雷濤， 顧漢明 *, 李列， 李添才，

方中于4， 孫波1,2， 余信江1,2

1 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球物理與空間信息學(xué)院，地球內(nèi)部多尺度成像湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 武漢　430074 2 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 武漢　430074 3 中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司， 廣東湛江　524057 4 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)物探技術(shù)研究所， 廣東湛江　524057

?

海上全方位觀測(cè)系統(tǒng)照明

雷濤1,2， 顧漢明1,2 *, 李列3， 李添才4，

方中于4， 孫波1,2， 余信江1,2

1 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球物理與空間信息學(xué)院，地球內(nèi)部多尺度成像湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 武漢430074 2 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 武漢430074 3 中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司， 廣東湛江524057 4 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)物探技術(shù)研究所， 廣東湛江524057

摘要全方位觀測(cè)系統(tǒng)是目前海上一種可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)環(huán)狀采集的地震觀測(cè)系統(tǒng)，它有效擴(kuò)大目標(biāo)層上面元的采集方位范圍，能夠更全面地反映地下構(gòu)造信息，具有極高的生產(chǎn)效率.本文在波前構(gòu)建法三維射線追蹤技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)獲得模擬偏移振幅強(qiáng)度作為照明量，來(lái)衡量目標(biāo)層對(duì)不同觀測(cè)系統(tǒng)的照明響應(yīng)，為評(píng)價(jià)和優(yōu)化不同觀測(cè)系統(tǒng)提供指導(dǎo)依據(jù).測(cè)試結(jié)果表明：與平行觀測(cè)系統(tǒng)相比，全方位觀測(cè)系統(tǒng)在目標(biāo)層上的照明能量的連續(xù)性和均勻性最好，能夠有效地改善平行觀測(cè)系統(tǒng)下照明陰影區(qū)的照明效果，是一種理想的觀測(cè)系統(tǒng)，可以廣泛適用于海上復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的地震采集工作.

