三維地震采集觀測系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計及應(yīng)用效果

包洪剛

(中國石化石油工程地球物理有限公司科技研發(fā)中心，江蘇南京 210000)

隨著油氣勘探程度的增加，勘探難度不斷加大，地震勘探正面臨諸多挑戰(zhàn)，一方面精細(xì)的地質(zhì)目標(biāo)要求地震采集的精度盡可能提高，另一方面隨著地震勘探程度的日益加深，在地震資料的采集過程中，面臨越來越多的村莊、城鎮(zhèn)、養(yǎng)殖區(qū)等大型障礙物［1］。

三維觀測系統(tǒng)設(shè)計及其屬性分析研究是地震數(shù)據(jù)采集的一個重要環(huán)節(jié)，其中觀測系統(tǒng)屬性分析中炮檢距分布的合理性又是最重要的參數(shù)之一［2］。復(fù)雜地表采樣均勻性的要求是實(shí)現(xiàn)疊前偏移處理的高質(zhì)量穩(wěn)定成像的基礎(chǔ)，因此在多種地表存在的復(fù)雜工區(qū)必須開展基于反射面元需求的觀測系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計（圖1），才能夠確保激發(fā)能量的均衡性、觀測屬性的均勻性［3］。

圖1 基于反射面元需求的觀測系統(tǒng)設(shè)計

1 自動避障預(yù)設(shè)計方法

1.1 以往設(shè)計方法

以往障礙區(qū)部位的優(yōu)化設(shè)計只注重點(diǎn)、線，缺乏面的概念，為了增加覆蓋次數(shù)或者減小淺層缺口，盲目增加炮點(diǎn)，會出現(xiàn)障礙區(qū)附近覆蓋次數(shù)非常高、藥量小卻資料得不到改善的情況。往往是先測量再設(shè)計，不僅耗時、費(fèi)力、勞神，而且浪費(fèi)資源，無法根據(jù)安全距離確定激發(fā)點(diǎn)藥量，未考慮激發(fā)點(diǎn)大藥量比例及能量均衡問題，并且后期發(fā)現(xiàn)問題需要解決時存在被動和嚴(yán)重滯后，耽誤生產(chǎn)組織。

1.2 設(shè)計思路

從觀測系統(tǒng)的基本屬性出發(fā)，針對障礙物的分布，結(jié)合地質(zhì)任務(wù)、采集目標(biāo)的需求，利用高精度衛(wèi)片進(jìn)行預(yù)設(shè)計，對設(shè)計后的觀測系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，從資料品質(zhì)、生產(chǎn)可行性和安全性等因素綜合考慮，在保證安全距離、選擇合適藥量的前提下，綜合考慮地上、地下因素，最終得到目標(biāo)三維不同藥量的激發(fā)點(diǎn)。

基于反射面元需求的復(fù)雜地表觀測系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計無人為干預(yù)，自動選擇最佳位置，保證采樣均勻性。設(shè)計思路如圖2:

圖2 設(shè)計思路

1.3 方法實(shí)施

1.3.1避障設(shè)計

基于“3S”技術(shù)［4］，根據(jù)高清衛(wèi)片分顏色拾取不同類型障礙，將障礙區(qū)根據(jù)最小安全距離進(jìn)行擴(kuò)展，落在最小安全距離及障礙區(qū)即禁炮區(qū)之內(nèi)的激發(fā)點(diǎn)進(jìn)行自動避障，得到全區(qū)激發(fā)點(diǎn)，選擇需要避障的障礙區(qū)，設(shè)置橫向、縱向移動的網(wǎng)格（圖3a），自動避障后得到優(yōu)化的激發(fā)點(diǎn)如圖3b。

圖3 參數(shù)設(shè)置、障礙及激發(fā)點(diǎn)分布（局部）

1.3.2三維正演模擬分析

依據(jù)上步得到的激發(fā)點(diǎn)，對目標(biāo)三維目的層CRP的三維正演模擬分析，充分考慮地下地質(zhì)目標(biāo)反射面元屬性分布的規(guī)則性和均勻性，保證目的層尤其是傾斜地層有足夠的反射信息；針對目的層進(jìn)行優(yōu)化前后屬性對比分析［5］，包括目的層的有效覆蓋次數(shù)、炮檢距、方位角分布特征、觀測系統(tǒng)的壓制響應(yīng)等，反復(fù)調(diào)整自動避障參數(shù)、有貢獻(xiàn)的激發(fā)點(diǎn)位（圖4a），力爭炮檢點(diǎn)采樣均勻，減少淺層缺口，從而達(dá)到CRP覆蓋次數(shù)滿足技術(shù)設(shè)計要求，確定最終的優(yōu)化設(shè)計方案（圖4b）。

