三维地震野外数据采集.docx

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三维地震野外数据采集

三维地震野外数据采集

三维地震野外数据采集是一种面积接收技术,它在单位面积上的工作量多,成本较高,所以在哪些地区进行三维地震观测是要认真分析的。

三维地震工区的确定是首先遇到的问题,接着就要根据地震。

地质条件设计三维地震观测系统。

同时还要选择三维观测的各种参数。

一、三维地震工区的确定

确定进行三维地震工作的根据是地下地质、地震条件和地面地形地貌条件,并以前者为主。

工区的观测面积要根据构造的大小、目的层的深度和倾角与走向来决定。

决定工区观测范围时还要考虑需要满足覆盖次数的地下范围和偏移前后数据占有空间的不同。

三维地震工作在勘探开发的哪个阶段采用,也要根据当地的具体情况而定。

1.三维工区面积的确定

要在某个地区进行三维地震勘探一经确定之后,就要对这个地区的三维地震数据采集工作进行施工设计。

而首先遇到的问题就是要确定工区面积的大小,工区面积的大小与地下地质构造的大小、埋藏深度和倾角有关。

一般来说,所要搞清的地下地质构造越大,地面工区面积就越大;深度和倾角越大,地面工区面积也越大。

所以要确定地面工区面积的大小,首先要确定地下勘探面积（满覆盖面积）,然后计算偏移范围,最后才能确定地面施工面积。

（1）地下满覆盖面积的确定

需要用三维地震勘探搞清的地质构造、地质体或各类油田的范围叫地下勘探面积（满覆盖面积）。

地下满覆盖面积的大小,可预先根据有利区的范围,在以往的构造图上

粗略确定,然后考虑其它影响因素（降低勘探费用,工区规化要整齐等）,最后确定地下满覆盖面积。

（2）偏移范围的确定

地下满覆盖面积初步确定后,应考虑各目的层由于向工区外倾斜的倾角引起地面接收范围的扩大。

这个扩大的范围称为偏移范围（即四周镶边的宽度）。

偏移范围也可以理解为倾斜地层（反射同相轴）在偏移处理中使其恢复到正确的地下位置所应移动的水平距离。

对于一个倾斜反射同相轴进行偏移时的最大水平距离M,可用下式计算

（5.2.1）

式中t0——地震波的双程法线旅行时;V——地震波的传播速度;φ——最深目的层的最大倾角。

这些参数的意义如图5.2.1所示。

设计时可根据公式（5.2.1）计算出探区四周应偏移的范围。

见图5.2.2。

二、三维地震观测系统

三维数据采集过程中,观测系统的类型和参数设计非常重要,它关系到整个数据采集的质量。

因此在设计时,应根据地质任务要求,综合考虑地形、地物、交通条件以及装备等各种因素,选则最优化参数来合理设计观测系统。

1.观测系统的设计原则

设计观测系统的主要原则如下:

（1）在一个炮点道集或一个共CDP点道集内应当有均匀分布的

地震道。

炮检距应当是从小到大均匀分布,能够保证同时勘探

浅、中、深各个目的层。

使观测系统即能保证取得各目的炮点

△接收点·CDP点图5.2.3三维CDP道集及方位分布图层的有

用反射波信息,又能够用来进行速度分析。

（2）在一个CDP道集内各炮检距连线的方位方向应当

尽可能地比较均匀地分布在共中心点的360°的方位上。

这样

一个面元（共反射点）上的地震道是从各个方向入射到这个面元

上的。

使三维的共中心点叠加具有真实显示三维反射波的特点。

如果,沿着某一方向特别密集,三维地震勘探的优点不能发挥,

实际上将与二维地震勘探的效果差不多。

如图5.2.3是一个比

较好的观测系统得到的CDP道集。

（3）地下各点的覆盖次数应尽可能相同或接近,在全区范围内分布是均匀的。

均匀的覆盖次数是保证反射记录振幅均匀、频率成分均匀的前提条件,从而才能保持地记录

特征稳定,使地震记录特征的变化能够与地质变化的因素相联系,有利于对复杂地质结

构和岩性、岩相的研究。

（4）三维观测系统的设计还受到地面条件的制约。

因此,在设计前还要对三维施工的工区进行较详细的调查。

如果地面条件允许,我们将采用规则的测网进行三维地震观测。

如果地面条件受限,我们将采用不规则的测网进行三维地震观测。

（5）三维地震观测系统

还受到地层倾角、最大炮检距、道距、规则干扰波类型等各种因素的影响。

这些属于参数选择方面的问题将在后面讨论。

2.观测系统的类型与选择

三维地震观测系统的类型很多,但基本上可分为两大类,即规则观测系统和不规则

观测系统。

规则观测系统用于地面施工条件好,无施工障碍的地区。

不规则观测系统用于地面施工条件不好,有施工障碍的山区、水泡等地区。

我们只介绍规则观测系统所谓规则观测系统,即炮点网格和检波点网格按一定的规律有规则的分布,下面介绍几种

基本的和常用的类型。

（1）十字型观测系统

十字型观测系统是规则观测系统中最基本的形式,其特点是激发点排列与接收点排列相互垂直,形成一个正交的“十”字排列（图5.2.4）。

×炮点△接收点○CDP点图5.2.4正交（十字）观测系统的一个基本观测网示意图施工时,接收点排列不动,炮点

沿炮线逐点激发。

在每一炮点与接收点之间,对应的反射是一个点;在每一炮点与接收排列之间,对应的反射点是一条线;而一排炮点与一排接收点之间,对应的反射点分布在一个面积上。

设炮点数为S,接收点数为R,炮点距为dx,接收点距为dy,那么这样的一个基本测网完成后,可得到

（S-1）（R-1）dxdy面积上的单次覆盖面积。

在这个面积上,得到以反射振幅为特征的一个（x,y,t,A）的三维数据体。

要想进行多次覆盖观测就必须把整个十字排列沿检波点方向及炮点方向移动,按二维直线观测计算覆盖次数的方法分别计算x方向的覆盖次数Nx和y方向的覆盖次数Ny。

最终得到的覆盖次数N=Nx·Ny。

排列中心可有空白面积。

十字型排列观测系统一般用于地震仪道数不多的情况,是三维地震工作早期所采用的一种观测系统。

（2）组合型观测系统

组合型观测系统,从炮点和接收点分布关系上,可基本分为垂直型、平行型和斜交型

三类。

1）垂直型观测系统该系统一般由十字型观测系统组合或衍生而来,主要有垂直式栅状系统和地震线观测系统。

垂直式栅状系统如图5.2.5所示。

可作为小面积三维观测网,将地下网格面积分布在需要勘探地区。

地震线束观测系统是目前三维地震施工中最常用的类型。

该系统是由多条平行的接收排列和垂直的炮点组成。

接收排列线数的多少与仪器的道数和排列长度有关。

具体设计时要考虑最大炮检距、最小炮检距、等因素。

其基本形式如图5.2.6、图5.2.7、图5.2.8所，图.2.5垂直栅状观测系统图5.2.6四线六泡中点发地震线束观测系统示。

野外观测时,接收排列不动,一排炮点逐点激发后,就完成一次基本测网。

这种观测

统的一个基本测网完成后,在中部已有横向上的满覆盖次数,两侧的覆盖次数还不满。

应在纵向和横向上移个基本测网（或称三维排列）。

首先将炮点排列和接收排列同时沿前进方向滚动,再进行下一排炮点的激发,完成整条线束面积。

然后再垂直于原滚动方向整个移动炮点排列及接收排列,重复以上步骤进行第二束线、三束线……的施工,直到完成整个探区面积的多次覆盖观测。

图5.2.7四线六炮端点激发地震线束观测系图5.2.8六线四炮端点激发地震线束观测系统这种观测系统的优点是:

可以获得从小到大均匀的炮检距和均的覆盖次数,适应于复杂地质条件的三维地震勘探。

现在普遍使用的是六线四炮地震线束观测系统,该系有以下优点：

一是排列长度适中,每一排列40道,如道距50m,排列长度是1950m,当勘探目的层深度较大变化时,可改变偏移距来满足

不同地质任务的要求,并且在有障碍物的地区,炮点有较大的可移动范围（炮点一般不会

进入接收排列之中,而且也不会产生过大的炮检距）,有利于提高采集质量,并便于野外

施工。

二是具有较小的最大非纵距（即横向最大炮检距）,不仅相应地减×炮点○检波

点图5.2.9平行线型观测系统小了非纵观测误差,而且测线与非纵炮检方向（地震射线

方向）之间的夹角相应较小,在检波器较少的情况下便于组合设计和提高组合效果。

三

是在相同的勘探面积内,此种系统较四线六跑系统的炮点数量少1/3,因此相应地减少了

压地面积并降低了农业赔偿费。

还应提出的是,在地下构造起伏变化大的地区,观测系统的设计要保证在陡地层、陡断面的下倾激发,上倾接收，因此,最好使用480道以上的多道仪器,采用中点放炮的观测系统进行采集,以便能够得到不同方向的陡倾角地层（或陡断面）反射,提高三维勘探效果。

2）平行线型观测系统平行线型观测系统的炮点线与接收排列线彼此平行布置,如图5.2.9所示。

3）路线型观测系统路线型观测系统又称宽线剖面,施工时沿测线布置接收点,炮点则设在与测线交叉的线上,可以是正交线也可以组成任意角度的线,如图5.2.10。

适当选择激发点距和接收点距,可以得到测线附近条带上的满足多次覆盖的反射资料。

处理后,能确定地下反射界面的位置、倾角和倾向。

三维观测系统的选择是一个十分重要的问题,它会直接影响成果的质量,尤其在大面积障碍区进行施×炮点○检波点图5.2.10具有五条反射线的宽线剖面工,选好观测系统更为重要。

三、三维地震数据采集参数的选择

在三维观测系统的基本方式确定之后,就要根据三维工区的地质—地球物理特征计算和选取各种采集参数。

这些参数包括道距、排列线距、爆炸线距、最大炮检距、最小炮检距、总覆盖次数、检波器或炮点的组合形式以及特性计算等。

三维地震采集参数与二维地震采集参数的计算和选择原则基本是相似的。

但是,三维地震采集参数又有其自身的特点。

首先,我们分析一下与参数计算及选择有关的地质—地球物理的条件。

1.地质—地球物理条件

1）地层倾角与构造走向

勘探目的层的倾角是采集参数计算和选择必须知道的因素。

当然,我们并不要求准确的知道各个地层的真倾角和构造走向,但应当知道最大的倾角限和主要的构造走向。

地层的倾角可从倾向方向的二维地震剖面来估算,有

式中（v——速度;Δt——两点间时差;Δx——两点间距离。

构造走向可由以前的地震构造图和地质图来确定。

2）速度

在计算各种采集参数时都会用到速度。

速度参数可取自以下几个方面的资料。

首先是二维地震速度谱的速度数据,其次是地震测井和声波测井数据计算的各种速度参数。

3）地震波的最高频率和时间分辨率

在计算野外采集的参数时经常要用到最高频率这一数据。

我们希望在地震记录中保存很多的高频成分。

但这是难以做到的。

因此,常常从地质任务出发要求保存最起码的最高频率（fmax）或最短波长（λmin）,最高频率可由下面原则进行计算。

设要分辨的最小地层厚度为ΔZ,层速度为VZ,在无相干干扰情况下取1/4的主波长（λm）为可分辨的最小厚度,即

λm——地震信号的主波长;fm——主频;Tm——主周期。

对于具有sinπt=型的零相位子波,当其频带宽度超过2个倍频程时,主频fm和最高频率fmax有下列近似关系:

fmax=1.43fm代入（5.2.3）式,得

（5.2.4）所以最高频率为:

（5.2.5）

相应信号中的最短波长应为:

4）地震波主频与横向分辨率

根据物理地震学的观点,地面上的一个点自激自收得到的反射波,实际上是来自地下某一范围内绕射子波叠加的结果。

水平方向上的分辨率,就是该范围的大小。

再小的地

质体就难以正确分辨了。

一般认为,地震波可以分辨横向地质体大小的范围约为第一菲涅尔带的图5.2.11第一菲涅尔带示意图范围。

其定义如图5.2.11。

在O点自激自收,到达O点最快的是来自反射界面上O'点的绕射子波,O'两侧的点产生的绕射子波到达O点的时间要依次晚一些,当反射点离开O'点一定距离后,所产生的绕射子波到达O点时的时差达到半个周期,就不能起到相互加强的作用。

因此,第一菲涅尔带的范围,即相波之间的相位差小于半个周期（T/2）的范围。

图中,如果界面上O'点两侧的C、O'点产生的绕射子波与O'点产生的绕射子波到达O点的时差为T/2,则认为C、C'以内的点产生的绕射子波在O点是加强的,C、C'范围以外的点产生的绕射子波在O点不再互相加强。

我们以O点为圆心,以OC为半径,在界面上画出圆的范围CC',叫做O点产生的波在界面上的第一菲涅尔带范围。

即在O点自激自收到的反射波,实际上是来自界面上CC'范围内所有的点的波。

小于这个范围的地质体,在地震时间剖面上就不可能准确地分辨出来。

菲涅尔带的大小也可以用波长来表示,从图5.2.11可以看出:

C点比O'点的绕射子波到达地面O点的时间晚T/2,即晚到的时间为地震波传播双倍CD路程所需的时间,因此于是菲涅尔带半径

=（5.2.6）

式中V——地震波到达反射界面的平均速度;

t0——垂直双程旅行时间;

fs——反射波主频。

如果λ<

（5.2.7）

按（5.2.7）式,根据所要求达到的水平分辨率（菲涅尔带半径L）,可计算出fs,则应保存的最高信号频率fmax可用近似公式fmax=1.43fs求得。

为设计最大炮检距、道距和检波器组合等项参数提供依据。

需要指出的是:

不同频率成分的反射波的第一菲涅尔带的大小不同,高频成分菲涅尔带小,分辨率也就高;低频成分菲涅尔带大,分辨率也就低。

因此提高水平分辨率的主要办法之一是提高反射波的频率。

5）勘探目的层的深度范围

最浅的目的层和最深的目的层在哪个深度上,这对于确定最大和最小炮检距是有用的。

6）地层的岩性和反射系数估计根据地质剖面和以前的地震工作可以对工区的岩性分段、对反射系数大小及变化做一初步估计。

这对确定覆盖次数有参考价值。

7）震源产生的干扰波及环境噪声

应当在设计采集参数之前做干扰波的调查工作。

并了解浅层折射波的情况,这对于确定覆盖次数和组合参数设计都是必要的。

2.空间采样距离的选择

空间采样距离是采集三维资料时对地震波进行接收（采样）的空间间隔。

当地质体空间三个正交方向（x，y及时间t）的采样密度均满足采样定理要求时,得到的数据体才有意义。

因此,为了保证所有反射有意义,在三个方向上都必须有足够的采样密度。

空间采样距离,对于二维是指道距（Δx）;对于三维是指道距和测线距。

道距与二维相同,指沿测线方向的采样点距。

测线距指沿垂直于测线方向的采样点距。

根据采样定理,为了使道距的选择不产生空间假频,在不存在相干噪音的情况下,信号沿测线方向的空间采样间隔（Δx）应满足

（5.2.8）

式中Δx——可选用的最大纵向道距；

λmin——信号最小视波长（沿测线方向的波长）。

如果存在明显的相干噪音,则对噪音采样,必须不把噪音的假频引入信号的频谱中,其目的是为了能在资料处理中消除面波干扰（保证不产生面波的假频）。

因此,要求道距（Δx）必须小于干扰波最大视波长的一半,即

（5.2.9）由于我们要求λmin≥2λmax,因此有Δx≤（1（5.2.10）根据（5.2.9）及（5.2.10）式,为了计算出不产生假频的最大道距,必须计算出地震信号沿测线的最小视波长（同时也应通过干扰波调查,了解探区的干扰波出现规律和干扰波的最大视波长）。