關(guān)鍵詞全方位觀測(cè)系統(tǒng)； 波前構(gòu)建法； 模擬偏移振幅； 照明； 非生產(chǎn)時(shí)間

1引言

目前，海上三維地震勘探主要是以拖纜的形式采集，海上地震觀測(cè)系統(tǒng)主要類型有：窄方位(NAZ)觀測(cè)系統(tǒng)、多方位(MAZ)觀測(cè)系統(tǒng)、寬方位(WAZ)觀測(cè)系統(tǒng)、富方位(RAZ)觀測(cè)系統(tǒng)以及全方位(FAZ)觀測(cè)系統(tǒng).根據(jù)測(cè)量時(shí)震源船航行方向的不同，前四種觀測(cè)系統(tǒng)屬于平行采集觀測(cè)系統(tǒng)，在采集方向上覆蓋次數(shù)明顯高于其他方位，而全方位觀測(cè)系統(tǒng)屬于環(huán)型觀測(cè)系統(tǒng)，在各個(gè)方位上覆蓋次數(shù)均勻分布.窄方位觀測(cè)系統(tǒng)(溫書亮等, 2011)是海上最常見的采集觀測(cè)系統(tǒng)，又稱為常規(guī)觀測(cè)系統(tǒng)，通常是地震船在目標(biāo)靶區(qū)上方沿直線航行放炮，一條航線測(cè)量完之后，震源船調(diào)頭，沿著與之前航線平行的測(cè)線開始新的勘探，盡管震源波前在三維空間向各個(gè)方向傳播，但只有小部分反射波波前能被拖纜接收到，而且地震射線路徑的方位主要集中在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，可近似為直線傳播.采集信息集中在與航向相關(guān)的較窄方位角內(nèi)，遠(yuǎn)偏移距方位角在地震船路徑的上下10°范圍內(nèi)，近偏移距處炮檢距在航線方向的分量較小，所以相應(yīng)方位角范圍較大，但是當(dāng)?shù)貙拥臉?gòu)造較為復(fù)雜、折射率較高時(shí)，會(huì)造成射線彎曲，地下構(gòu)造很難成像.而多方位觀測(cè)系統(tǒng)(Rietveld et al., 2006; Barley and Summers, 2007; Barnes et al., 2009)是在窄方位的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，采用一條船沿多個(gè)方向航行，采集信息集中在與航向相關(guān)的多個(gè)方位角范圍內(nèi)，在成像困難或者照明較弱的局部區(qū)域，可采用此方法進(jìn)行照明補(bǔ)償，提高成像質(zhì)量；寬方位采集(Barley and Summers, 2007; Barnes et al., 2009)一般用3～4條震源船交替激發(fā)、1～2條記錄船記錄采集資料，這一技術(shù)在近偏移距范圍內(nèi)能夠提供全方位的信息，但在中偏移距和遠(yuǎn)偏移距處，只能提供較小范圍內(nèi)的反射信息.富方位采集(Sava, 2006; Howard and Moldoveanu, 2006; Howard, 2007; Kapoor et al., 2007; Long, 2010)是在結(jié)合了多方位采集以及寬方位采集各自優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型觀測(cè)系統(tǒng)，能夠獲取全方位的反射資料，但是在與航向相關(guān)的方位角上覆蓋次數(shù)明顯高于其他方位上的，在不同方位上覆蓋次數(shù)不均勻性較為嚴(yán)重.以上幾種方法均需作業(yè)船反復(fù)調(diào)頭，轉(zhuǎn)彎需花費(fèi)較多非生產(chǎn)時(shí)間，同時(shí)，寬方位和富方位采集還需多條船協(xié)同作業(yè)，生產(chǎn)效率再次降低，據(jù)統(tǒng)計(jì)采用平行觀測(cè)系統(tǒng)采集時(shí)，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間只占45%，而全方位觀測(cè)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率可以達(dá)到90%(Buia et al., 2008).

全方位觀測(cè)系統(tǒng)在20世紀(jì)80年代就被提出(Buia et al., 2008)，但直到2006年西方奇科公司才將此觀測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，現(xiàn)如今國(guó)外已做了大量的研究，而國(guó)內(nèi)幾乎沒(méi)有相關(guān)的生產(chǎn)資料介紹.全方位觀測(cè)系統(tǒng)采集技術(shù)是目前海上最先進(jìn)的采集技術(shù)，僅使用一條地震船就可完成整個(gè)工區(qū)的采集任務(wù)，測(cè)量船沿環(huán)形或者螺旋形連續(xù)采集記錄，將非生產(chǎn)時(shí)間降到最低.全方位觀測(cè)系統(tǒng)最早用于全商業(yè)化勘探(Buia et al., 2009a, 2009b, 2011; Velayatham et al., 2013)是在2008年西方奇科公司與埃尼集團(tuán)合作的Tulip項(xiàng)目，通過(guò)建立了全方位觀測(cè)系統(tǒng)3D合成資料的子集，采用3D GSMP預(yù)測(cè)技術(shù)(Dragoset et al., 2009)壓制多次波，此觀測(cè)系統(tǒng)有效改善了深層構(gòu)造的成像質(zhì)量以及傾斜同相軸的連續(xù)性.2008年，挪威國(guó)家石油公司充分論證對(duì)比了常規(guī)NAZ，四船WAZ和FAZ幾種采集觀測(cè)系統(tǒng)(Houbiers et al., 2008, 2009, 2011)，結(jié)果表明：與NAZ、WAZ觀測(cè)系統(tǒng)相比，全方位資料分析層位上振幅的一致性最好，并且這些振幅值與該層的合成記錄吻合度最高.2010年，西方奇科公司在巴西近海深水盆地——桑托斯盆地的采集作業(yè)(Soldo et al., 2011; Cooke et al., 2012; Brice et al., 2013)，將全方位采集的資料分成六個(gè)方位角子集，采用多方位角層析方法更新各向異性速度模型，處理結(jié)果表明鹽底構(gòu)造成像質(zhì)量好，鹽下構(gòu)造解釋成果可靠，有效解決了鹽下成像難的問(wèn)題.

