周旭，劉依謀，王乃建，劉新文，孔德政

（1.中國石油東方地球物理公司塔里木物探處，新疆庫爾勒841000；2.中國石油塔里木油田公司勘探開發(fā)部，新疆庫爾勒841000；3.中國石油塔里木油田公司物探方法研究所，新疆庫爾勒841000）

三維觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜構(gòu)造疊前成像效果的影響分析

周旭1,3，劉依謀2，王乃建1，劉新文1，孔德政1

（1.中國石油東方地球物理公司塔里木物探處，新疆庫爾勒841000；2.中國石油塔里木油田公司勘探開發(fā)部，新疆庫爾勒841000；3.中國石油塔里木油田公司物探方法研究所，新疆庫爾勒841000）

疊前偏移成像效果與觀測(cè)系統(tǒng)密切相關(guān)，明確觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)變化對(duì)成像效果的影響對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)至關(guān)重要。利用復(fù)雜構(gòu)造區(qū)三維物理模擬數(shù)據(jù)和實(shí)際采集的寬方位三維地震數(shù)據(jù)，進(jìn)行了觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)的退化處理試驗(yàn)，分析了道密度、觀測(cè)寬度、線距變化對(duì)疊前深度偏移的影響。分析表明：1）觀測(cè)寬度影響構(gòu)造成像效果，增加觀測(cè)寬度利于提高深層構(gòu)造的斷點(diǎn)、斷層、斷裂下盤成像清晰度和陡傾角同相軸的連續(xù)性；2）有效道密度和炮檢距分布的均勻性影響偏移噪聲的強(qiáng)弱，提高道密度和炮檢距的均勻性利于壓制偏移噪聲，提高剖面信噪比；3）接收線距影響中淺層有效道密度和炮檢距分布的均勻性，采用較小的線距獲得更高的中淺層有效道密度和更均勻的采樣結(jié)果，利于保證中淺層成像效果。研究認(rèn)識(shí)可望為復(fù)雜構(gòu)造區(qū)觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供借鑒。

庫車山地；地震采集；觀測(cè)系統(tǒng)；道密度；觀測(cè)寬度；線距

地震觀測(cè)系統(tǒng)決定了地震數(shù)據(jù)的空間采樣特性，與疊前偏移成像效果有著密切聯(lián)系?？臻g采樣密度和分布的均勻性與偏移剖面的分辨率有關(guān)，并影響去噪和偏移噪聲的大小，提高道密度（每平方公里炮檢對(duì)數(shù)量），可擴(kuò)大三維空間帶寬、改善疊前道集以及成像數(shù)據(jù)體信噪比，利于提高疊前偏移成像精度[1-2]；采集孔徑影響橫向分辨率和速度分析精度，較大的觀測(cè)孔徑有利于橫向分辨率的提高，在進(jìn)行深層地震勘探時(shí)，需要有足夠大的觀測(cè)孔徑來保證速度估計(jì)的精度[3-4]；寬方位觀測(cè)具有更高的陡傾角成像能力和較豐富的振幅成像信息，有利于獲得更好的多方向小斷層的成像效果和較清晰的斷裂帶及其儲(chǔ)層空間范圍的刻畫效果[5-7]。

基于疊前成像的需要，Gijs J.O.Vermeer提出了“對(duì)稱、均勻、充分采樣”的三維觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念[8]，Mike Galbraith等人分別提出了通過PSTM響應(yīng)、雙聚焦方法、面元屬性分析等來評(píng)價(jià)觀測(cè)系統(tǒng)的方法[9-13]。這些理念和方法可從理論上很好地指導(dǎo)觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化選擇。然而，在實(shí)際生產(chǎn)中，往往會(huì)因?yàn)閷?duì)復(fù)雜地下地質(zhì)特征的認(rèn)識(shí)不足，導(dǎo)致理論分析的結(jié)果發(fā)生偏差，影響觀測(cè)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)和優(yōu)選。因此，有必要通過對(duì)資料成像結(jié)果的分析，進(jìn)一步理清不同參數(shù)對(duì)成像效果的實(shí)際影響，進(jìn)而指導(dǎo)觀測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)選。