如果地震波沿观测方向传播的视速度为V*,地震信号的最高频率为fmax,则（5.2.11）由上式可以看出,

信号的最小视波长与沿观测方向传播的视速度及最高频率fmax有关。

在前面已经给出fmax,则求λmin主要决定于V*。

因此,我们现在的任务是求沿观测方向传播的视速度V*。

三维情况下界面反射波的时距方程一般可表示为:

（5.2.12）

观测方向S是任意给定一个方向,即有y=f（x）的任意给定测线,其视速度为:

（5.2.13）

式中h——法线深度;

φ——倾角;

α——x轴方位角。

因此,地震波视波长不仅与最高频率有关,而且与界面深度、速度、倾角和炮检距有关。

一般都是取炮检距最大,沿着下倾方向计算视速度。

3.检波点线距的选择

检波点线距的选择原则和道距的选择原则是一样的,如垂直检波点线的方向的倾角与沿着检波线的方向的倾角和最大炮检距的投影长度相近,就应当选择与纵向方向道距

相同的线距。

但是,有时地层的倾向与走向很清楚,一般把检波点线选择沿倾向方向排列,因此,垂直方向上的倾角很小。

所以,线距也就选得大些。

一般是取道距的倍数做为线距。

在进行三维地震数据采集参数设计时,容易忽略线距的合理选择。

把它简单地取做检波点距的倍数是不对的,也应当和求Δx一样进行分析后再确定。

4.最大炮检距的选择

最大炮检距的限定值与多种因素有关,并受多种因素制约。

因此应根据工区地质条件和有关地球物理参数综合考虑。

三维地震的炮检距,要用它在纵向（沿测线方向,一般称x方向）和横向（垂直于测线方向,一般称y方向）的投影来确定,其计算式为

（5.2.7）

x纵=Lx+（Bx-1）Δx;

式中

Lx——纵向偏移距（最小炮检距）;

Bx——纵向排列接收道数;

Δx——纵向接收道距;

y横——非纵距。

当计算大炮检距X时,y横应等于最大非纵距（即横向最大炮检距）当使用多图5.2.12入射角与最大炮检距的关系道地震仪进行三维地震工作时,决定最大炮检距的因素是反射波能量的稳定、动校正的拉伸程度和求速度的要求以及对多次波的压制效果等。

1）反射系数

反射系数随入射角的不同而不同。

在临界角内,反射系数虽然变化,但

比较平稳。

特别是在入射角小时变化更小些。

所以一般反射均采用这个范

围。

对于复杂的地下地质构造（复杂的断陷盆地）,由于地层的倾角及勘探目

的层的深度变化很大,而且,在地层剖面中,各种岩性组合交互出现,因而各

反射层速度比值的变化也很大,加之构造、断裂复杂以及横向地层岩性的不

稳定情况,因此要求入射角的限定值应尽可能小一些。

根据图5.2.12,假设

所选定的最大入射角为（θi0）,则对应的第i个界面的最大炮检距限定值由

下式给出:

Xma—第i个反射界面的深度。

考虑反射系数稳定的情况,在设计最大炮检距时,应根据工区主要目的层的埋藏深度,来

估算Xmax值。

2）目的层的反射界面变化很快、界面曲率变化很大时，也要对最大炮检距有所限制。

当界面不水平时,C道集的反射点的弥散半径是很大的,可达

数百米。

以倾角为φ的倾斜界面来讨论沿倾角方向的

弥散距离图5.2.13倾斜界面上反射点位置的弥散。

这时要考虑所采用的最大炮检距对叠加的效果是否有

利。

过大的炮检距可能引起叠加效果不佳。

3）动校正拉伸

在进行水平叠加时,动校正拉伸是不可必免的。

动校正拉伸会降低波的频率,使反射波发生畸变从而影响剖面的叠加效果。

通常用百分比来衡量其拉伸程度。

有如下关系式动校正拉伸百分比β=动校正量/双程反射时间

则动校正后的频率f2与动校正前的频率f1之间有下列关系:

（5.2.21）

当上覆地层为均匀介质且x=H时,动校正的拉伸率为1/8=12.5%。

即动校正后信号频率降到动校正前信号频率的87.5%左右。

如上覆地层为非均匀介质,动校正拉伸还要严重,拉伸率可达20%。

因此动校正拉伸影响是不可以忽视的。

动校正拉伸引起的频率变化与炮检距的关系可用下式计算

（5.2.22）

式中f、f′——动校正前、后的反射波频率;

v——均方根速度（设计时可用平均速度）。

利用公式（5.2.22）,根据工区实际参数,可绘制动校正拉伸与炮检距的关系曲线,作为设计最大炮检距时的参考。

4）速度分析精度问题

均方根速度和叠加速度均与正常时差有关,只有当正常时差有较大的数值时,才能

保证速度分析的精度。

正常时差是随着界面埋藏深度与炮检距之比的减小而增大的,因此,为了提高速度分析的精度,应当具有足够大的炮检距。

5）偏移效果的考虑

炮检距对偏移剖面有很大影响。

若界面深度为h,经偏移后,波长将展宽倍,与动校正拉伸一致。

因此,也要求炮检距不要过大。

从上面的分析可以看出,最大炮检距的选择受多种因素的影响和制约。

为了勘探深层,求准速度和压制多次波,则需要较大的炮检距。

但为了保持稳定的反射系数,为了减少动校正拉伸的影响,则希望炮检距越小越好。

因此,在设计时应综合分析各种因素,权衡利弊,合理选择最大炮检距。

5.最小炮检距的选择

最小炮检距主要根据勘探最浅层所需要的深度和爆炸产生的干扰波进行选择。

在能避开干扰波的情况下最小炮检距应尽量小。

6.覆盖次数

覆盖次数的高低决定着叠加记录的信噪比。

因此,它与压制规则干扰波和随机噪声有着密切关系。

同时也和速度分析和计算静校正量有关。

1）关于压制随机干扰

设覆盖次数为n,则对于压制随机干扰来说,按照统计效应可提高信噪比倍。

因此,和二维地震勘探一样,从统计效应来说,覆盖次数越高越好。

但高覆盖次数会受到经济的限制。

同时实际的干扰背景不太大时,过高的覆盖次数是不必要的。

2）关于压制规则干扰波

用多次覆盖压制的规则干扰波主要是多次反射波,多次波的压制是靠多次反射波与一次反射波的时差（剩余时差）进行的,一般用剩余时差系是产生多次波那层的速度,一般比v要小。

但在浅层倾角较大,深层为水平层的条件下产生的多次波,则vm可能接近v,使q值很小。

这时就不能达到压制多次波的目的。

一般地说,压制多次反射波需要有较高的覆盖次数和较大的炮检距。

3）三维速度分析的要求

从三维速度分析的角度,也是希望覆盖次数越高越好。

同时,在三维情况下还要求它们的方位角分布是均匀的。

因此,在设计观测系统纵横向的覆盖次数时也要从速度分析的角度来确定覆盖次数及纵横向两个方向上覆盖次数的分配。

4）静校正量估算的要求

从估算剩余静校正量来分析,覆盖次数越高,估算静校正量的结果越确。

因此,从静校正量的估算出发,也要求三维地震测量工作的覆盖次数越高越好。

四、三维地震数据采集的现场质量控制

三维地震是高精度、高分辨率的勘探技术,有显著的经济效益。

但要真正达到预期的勘探效果,只有在搞好野外资料采集、资料处理以及资料解释三大环节工作的基础上才能实现。

野外资料采集是三维地震工作的基础,它直接关系到三维资料的处理效。

所以,对三维地震数据采集工作的质量进行控制（对现场施工进行质量控制）是十分必要的。

必须做好以下工作。

1.首先要求仪器工作正常，日检合格。

不合标准的应在调试正常后再进入工作状态。

2.三维数据采集的参数及方法是根据地质任务要求经过理论试算并结合现场试验后选择的,因此要采取有效措施保证其正确实施。

3.及时做好补炮工作。

由于三维采集接收道数多,排列和炮点铺开面大,收、放线比较复杂,为了减少空炮、废炮确保采集质量而又不影响施工效率,放炮时应由仪器操作员和现场解释员对记录进行严格的监视,及时作出评价,不符合要求的记录尽可能及时补炮。