為了刻畫不同觀測(cè)系統(tǒng)下的照明能量，本文采用波前構(gòu)建法(WF)三維射線追蹤正演模擬技術(shù)(韓復(fù)興等, 2009, 2011, 2012)，從而獲得地震波的走時(shí)、射線路徑及振幅信息，再結(jié)合Kirchhoff疊前深度偏移技術(shù)，求得來(lái)自反射層的模擬偏移振幅，最后通過(guò)模擬偏移振幅的強(qiáng)度作為照明量，來(lái)衡量反射層對(duì)不同觀測(cè)系統(tǒng)的照明響應(yīng)，為評(píng)價(jià)和優(yōu)化不同觀測(cè)系統(tǒng)提供指導(dǎo)依據(jù).

2地震照明模擬方法

2.1波前構(gòu)建法三維射線追蹤正演模擬

波前構(gòu)建法主要由兩套方程組(Vinje et al.,1993;韓復(fù)興,2009)組成：一個(gè)是用來(lái)計(jì)算射線路徑及走時(shí)信息的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程組(孫建國(guó)和何洋, 2007,韓復(fù)興等,2007, 2008a,2008b)；另一個(gè)是用來(lái)計(jì)算射線振幅信息及相位的動(dòng)力學(xué)方程組(韓復(fù)興等, 2012).通過(guò)這兩套方程組可以依次獲得地震波的走時(shí)、射線路徑及振幅信息.

運(yùn)動(dòng)學(xué)射線追蹤方程組：

(1)

其中xi是射線位置坐標(biāo)的分量，v是地震波的傳播速度矢量，pi是時(shí)間慢度矢量的分量，τ是射線走時(shí).對(duì)于一階的常微分方程組，可以采用差分?jǐn)?shù)值算法求得其數(shù)值解.其初始條件為：

(2)

這里的α0和γ0是射線的兩個(gè)初始角度.

動(dòng)力學(xué)射線追蹤方程組：

(3)

其中Q,P,V是2×2 的矩陣.Q是從射線參數(shù)坐標(biāo)到射線中心坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換矩陣，P是慢度矢量分量從射線參數(shù)坐標(biāo)到射線中心坐標(biāo)中的轉(zhuǎn)換矩陣，Q,P均是以時(shí)間τ為參數(shù)的矢量，V是速度的二階導(dǎo)數(shù).對(duì)于此常微分方程組，同樣采用差分?jǐn)?shù)值算法求得其數(shù)值解.

其初始條件為：

(4)

然后根據(jù)下面的公式(Vinjeetal., 1993)計(jì)算出射線的振幅：

U(τ+Δτ)=

(5)

這里的ρ是介質(zhì)的密度，Δτ是時(shí)間步長(zhǎng).

2.2模擬偏移振幅的照明能量

模擬偏移振幅(SMA)技術(shù)是一種應(yīng)用Kirchhoff偏移的技術(shù)，SMA類似于疊前深度偏移(PSDM)振幅，相比較于傳統(tǒng)的振幅圖，SMA可以更好地評(píng)價(jià)觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)層的照明效果.

根據(jù)Bleistein和Gray( 2001)提出的Kirchhoff偏移的表達(dá)式：

(6)

其中 x是深度點(diǎn)坐標(biāo)，ξ是地震道的位置，U是地震道數(shù)據(jù)，F(xiàn)是一個(gè)可以恢復(fù)震源脈沖的濾波器，τ(x,ξ)是從震源經(jīng)過(guò)點(diǎn)x到達(dá)檢波器的雙程走時(shí)，W(x,ξ)是偏移權(quán)值，βPSDM(x)是在深度點(diǎn)x的偏移振幅.