塔里木盆地北部的庫車坳陷地下發(fā)育三層結(jié)構(gòu)的擠壓沖斷型鹽構(gòu)造：鹽上層發(fā)育逆沖斷層和褶皺、鹽巖塑性流變形成的鹽丘和鹽背斜，鹽下層發(fā)育疊瓦沖斷的斷層相關(guān)褶皺[14-15]。鹽下構(gòu)造是該區(qū)油氣勘探的主要目標(biāo)，以往通過常規(guī)三維采集獲得的地震資料上，鹽下波場(chǎng)雜亂、信噪比低，層位追蹤和斷點(diǎn)識(shí)別的難度極大。在近期的攻關(guān)中，通過采用寬方位、高道密度的觀測(cè)系統(tǒng)采集，使鹽下深層成像效果有了明顯改善，但是仍然沒有達(dá)到預(yù)期效果，因此還需進(jìn)一步優(yōu)化觀測(cè)系統(tǒng)。利用庫車地區(qū)寬方位三維采集數(shù)據(jù)和物理模擬數(shù)據(jù)，進(jìn)行觀測(cè)系統(tǒng)退化處理，通過對(duì)比分析不同觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的疊前深度偏移處理結(jié)果，明確了道密度、觀測(cè)寬度、線距對(duì)復(fù)雜構(gòu)造疊前深度偏移成像效果的影響，可為該區(qū)及類似地區(qū)地震觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 觀測(cè)系統(tǒng)退化試驗(yàn)

1.1 觀測(cè)系統(tǒng)退化方案構(gòu)建

本次研究選用了一套采用庫車KS區(qū)塊地質(zhì)模型通過物理模擬得到的三維數(shù)據(jù)和一套在庫車DB區(qū)塊攻關(guān)采集的三維數(shù)據(jù)。這兩套數(shù)據(jù)采集時(shí)分別采用了表1中A0和B0觀測(cè)系統(tǒng)。通過去掉原始觀測(cè)系統(tǒng)A0和B0兩邊的接收線，可分別得到A1、B1兩套退化觀測(cè)系統(tǒng)方案；通過將原始觀測(cè)系統(tǒng)A0和B0的接收線抽稀，可分別得到A2、B2兩套退化觀測(cè)系統(tǒng)方案，具體參數(shù)見表1，示意圖見圖1。

1.2 試驗(yàn)觀測(cè)系統(tǒng)屬性特點(diǎn)

從表1中可看到試驗(yàn)觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)的差異，主要包括線數(shù)、接收線距、橫縱比和道密度。橫縱比是接收排列片橫縱向?qū)挾鹊谋戎?，在?duì)比的幾套觀測(cè)系統(tǒng)中縱向排列長度不變，橫縱比的差異反映了排列片橫向?qū)挾龋ㄓ^測(cè)寬度）的變化。原始方案和退化方案2排列觀測(cè)寬度基本相當(dāng)，比退化方案1寬一倍。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)原始觀測(cè)系統(tǒng)和退化后的觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)Table 1Parameters of original and regressive observing system

圖1 觀測(cè)系統(tǒng)示意圖（以方案A0為例）Fig.1Schematic diagram of observation system(example:program A0)

道密度是單位面積內(nèi)炮檢對(duì)的數(shù)量[16-17]，可用下式計(jì)算：

式中：D為道密度，道/km2；F為覆蓋次數(shù)；bx為橫向面元尺寸，m；by為縱向面元尺寸，m。

受處理中拉伸切除的影響，不同深度地層對(duì)應(yīng)的有效偏移距是不同的。因此，同一個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)在不同深度地層的有效覆蓋次數(shù)不同。根據(jù)道密度的計(jì)算公式，同一個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)在不同深度的有效道密度也不同，可根據(jù)下式計(jì)算：

式中：D1為有效道密度，道/km2；N1為單位面積內(nèi)不同深度地層對(duì)應(yīng)的有效炮檢距范圍內(nèi)的炮檢對(duì)數(shù)量；N為單位面積內(nèi)總炮檢對(duì)數(shù)量。