圖4 有貢獻(xiàn)的激發(fā)點(diǎn)、目的層T24的CRP覆蓋次數(shù)

SH工區(qū)理論設(shè)計與預(yù)設(shè)計覆蓋次數(shù)對比（表1）。優(yōu)化設(shè)計后的覆蓋次數(shù)與理論非常接近，精度更高。

表1 理論設(shè)計與預(yù)設(shè)計數(shù)據(jù)對比統(tǒng)計表

1.3.3藥量設(shè)計

優(yōu)化后的激發(fā)點(diǎn)根據(jù)與障礙區(qū)向外擴(kuò)展的距離確定每個激發(fā)點(diǎn)藥量。給落在不同障礙物距離內(nèi)的激發(fā)點(diǎn)賦不同的屬性值即不同的藥量（圖5a），得到全區(qū)激發(fā)點(diǎn)的藥量分布（圖5b）。

圖5 激發(fā)點(diǎn)藥量賦值

該設(shè)計方法使激發(fā)點(diǎn)數(shù)和藥量達(dá)到最優(yōu)化。方案審批確定后，項(xiàng)目的經(jīng)營成本核算、工農(nóng)公關(guān)方向、炸藥購買量等工作緊緊圍繞方案進(jìn)行。同時，測量施工中將預(yù)設(shè)計后的激發(fā)點(diǎn)直接實(shí)地放樣，根據(jù)實(shí)際情況，將能提高藥量的激發(fā)點(diǎn)由低向高調(diào)整，既保證能量均衡，又保證觀測屬性分布均勻。

2 效果分析

2.1 精度分析

分析觀測系統(tǒng)的屬性，強(qiáng)調(diào)面元內(nèi)覆蓋次數(shù)和炮檢距的均勻性［6］。設(shè)計后的觀測系統(tǒng)面元內(nèi)屬性分布明顯變好，近偏缺得到彌補(bǔ)，面元內(nèi)方位角更寬（圖6），炮檢距分布更加均勻（圖7）。方位角、炮檢距、各目的層覆蓋次數(shù)等屬性與理論設(shè)計接近92%，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

圖6 X障礙區(qū)老三維、二次采集方位角對比

圖7 X障礙區(qū)老三維、二次采集炮檢距對比

2.2 藥量分析

該方法的藥量設(shè)計與傳統(tǒng)的設(shè)計方法相比，平均藥量和大藥量比例得到提高（圖8），同時增加的炮數(shù)比例得到降低（圖9）。

圖8 老三維、二次采集激發(fā)點(diǎn)不同藥量比例

圖9 類似工區(qū)大藥量比例柱狀圖對比（紅色為本次采集）

2.3 效益分析

該方法在SH三維的推廣應(yīng)用，提高了7天施工時效，直接節(jié)約施工成本21萬元；加上工農(nóng)、季節(jié)勘探有利時間段、材料等情況，又間接節(jié)約了約14萬元工農(nóng)補(bǔ)償費(fèi)、約3萬元鉆井成本，重點(diǎn)是采集資料品質(zhì)得到了明顯提高。

3 總結(jié)

（1）依據(jù)“地表服從地下”、“地面滿足地下”的設(shè)計理念，自動完成障礙物炮點(diǎn)的優(yōu)化布設(shè)，能夠快速、科學(xué)、合理地完成設(shè)計方案，先設(shè)計后放樣，針對性強(qiáng)，目的明確。

（2）通過實(shí)現(xiàn)復(fù)雜障礙區(qū)觀測系統(tǒng)自動避障設(shè)計，為評估野外采集方法、降低勘探成本、避免安全風(fēng)險、優(yōu)化采集觀測系統(tǒng)提供更科學(xué)的分析技術(shù)和依據(jù)，為下步資料的采集及解釋打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)，是解決大面積障礙區(qū)地震采集的重要技術(shù)手段。