(7)

具體步驟如下：

(1) 將地震道U(ξ,t)替換成相應(yīng)的采用射線法合成的記錄u(ξ,t)，其中，

u(ξ,t)=Re(A0(ξ))s(t-t0)-Im(A0(ξ))h(t-t0)

(8)

s(t)是持續(xù)時(shí)間為T震源脈沖函數(shù)，h(t)是s(t)的Hilbert變換，t0表示檢波器接收來(lái)自目標(biāo)層的反射波的到達(dá)時(shí)間，A0(ξ)是檢波器接收來(lái)自目標(biāo)層反射波的振幅，通過(guò)(5)式計(jì)算所得.

(2) 將雙程走時(shí)τ(x,ξ)替換成雙程走時(shí)τR(x,ξ)，其中τR(x,ξ)是采用射線追蹤法的二階旁軸近似法在已知反射點(diǎn)x0的展開.

τR(x,ξ)=τs(x0)+τr(x0)+(ps(x0)+pr(x0))TΔx

(9)

(3) 將來(lái)自反射點(diǎn)的反射波的影響擴(kuò)展到整個(gè)菲涅爾帶區(qū)域(Laurainetal., 2003;Laurainetal., 2004).

至此，來(lái)自目標(biāo)層的所有位置的模擬偏移振幅βSMA(x)均求得，為了從能量的角度刻畫觀測(cè)系統(tǒng)下的反射波照明情況，可采用以下兩種方式求取SMA照明能量：

(10)

(11)

3不同類型采集觀測(cè)系統(tǒng)下照明對(duì)比

為了直觀地說(shuō)明全方位觀測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)比分析了不同觀測(cè)系統(tǒng)的方位角-偏移距玫瑰圖，方位角對(duì)應(yīng)著玫瑰圖上圓環(huán)的角度，是震源到檢波器的方位，偏移距對(duì)應(yīng)著玫瑰圖上圓環(huán)半徑，是震源到檢波器的距離.不同色階代表不同的覆蓋道數(shù)，結(jié)合觀測(cè)系統(tǒng)示意圖(見圖1)和方位角-偏移距玫瑰圖(見圖2)，可以很清晰地看出：

(1) 窄方位觀測(cè)系統(tǒng)的方位角集中在航線附近，分布范圍較窄，在近偏移距處方位角分布范圍接近180°，這主要取決于靠近震源的檢波器的橫向偏移距與縱向偏移距的比值的大小，但近偏移距覆蓋道數(shù)較少；在遠(yuǎn)偏移距處方位角分布范圍較小，覆蓋的道數(shù)較多；

(2) 多方位觀測(cè)系統(tǒng)的方位角-偏移距玫瑰圖是對(duì)應(yīng)的多個(gè)窄方位觀測(cè)系統(tǒng)的疊加結(jié)果，在近偏移距處方位角分布較廣，且連續(xù)分布；在遠(yuǎn)偏移距處方位角分段分布，但優(yōu)于窄方位觀測(cè)系統(tǒng)；

(3) 與前面兩種相比較，寬方位觀測(cè)系統(tǒng)明顯提高了中遠(yuǎn)偏移距的覆蓋道數(shù)和分布范圍，覆蓋道數(shù)的增加主要是由于檢波器道數(shù)的增加造成的，方位角分布范圍的增加主要是由于橫向偏移距的增加造成的；

(4) 富方位觀測(cè)系統(tǒng)的方位角-偏移距玫瑰圖是對(duì)應(yīng)的多個(gè)寬方位觀測(cè)系統(tǒng)的疊加結(jié)果，幾乎在所有的偏移距上方位角分布范圍都達(dá)到全方位，但在航向上覆蓋道數(shù)明顯高于其他方位，在一定程度上分布不太均勻；

(5) 全方位觀測(cè)系統(tǒng)在所有的偏移距上均達(dá)到全方位的覆蓋，并且覆蓋道數(shù)分布均勻，明顯優(yōu)于前面四種觀測(cè)系統(tǒng)，是一種理想的觀測(cè)系統(tǒng).

