發(fā)地震波,也不能布置檢波器接收地震波,此障礙段對正常觀測系統(tǒng)的影響見圖7(a),可以看出,震源激發(fā)點和檢波點的缺失導致障礙段及兩側(cè)覆蓋次數(shù)明顯降低。采用圖7(a)觀測系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集,得到地震疊加剖面[圖7(b)],受障礙影響,地震剖面上出現(xiàn)“W”形缺口;樁號957～1 548 m間剖面信噪比降低;剖面資料出現(xiàn)明顯缺失(圖中箭頭所指),導致反射同相軸的連續(xù)性變差。

圖7　受障礙段影響的觀測系統(tǒng)及對應的地震疊加剖面Fig.7　The geometry affected by obstacle and corresponding seismic stacked section

為了盡量減小障礙的影響,在數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場利用作者開發(fā)的過障礙變觀軟件設計出變觀方案[圖8(a)]。從圖8(a)可以看出,變觀后障礙測段及兩側(cè)覆蓋次數(shù)基本上達到了施工設計要求,覆蓋次數(shù)變化較均勻。采用圖8(a)觀測系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集,得到地震疊加剖面[圖8(b)],可以看出,變觀后雖然由于小偏移距地震道數(shù)據(jù)的缺失,障礙測段“W”形缺口仍存在,但地震剖面信噪比得到提高,資料缺

圖8　利用淺層地震過障礙變觀軟件設計的觀測系統(tǒng)及對應的地震疊加剖面Fig.8　The geometry designed by shallow seismic obstacle-crossing geometry-variable software and corresponding seismic stacked section

失情況也得到了很大程度的改善,反射同相軸連續(xù)性變好,這說明利用過障礙變觀軟件設計的觀測方案有效改善了地震數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量。

3結(jié)論

淺層地震勘探中經(jīng)常會遇到地表障礙,這些障礙將會造成地震數(shù)據(jù)的缺失和地震剖面信噪比的降低,為此在采集現(xiàn)場快速有效地進行過障礙變觀非常重要。作者實現(xiàn)的軟件可以作為過障礙變觀設計的輔助軟件,當野外數(shù)據(jù)采集過程中遇到地表障礙時,利用軟件對障礙的影響范圍和程度進行實時分析,并針對障礙的具體情況靈活變觀,設計出合理的過障礙觀測系統(tǒng),以獲得較好的勘探效果。軟件功能和界面主要依據(jù)淺層地震勘探的特點設計,方便易用。在多個勘探工區(qū)中,應用此軟件進行過障礙變觀設計,取得了較好的應用效果。此外,該軟件具有可擴展性,可以根據(jù)實際工作的需要對軟件的功能進行完善、升級,使其更好地發(fā)揮作用。

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Development and Application of a Shallow Seismic Obstacle-crossing Geometry-variable Design Software

HE Yin-juan

(GeophysicalExplorationCenter,CEA,Zhengzhou450002,Henan,China)

Abstract:In shallow seismic field data acquisition,the seismic line frequently encounters obstacles such as rivers,bridges,or towns.Sources or geophones cannot be placed at such places,which can cause the loss of seismic sources or seismic traces.When encountering obstacles,the geometry must be appropriately modified in order to obtain a continuous tracing contrast of reflection events from underground interfaces.Existing seismic geometry design software is not sufficient for shallow seismic exploration,therefore,in most work areas,geometry-variable design must be hand drawn.In response to this situation,we developed a shallow seismic obstacle-crossing geometry-variable design software using C++programming language.This software is developed specifically for shallow seismic exploration and is practical and easy to use.The software contains the basic function for drawing a geometry graph,as well as a function for designing obstacle-crossing variable geometry.When the seismic line encounters obstacles,field workers can use this software to design obstacle-crossing geometry to ensure that the seismic line acquires good quality data while going over the obstacle.We used this software to execute an obstacle-crossing geometry-variable design in a practical seismic exploration,subsequently,we contrasted and analyzed the seismic stacked section before and after using the geometry-variable design.Before using the geometry-variable design,the loss of seismic sources and seismic traces resulted in a decrease in the fold number,a decrease in the signal-to-noise ratio of the final stacked section,loss of data,and poor continuity of the reflection events.After using the geometry-variable design software developed by author,the signal-to-noise ratio of the final stacked section was improved,and the continuity of the reflection events were significantly better.This application example indicates that the obstacle-crossing geometry designed by this software can effectively improve the quality of seismic data.Based on our results,we conclude that this software is helpful for field data acquisition.

Key words:shallow seismic exploration; data acquisition; observation system; obstacle

收稿日期:①2015-09-16

基金項目:中國地震活動斷層探察-華北構造區(qū)項目(200908001);中國地震局地球物理勘探中心青年基金項目(YFGEC2014001)

作者簡介:何銀娟(1984-),女,工程師,主要從事反射地震勘探數(shù)據(jù)采集和處理工作。E-mail:heyinjuan2006@163.com。

中圖分類號:P631.4

文獻標志碼:A

文章編號:1000-0844(2016)03-0478-07

DOI:10.3969/j.issn.1000-0844.2016.03.0478