統(tǒng)計(jì)方案A0-A2觀測(cè)系統(tǒng)滿覆蓋區(qū)400 m×480 m范圍內(nèi)的炮檢對(duì)，得到圖2所示的結(jié)果。從圖2可以看出，在炮檢距0～3 000 m這個(gè)區(qū)間上，原始方案和退化方案1的炮檢對(duì)數(shù)量相當(dāng)，是退化方案2的兩倍左右；在炮檢距0～5 000 m及以上區(qū)間上，兩個(gè)退化方案的炮檢對(duì)數(shù)量基本相當(dāng)，是原始方案的左右。

根據(jù)式（2）計(jì)算，在淺層（有效接收范圍0～3 000 m時(shí)），原始方案和退化方案1的有效道密度相當(dāng)，是退化方案2的兩倍；在深層（有效接收范圍大于5 000 m時(shí)），兩個(gè)退化方案的有效炮道密度相當(dāng)，是原始方案的。另外，三種觀測(cè)系統(tǒng)0～4 000 m和0～9 000 m偏移距范圍內(nèi)的炮檢對(duì)數(shù)量幾乎都相差一倍，即每種觀測(cè)系統(tǒng)的深層有效道密度都比淺層高得多。

圖2 滿覆蓋區(qū)400 m×480 m范圍內(nèi)三套觀測(cè)系統(tǒng)的炮檢對(duì)統(tǒng)計(jì)Fig.2Offset of three observing system within 400 m× 480 m in full covered area

對(duì)比三套觀測(cè)系統(tǒng)相同位置面元內(nèi)的炮檢距分布情況（圖3），可以看出采用較小接收線距的方案A0和A1炮檢距分布更加均勻，尤其是中近炮檢距分布的均勻性明顯優(yōu)于采用較大接收線距的方案A2。

1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理流程如圖4所示，大致可分成預(yù)處理、偏移速度建模、不同觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分選、不同觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)偏移成像四部分。首先，在原始觀測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)上進(jìn)行預(yù)處理和速度建模；然后，在預(yù)處理后的數(shù)據(jù)中抽取各對(duì)比子觀測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并應(yīng)用原始觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)建立的速度場(chǎng)，按照統(tǒng)一流程分別進(jìn)行克希霍夫疊前深度偏移處理，得到各子觀測(cè)系統(tǒng)的偏移數(shù)據(jù)體。

圖3 滿覆蓋區(qū)不同觀測(cè)系統(tǒng)的炮檢距分布Fig.3Offset displacement of different observing system in full covered area

圖4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理流程Fig.4Processing flow of test data

2 處理結(jié)果分析

根據(jù)不同觀測(cè)系統(tǒng)的差異，通過退化試驗(yàn)處理結(jié)果可進(jìn)行以下幾方面的對(duì)比：將原始方案與退化方案1對(duì)比，可比較觀測(cè)寬度、深層有效道密度變化對(duì)成像效果的影響；將原始方案和退化方案2對(duì)比，可比較從淺到深層有效道密度和炮檢距分布的均勻性變化對(duì)成像效果的影響；將退化方案1和退化方案2對(duì)比，可比較觀測(cè)寬度、淺層有效道密度和炮檢距均勻性變化對(duì)成像效果的影響。

2.1 物理模擬數(shù)據(jù)處理結(jié)果分析

2.1.1 方案A1和A2處理結(jié)果對(duì)比

A1和A2方案的觀測(cè)系統(tǒng)屬性差別是中淺層有效道密度、炮檢距分布的均勻性和觀測(cè)寬度，其中A1淺層道密度高、炮檢距分布均勻，A2觀測(cè)方位寬。圖5中c和d是兩套方案對(duì)應(yīng)的Inline方向疊前深度偏移剖面，在箭頭所示的逆掩構(gòu)造斷點(diǎn)、斷面及斷裂下盤處（埋深8 000 m左右），圖5d具有更高的清晰度。由于兩者深層有效道密度相當(dāng)，分析認(rèn)為深層成像效果的差異是觀測(cè)寬度帶來的影響，即觀測(cè)寬度大利于繞射波有效收斂，提高了逆掩構(gòu)造的偏移成像能力。圖6中c和d是兩套方案對(duì)應(yīng)的Xline方向疊前深度偏移剖面，整體上圖6c的信噪比比圖6d高，尤其是在中淺層（埋深5 000 m以內(nèi)）差距十分明顯。結(jié)合兩套觀測(cè)系統(tǒng)屬性的差異分析認(rèn)為，A1方案中淺層的有效道密度高，而且炮檢距分布更加均勻，在偏移過程中產(chǎn)生的偏移噪聲更小[1]，因而有較高的信噪比。但在深層，隨著有效道密度的不斷增加，A2觀測(cè)系統(tǒng)的偏移噪聲逐步減少，縮小了與方案A1的差距，因此深層信噪比差異不大。