圖1　不同觀測(cè)系統(tǒng)示意圖(a) NAZ觀測(cè)系統(tǒng); (b) MAZ觀測(cè)系統(tǒng); (c) WAZ觀測(cè)系統(tǒng); (d) RAZ觀測(cè)系統(tǒng); (e) FAZ觀測(cè)系統(tǒng).Fig.1　Various acquisition geometries(a) Narrow-azimuth geometry; (b) Multi-azimuth geometry; (c) Wide-azimuth geometry; (d) Rich-azimuth geometry; (e) Full-azimuth geometry.

圖2　不同觀測(cè)系統(tǒng)下的方位角-偏移距玫瑰圖(藍(lán)色代表覆蓋次數(shù)低，紅色代表覆蓋次數(shù)高)(a) NAZ觀測(cè)系統(tǒng); (b) MAZ觀測(cè)系統(tǒng); (c) WAZ觀測(cè)系統(tǒng); (d) RAZ觀測(cè)系統(tǒng); (e) FAZ觀測(cè)系統(tǒng).Fig.2　Azimuth-offset distribution plots in rose diagrams (blue for a low number of traces, red for a high number of traces)(a) Narrow-azimuth geometry; (b) Multi-azimuth geometry; (c) Wide-azimuth geometry; (d) Rich-azimuth geometry; (e) Full-azimuth geometry.

4南海某工區(qū)的實(shí)際照明

4.1實(shí)際照明效果對(duì)比

圖3　速度模型圖Fig.3　Velocity model

圖4　圓環(huán)分布圖Fig.4　Coil shooting survey design

圖5　圓心分布圖Fig.5　The centers of the survey

圖6和表2反映的是T1層在不同觀測(cè)系統(tǒng)下的照明情況，可以看出：

(2) 對(duì)比圖6b和6c兩幅圖以及圖6e和6f兩幅圖可知，當(dāng)采用多個(gè)方位采集時(shí)，目標(biāo)層的照明能量強(qiáng)度整體性增強(qiáng)(表2中滿覆蓋區(qū)的均值均有所提高)，這與多個(gè)方位采集時(shí)覆蓋道數(shù)的增加有關(guān)，方位的多樣性也提高了圖6b中照明陰影區(qū)的能量(表2中區(qū)域B的均值均有所提高)，說(shuō)明不同的面元最優(yōu)采集方位不同.

表1　不同類型采集觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)

注：-表示此項(xiàng)不存在或者在此表中無(wú)定義.

表2　各種觀測(cè)系統(tǒng)在T1層不同區(qū)域的照明統(tǒng)計(jì)

圖6　T1層影像圖及其在不同觀測(cè)系統(tǒng)下照明圖(a) 影像圖; (b) NAZ觀測(cè)系統(tǒng); (c) MAZ觀測(cè)系統(tǒng); (d) FAZ觀測(cè)系統(tǒng); (e) WAZ觀測(cè)系統(tǒng); (f) RAZ觀測(cè)系統(tǒng).Fig.6　The image map and illumination under various geometries of T1 layer(a) The image map; (b) Narrow-azimuth geometry; (c) Multi-azimuth geometry; (d) Full-azimuth geometry; (e) Wide-azimuth geometry; (f) Rich-azimuth geometry.

