寬線采集觀測系統參數對信噪比影響作用分析

閆小偉++李遠娟++劉海波++吳杰++徐松

摘 要：寬線地震勘探在含油氣盆地評價和新區前期勘探中表現著重要作用，特別是在山前帶復雜區域取得了較好的成果。采用寬線地震勘探時，在保證地震資料品質的前提下，優化觀測系統的各種參數，減少采集成本和提高采集效率是寬線地震資料采集系統設計中重點研究的問題。本文在采用3線3炮采集的觀測系統的基礎上，圍繞提高信噪比這一主題，利用定量化計算信噪比值，依次探討寬線觀測系統的炮點線數、接收點線數、覆蓋次數等參數對資料信噪比的影響。四川WX地區觀測系統設計的研究結果表明：在同樣的覆蓋次數下，增加接收線數來提高信噪比要比增加炮點數提高信噪比效用更為顯著；增長覆蓋次數會提升信噪比，但也會加強某些其他干擾，所以，綜合考慮資料品質特征與采集成本大小，寬線勘察的覆蓋次數一般選為單線覆蓋次數的3～6倍較為適合，通過其他區域驗證，證實此次界限也是可以的。

關鍵詞：寬線地震勘探；觀測系統；信噪比；覆蓋次數；頻譜估算法

中圖分類號：P631.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）02-0119-03

寬線地震勘探是介于二維和三維地震勘探之間的一種勘探方法，它較于二維勘探具有高覆蓋次數，強抗干擾能力，接受更多射線路徑的反射等優點；相比于三維勘探，具有通過鄰道疊加，提高資料信噪比，炮點位置選擇范圍廣，大組合能更好地壓制其他一些干擾，成本低等優點。在復雜山地等區域地震勘探中起了較大的作用。復雜地質條件下，地腹結構復雜，地層傾角大，斷層十分發育，地震波傳播路徑復雜，剖面成像效果差，資料信噪比低，二維地震勘探無法滿足當地勘探要求，在考慮成本高低基礎上，寬線地震勘探成為一種更好的方式，通過加大疊加面元，增加覆蓋次數來壓制噪聲，提高資料信噪比[1-4]。

優化觀測系統，最主要是要在保證地震資料好壞的條件下，如何減少采集成本和提升采集效果。因此，在我們的研究中，始終以地震資料信噪比這一主題，從地震資料信噪比定量化評價入手，對于寬線采集系統的各種主要參數對地震資料品質的影響進行了分析[5]。

本文主要利用四川WX地區的寬線地震勘探采集系統設計資料，采用信噪比定量化計算技術，通過對寬線觀測系統的幾個重要參數（包含炮線數、接收線數、覆蓋次數等）對資料信噪比的作用依次進行分析，為寬線觀測系統的參數選擇提供依據，得出了研究區寬線采集系統的最好參數，并在實際中獲得了使用，取得良好效果。

1 信噪比估算方法

當前計算信噪比的方式有很多，主要包括能量疊加法、頻譜估算法、功率譜估算法、相關法等，本文主要利用頻譜估算法對信噪比進行計算。該方式假設地震信號擁有特定的頻帶限度（優勢頻率），太高和太低的頻率是噪聲；關于隨機噪聲，其可認為幅值較小、在頻帶內分布均勻。所以，若能確定信號頻帶界限，就能估算出信號和噪聲的能量，從而近似算出的信噪比。具體的做法是：先估算整個記錄的頻譜，然后給定一個閥值，以此來界定信號和噪聲的界限，進而計算信號的功率譜和能量，最后算出信噪比[6]。

若考慮低頻和高頻噪聲，不考慮有效頻帶內的噪聲，信噪比可用下式直接計算：

（1）

其中：SNR1-信噪比；fH-有效頻帶最高頻率；fL-有效頻帶最低頻率；X（f）-不同頻率所對應的能量。

若考慮隨機噪聲，則先估計隨機噪聲的分布密度，然后把隨機噪聲的能量從信號能量總去除，在估計信噪比，即：

（2）

其中：SNR2-信噪比；fH-有效頻帶最高頻率；fL-有效頻帶最低頻率；X（f）-不同頻率所對應的能量；f1-隨機噪聲的最高頻率；f2-隨機噪聲的最低頻率。

2 接收線數與炮線數對信噪比的影響

為驗證接收線數與炮線數對信噪比的影響，選擇四川WX區域3炮3線觀測系統的地震資料驗證說明。觀測系統的炮線與接收線兩者是重疊的，炮點線和接收點線互換的間隔是相當的，是以可認為交換后資料有對比性。選擇1線3炮和3線1炮的地震數據進行處理，在同樣的覆蓋次數、不同接收點線和炮點線的剖面進行比較圖1所示。

圖1是1線3炮和3線1炮的寬線剖面，定性上比較剖面的標注的目的層反射波同相軸，3線1炮剖面的反射波同相軸的相連性、信噪比和背部噪聲都高于1線3炮。對實際資料進行分析選取有效信號頻帶范圍為15-40Hz，噪聲信號頻帶范圍為8-52Hz，利用公式（2）進行計算得出1線3炮和3炮1線剖面信噪比曲線圖2所示。圖2是1線3炮和3線1炮剖面信噪比分析，選取其信噪比平均值作為閥值，即信噪比閾值為2.5，從定量上看，在頻率為10-35Hz的范圍內信噪比為增長趨勢，但3線1炮剖面的信噪比總體高于1線3炮。所以，在地震資料數據和覆蓋次數相同的環境下，添加接收線比添加炮點數對信噪比的改觀效果更顯著。