2.1.2 方案A0和A2處理結(jié)果對(duì)比

A0和A2方案觀測(cè)系統(tǒng)屬性的主要差別是道密度和炮檢距分布均勻性的差別，從淺到深層，A0觀測(cè)系統(tǒng)的有效道密度都是A2的2倍，且炮檢距分布的均勻性更高。圖5中b和d是兩套方案對(duì)應(yīng)的Inline方向疊前深度偏移剖面，在箭頭所示的復(fù)雜構(gòu)造位置上兩者差別不大，說明在觀測(cè)寬度相同的情況下，增加道密度對(duì)逆掩構(gòu)造成像效果的改善不明顯。圖6中b和d是兩套方案對(duì)應(yīng)的Xline方向疊前深度偏移剖面，兩者之間的差別和之前對(duì)比的圖6中c和d之間的差別基本相同，依然是圖6d信噪比低，且在中淺層尤為明顯。根據(jù)A0和A2觀測(cè)系統(tǒng)屬性的差異，造成這種對(duì)比結(jié)果的原因是A0淺層有效道密度高且炮檢距分布更均勻，利于減小偏移噪聲。盡管A0的觀測(cè)系統(tǒng)屬性優(yōu)勢(shì)在深層依然存在，但由于A2深層有效道密度的增大基本滿足了壓制偏移噪聲的需要，因此在深層獲得了與方案A0基本相當(dāng)?shù)男Ч?/p>

圖5 Inline方向速度模型及方案A0、A1、A2對(duì)應(yīng)的疊前深度偏移剖面Fig.5Velocity model of Inline and prestack depth migration profile of program A0,A1 and A2

圖6 Xline方向速度模型及方案A0、A1、A2對(duì)應(yīng)的疊前深度偏移剖面Fig.6Velocity model of Xline and prestack depth migration profile of program A0,A1 and A2

2.1.3 方案A0和A1處理結(jié)果對(duì)比

A0和A1方案觀測(cè)系統(tǒng)屬性的主要差別是觀測(cè)寬度和深層有效道密度，A0觀測(cè)寬度和深層有效道密度都是A1的2倍。圖5中b和c是兩套方案對(duì)應(yīng)的Inline方向疊前深度偏移剖面，在箭頭指示的逆掩構(gòu)造斷點(diǎn)、斷裂下盤等位置A0的成像清晰度高。這一結(jié)果再次證實(shí)增加觀測(cè)寬度有利于改善深層逆掩構(gòu)造的成像效果。圖6中b和c是兩套方案對(duì)應(yīng)的Xline方向疊前深度偏移剖面，兩者信噪比基本相當(dāng)。這說明在較高道密度和炮檢距分布均勻的前提下繼續(xù)提高道密度，對(duì)改善信噪比的作用不明顯。

2.2 實(shí)際采集資料處理結(jié)果分析

2.2.1 B1與B2方案處理結(jié)果對(duì)比

B1和B2方案的觀測(cè)系統(tǒng)屬性差別與A1與A2的差別相同。圖7中b和c是兩套方案對(duì)應(yīng)的疊前深度偏移剖面，剖面b淺層信噪比相對(duì)于剖面c更高，但在深層箭頭和方框指示位置，剖面b清晰度和同相軸連續(xù)性較差。這一對(duì)比結(jié)果與物理模擬A1與A2的對(duì)比結(jié)果類似，能得出相同認(rèn)識(shí)。

2.2.2 B0與B2方案處理結(jié)果對(duì)比

B0和B2方案觀測(cè)系統(tǒng)屬性的差別與A0和A2的差別相同。圖7中a和c是兩套方案對(duì)應(yīng)的疊前深度偏移剖面，剖面a淺層信噪比明顯優(yōu)于剖面c，但兩者對(duì)深部地層（深層方框和箭頭指示處）的刻畫效果基本相同。這一對(duì)比結(jié)果也與物理模擬A0和A2的對(duì)比結(jié)果類似，能得到相同認(rèn)識(shí)。