(3) 從圖6d可知，采用全方位觀測(cè)系統(tǒng)采集時(shí)，雖然區(qū)域A照明能量的強(qiáng)度不如WAZ和RAZ兩種觀測(cè)系統(tǒng)，這主要是接收電纜數(shù)量減少造成的，但是，目標(biāo)層的照明能量均勻性明顯優(yōu)于前面四種觀測(cè)系統(tǒng)，且中等強(qiáng)度(E:72～108)及以上照明能量的區(qū)域幾乎分布于整個(gè)滿覆蓋區(qū)，同時(shí)，凹陷的東南側(cè)(區(qū)域B)的照明情況得到了明顯的改善，這在其他四種觀測(cè)系統(tǒng)中幾乎不可能實(shí)現(xiàn),從表2中也可以看出，F(xiàn)AZ觀測(cè)系統(tǒng)的均方差系數(shù)(Vσ1，Vσ2，Vσ3)遠(yuǎn)低于其他觀測(cè)系統(tǒng)，并且區(qū)域B在FAZ觀測(cè)系統(tǒng)下的照明能量均值(141.16)高于整個(gè)滿覆蓋區(qū)的均值(111.62)，說(shuō)明FAZ觀測(cè)系統(tǒng)不僅可以提高目標(biāo)層的照明能量的均勻性，還有效改善了平行觀測(cè)系統(tǒng)下陰影區(qū)的照明效果.

圖7和表3反映T2層在不同觀測(cè)系統(tǒng)下的照明情況，可以看出：

(1) 對(duì)比圖7b和7e可知,當(dāng)采用WAZ觀測(cè)系統(tǒng)時(shí)，模型x:3～9 kmy:3～6 km范圍內(nèi)的照明能量均勻性以及強(qiáng)度均明顯得到改善，說(shuō)明增大橫向偏移距有利于提高該層的照明效果.然而，在此范圍的北側(cè)(圖7a黑色框C所示)和南側(cè)(圖7a白色框D所示)存在照明陰影區(qū).從表3中可知: WAZ觀測(cè)系統(tǒng)在滿覆蓋區(qū)均方差系數(shù)低于NAZ觀測(cè)系統(tǒng)，而區(qū)域C和D均方差系數(shù)(Vσ3)都反向增加，區(qū)域D的Vσ3增加較為顯著，說(shuō)明南北方位采集的觀測(cè)系統(tǒng)不利于這兩個(gè)區(qū)域的照明成像，這種現(xiàn)象會(huì)造成層位追蹤時(shí)同相軸連續(xù)性的中斷，不利于地層的解釋工作.

(2) 對(duì)比圖7b和7c兩幅圖以及圖7e和7f兩幅圖可知，相比較于單一方位采集，采用多個(gè)方位采集的目標(biāo)層的照明能量強(qiáng)度整體性增強(qiáng)(表3中滿覆蓋區(qū)的均值均有所提高)，尤其是該層的中間區(qū)域的照明量(圖7a紅色框E所示區(qū)域)，說(shuō)明采集方位的多樣性對(duì)提高目標(biāo)靶區(qū)的照明量具有至關(guān)重要的作用.然而對(duì)比表3中WAZ和RAZ兩種觀測(cè)系統(tǒng)在不同區(qū)域的均方差系數(shù)可知，當(dāng)采用多個(gè)方位時(shí)，

圖7　T2層影像圖及其在不同觀測(cè)系統(tǒng)下照明圖(a) 影像圖; (b) NAZ觀測(cè)系統(tǒng); (c) MAZ觀測(cè)系統(tǒng); (d) FAZ觀測(cè)系統(tǒng); (e) WAZ觀測(cè)系統(tǒng); (f) RAZ觀測(cè)系統(tǒng).Fig.7　The image map and illumination under various geometries of T2 layer(a) The image map; (b) Narrow-azimuth geometry; (c) Multi-azimuth geometry; (d) Full-azimuth geometry; (e) Wide-azimuth geometry; (f) Rich-azimuth geometry.

編號(hào)觀測(cè)系統(tǒng)均值均方差系數(shù)滿覆蓋區(qū)(E1)區(qū)域C(E2)區(qū)域D(E3)區(qū)域E(E4)滿覆蓋區(qū)(Vσ1)區(qū)域C(Vσ2)區(qū)域D(Vσ3)區(qū)域E(Vσ4)bNAZ28.6233.5443.3119.780.66450.62260.35490.7897cMAZ37.2541.0940.4132.150.57490.51960.50400.6675eWAZ91.4161.0362.80130.530.63620.68190.61500.4561fRAZ225.24166.08160.74324.680.79600.72150.75600.6333dFAZ86.1871.24100.39100.560.34810.38270.23270.2443

RAZ觀測(cè)系統(tǒng)的均方差系數(shù)反向增加，均勻性降低，說(shuō)明富方位觀測(cè)系統(tǒng)采集方位的多樣性并未提高T2目標(biāo)層照明的均勻性.