3 覆蓋次數對信噪比的影響分析

對照WX區域不同覆蓋次數的寬線疊加剖面來看（圖3橢圓框所示），覆蓋次數為120次時，信噪比最低；覆蓋次數為360次時，背部噪聲變弱，信噪比獲得提高；逐次提高覆蓋次數看出，覆蓋次數為480次和600次時剖面信噪比都得到了顯著提高；覆蓋次數為720次相對覆蓋次數為600次覆蓋的信噪比又得到了提高，表現為背部噪聲得到壓制；覆蓋次數為2400次時信噪比進一步得到了提高，主要表現在背部噪聲被壓制的越發干凈，但有效反射波同相軸分辨率沒有的到明顯提高；此時，近地表的某些次生干擾得到加強，干擾了弱反射有效信號。

圖4為WX區域不同覆蓋次數疊加剖面的中深層（2s-3s）信噪比分析，從圖中來看信噪比總體隨著覆蓋次數的提高而提高，對實際資料進行分析選取有效信號高頻信號為36Hz，低頻信號為23Hz，噪聲信號的高頻信號為42Hz，低頻信號為13Hz，利用公式（2）計算出不同覆蓋次數疊加剖面信噪比曲線（圖4所示）。通過計算得出不同覆蓋次數疊加剖面的信噪比，選取信噪比平均值為信噪比閾值，即擬定信噪比閾值為2。從（圖4a）看出不同覆蓋次數剖面信噪比跟著覆蓋次數的增長而增長，在頻率為10-40Hz范圍內信噪比總體為增長趨勢，但覆蓋次數為120次時信噪比最低，360次以上覆蓋的信噪比有所增加，但增加緩慢，720次以上覆蓋次數信噪比的增加極為緩慢，若考慮采集成本，再增大覆蓋次數信噪比的提高已非常緩慢，沒有太大的意義，而且也會產生一些次聲干擾（如圖3正方形框）。深層低信噪比部分（3s以下）（圖4b所示），信噪比整個為下降趨勢，提高覆蓋次數對于增加信噪比已經沒有什么意義。該區域單線覆蓋次數為120次。

通過以上分析及考慮資料品質和采集成本，寬線覆蓋次數選為單線覆蓋次數的3～6倍，由于涉及保密協議和其他因素的干擾未能將其它地區的資料呈現上來，但此次采集參數在四川川東北等其它地區的應用驗證了這次的實際采集效果和適用范圍也是適用的。因此，證明這次的范圍也是可以適用的。同時可以肯定，寬線采集在低信噪比地區和地表復雜的干擾發育地區地震勘探中發揮的重要作用。

4 結語

本文在3線3炮觀測系統的基礎上進行處理，得出以下結論：

（1）通過地震資料的分析表明，在覆蓋次數一樣的情況下，增加觀測系統的接收點線數對于改善信噪比的效果要比增加激發點線數的效果好。（2）利用寬線觀測系統主要是通過橫向上的疊加來增長覆蓋次數，以實現增加信噪比的目的，但是，增長覆蓋次數在增加信噪比的同時也會加強某些此生干擾。可見對于地質情況極為復雜的低信噪比地區，不能始終依靠增長覆蓋次數來處理資料質量問題。為選擇較為合適的覆蓋次數，考慮資料質量和采集成本，寬線覆蓋次數選為單線覆蓋次數的3～6倍，通過其他區域的測驗，證實此次界限也是可以的。（3）由于涉及保密協議和其它因素的干擾未能將其它地區的資料呈現上來，但此次采集參數在四川川東北等其它地區的應用驗證了這次的實際采集效果和適用范圍也是適用的。因此，證明這次的范圍也是可以適用的。同時可以肯定，寬線采集在低信噪比地區和地表復雜的干擾發育地區地震勘探中發揮的重要作用。

參考文獻：

[1]羅仁澤，黃元溢，曾俊峰.寬線大組合地震接收原理及實踐[J].天然氣技術與經濟，2010（6）：21-23.

[2]杜忠東，鄧述全，汪興業.黃土塬非縱地震勘探技術及其應用[J].石油地球物理勘探，2010（S1）：35-38.

[3]劉依謀，梁向豪，黃有暉.庫車坳陷復雜山地寬線采集技術及應用效果[J].石油物探.2008（4）：418-424.

[4]王棟，賀振華，孫建庫.寬線大基距組合技術在喀什北區塊復雜山地的應用[J].石油物探，2010（6）：606-610.

[5]徐輝，韓文功，單聯瑜.基于實際地震資料的覆蓋次數和信噪比關系分析[J].石油物探，2011（2）：182-186.

[6]張軍華.地震資料信噪比定量計算及方法比較[J].石油地球物理勘探，2009（4）：481-486.