2.2.3 B0與B1方案處理結(jié)果對(duì)比

B0和B1方案觀測(cè)系統(tǒng)屬性的差別于A0和A1的差別相同。圖7中a和b是兩套方案對(duì)應(yīng)的疊前深度偏移剖面，在深層方框和箭頭指示位置，圖7b清晰度較差，同相軸連續(xù)性較差，但兩者淺層信噪比相當(dāng)。這一對(duì)比結(jié)果同樣與物理模擬A0和A1的對(duì)比結(jié)果類似，能得到相同認(rèn)識(shí)。

圖7 方案B0、B1、B2疊前深度偏移剖面Fig.7Prestack depth migration profile of program B0,B1 and B2

3 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

利用物理模擬數(shù)據(jù)和實(shí)際地震采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行觀測(cè)系統(tǒng)退化試驗(yàn)，得到了基本一致的對(duì)比結(jié)果和認(rèn)識(shí)：

1）觀測(cè)寬度影響構(gòu)造的成像效果，增加觀測(cè)寬度利于提高深層構(gòu)造的斷點(diǎn)、斷層、斷裂下盤成像清晰度和陡傾角同相軸的連續(xù)性。

2）有效道密度和炮檢距分布的均勻性影響偏移噪聲的強(qiáng)弱，提高道密度和炮檢距的均勻性利于壓制偏移噪聲，提高剖面信噪比。

3）接收線距影響中淺層有效道密度和炮檢距分布的均勻性，采用較小的線距獲得更高的中淺層有效道密度和更均勻的采樣結(jié)果，利于保證中淺層成像效果。

4）在深層有效道密度達(dá)到一定程度后，影響深層復(fù)雜構(gòu)造成像效果的關(guān)鍵是觀測(cè)寬度；以足夠道密度為基礎(chǔ)，采用寬方位觀測(cè)利于提高復(fù)雜構(gòu)造區(qū)深層構(gòu)造的成像效果。

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（編輯：尹淑容）

Analysis on influence of 3D geometry on prestack imaging of complex structures

Zhou Xu1,3,Liu Yimou2,Wang Naijian1,Liu Xinwen1and Kong Dezheng1
(1.Tarim Geophysical Prospecting Department,BGP,CNPC,Korla,Xinjiang 841000,China; 2.Exploration and Development Department,Tarim Oilfield Company,CNPC,Korla,Xinjiang 841000,China; 3.Geophysical method research institute,Tarim Oilfield Company,CNPC,Korla,Xinjiang 841000,China;)

Prestack migration imaging effect is closely related to the observation system.So that defining the influence of observa?tion system parameter variation on imaging effect is essential to the optimum design of observation system.A observation system pa?rameter degenerate processing test is made by using the 3D physical simulation data in complex structure area and the actual col?lected wide-azimuth 3D seismic data to analyze the influence of trace density,observing width and line interval to prestack depth migration.The analysis result shows that:1）the observing width has great influence on the imaging.Deepening structures and in?creasing observing width are beneficial to improve the imaging resolution of breaking point,faults and fracture footwall as well as the continuity of the phase axis of steep dip;2）the effective trace density and the uniformity of offset distribution have great influ?ence on migration noise,and increasing them is beneficial to increase the signal/noise ratio;3）the receiving line interval influenc?es the shallow layer effective trace density and the uniformity of offset distribution,and further influences shallow layer signal/noise ratio.Using a smaller line interval helps to ensure the shallow layer imaging effect.The study is expected to provide reference for complex structure areas in geometry design.

Kuqa mountain,seismic acquisition,observation system,track density,observing width,line spacing

P631.4

A

2014-10-20。

周旭（1980—），男，工程師，從事地震采集方法研究。

國家科技重大專項(xiàng)“復(fù)雜構(gòu)造地球物理配套技術(shù)”（2011ZX05019-005）和“塔里木盆地庫車前陸沖斷帶油氣開發(fā)示范工程”（2011ZX05046）項(xiàng)目聯(lián)合資助。