(3) 從圖7d可知，采用全方位觀測(cè)系統(tǒng)采集時(shí)，能量的均勻性和連續(xù)性最好，同時(shí)，WAZ照明圖中的照明陰影區(qū)(圖7a區(qū)域D內(nèi))消失，區(qū)域C內(nèi)的照明量的連續(xù)性得到明顯改善.從表3也可以看出，F(xiàn)AZ觀測(cè)系統(tǒng)在各個(gè)區(qū)域的均方差系數(shù)均低于其他類型的觀測(cè)系統(tǒng).對(duì)比結(jié)果表明：平行觀測(cè)系統(tǒng)的照明圖過(guò)度依賴設(shè)定的采集方位，然而，當(dāng)?shù)貙虞^為復(fù)雜時(shí)，有些面元在設(shè)定的方位下很難達(dá)到理想的照明效果，全方位觀測(cè)系統(tǒng)可以改善平行觀測(cè)系統(tǒng)照明的不足.

4.2理論生產(chǎn)效率對(duì)比

由于國(guó)內(nèi)無(wú)實(shí)際生產(chǎn)資料參考，針對(duì)該工區(qū)，本文僅從采集時(shí)間成本的角度比較上述5種不同觀測(cè)系統(tǒng)的采集效率，在計(jì)算對(duì)比過(guò)程中假定：

(1) 在不同觀測(cè)系統(tǒng)下船的航行速度v是相同的；

(2) 基于文獻(xiàn)(Buia et al., 2008)已有的統(tǒng)計(jì)資料：采用平行觀測(cè)系統(tǒng)采集時(shí)，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間占45%，而全方位觀測(cè)系統(tǒng)的生產(chǎn)時(shí)間占90%；

(3) 當(dāng)在N個(gè)方位上采集數(shù)據(jù)時(shí)，采集時(shí)間成本是相應(yīng)單一方位觀測(cè)系統(tǒng)采集時(shí)間的N倍；

(4) 不考慮多船協(xié)作帶來(lái)的時(shí)間損失.

基于以上假設(shè)，對(duì)于FAZ觀測(cè)系統(tǒng)：?jiǎn)蝹€(gè)圓環(huán)的有效采集時(shí)間：T01=2πR/v=21980/v，其中R為圓環(huán)半徑3.5 km，則FAZ觀測(cè)系統(tǒng)的有效采集時(shí)間：TFAZ=288×T01=6.33×106/v；對(duì)于平行觀測(cè)系統(tǒng)：?jiǎn)螚l航線有效采集時(shí)間：T02=L/v，其中L是航線的長(zhǎng)度12 km，則NAZ觀測(cè)系統(tǒng)的有效采集時(shí)間TNAZ=120×T02=1.44×106/v，同理，可以計(jì)算出MAZ、WAZ、RAZ三種平行觀測(cè)系統(tǒng)的有效采集時(shí)間依次為TMAZ=4.32×106/v，TWAZ=1.44×106/v，TRAZ=4.32×106/v.考慮第2條假設(shè)條件，則這5種觀測(cè)系統(tǒng)的理論采集時(shí)間依次為：TAFAZ=TFAZ/90%=7.03×106/v, TANAZ=TNAZ/45%=3.2×106/v, TAWAZ=3.2×106/v, TAMAZ=TARAZ=9.6×106/v,則TANAZ∶TAMAZ∶TAWAZ∶TARAZ∶TAFAZ=32∶96∶32∶96∶70.3，具體對(duì)比結(jié)果見圖8.

圖8　不同觀測(cè)系統(tǒng)的相對(duì)采集時(shí)間Fig.8　The relative acquisition time of various geometries

從圖8可以看出，當(dāng)不考慮多船協(xié)作以及為了使勘探區(qū)域達(dá)到滿覆蓋次數(shù)而進(jìn)行外擴(kuò)采集等因素，WAZ觀測(cè)系統(tǒng)和NAZ觀測(cè)系統(tǒng)的理論采集時(shí)間相等，F(xiàn)AZ觀測(cè)系統(tǒng)的理論采集時(shí)間是NAZ觀測(cè)系統(tǒng)的2倍多，但是低于多個(gè)方位采集的MAZ和RAZ觀測(cè)系統(tǒng)的理論采集時(shí)間，當(dāng)然，實(shí)際野外的采集過(guò)程涉及到很多因素，比如天氣、海水的速度和方向、檢波器定位以及船的調(diào)度和協(xié)作等，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間將遠(yuǎn)多于理論采集時(shí)間.以上的采集時(shí)間對(duì)比方法，是基于本文工區(qū)計(jì)算的理論時(shí)間對(duì)比，作為不同觀測(cè)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率對(duì)比的一種簡(jiǎn)單方法.

5結(jié)論和認(rèn)識(shí)

本文通過(guò)模擬偏移振幅對(duì)應(yīng)的能量來(lái)衡量反射層在不同觀測(cè)系統(tǒng)下的照明響應(yīng)，既考慮了地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，也考慮了地震波傳播的動(dòng)力學(xué)特征，為快速準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)和優(yōu)化觀測(cè)系統(tǒng)提供指導(dǎo)依據(jù).海上全方位觀測(cè)系統(tǒng)是一種連續(xù)環(huán)狀采集系統(tǒng)，幾乎可以在所有偏移距上都獲得全方位的反射信息，能夠更全面地反映地下構(gòu)造，幾乎沒(méi)有非生產(chǎn)時(shí)間，具有極高的生產(chǎn)效率.與平行觀測(cè)系統(tǒng)相比，全方位觀測(cè)系統(tǒng)在目標(biāo)層上的照明能量的連續(xù)性和均勻性最好，對(duì)模型的不同層位的照明均有一定的適應(yīng)性，能夠有效地改善平行觀測(cè)系統(tǒng)下照明陰影區(qū)的照明效果，是一種理想的觀測(cè)系統(tǒng).全方位觀測(cè)系統(tǒng)能夠適用于各種復(fù)雜地質(zhì)條件下的海上地震勘探，有效提高目標(biāo)層的照明量，改善地震成像質(zhì)量，以便進(jìn)一步了解油藏特性以及圈閉形態(tài)，減少識(shí)別有無(wú)油氣儲(chǔ)層的不確定性，可以廣泛適用于項(xiàng)目的評(píng)價(jià)和開發(fā)工作，對(duì)于只有單只采集船的勘探開發(fā)項(xiàng)目具有巨大的優(yōu)勢(shì).預(yù)計(jì)將來(lái)必定成為國(guó)內(nèi)海上地震勘探的潮流.

致謝非常感謝兩位匿名專家提出的寶貴意見！

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(本文編輯何燕)

基金項(xiàng)目國(guó)家重大科技專項(xiàng)(2011ZX05023-004-001)資助.

作者簡(jiǎn)介雷濤，男，1988年生，博士在讀，研究方向?yàn)椴▓?chǎng)正演和波場(chǎng)照明分析. E-mail: beyondleigh@126.com *通訊作者顧漢明，男，1963年生，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事油氣地震勘探與開發(fā)研究. E-mail: hmgu@cug.edu.cn

doi:10.6038/cjg20160226 中圖分類號(hào)P631

收稿日期2014-11-26，2015-03-18收修定稿

Illumination of marine full-azimuth survey

LEI Tao1,2, GU Han-Ming1,2*, LI Lie3, LI Tian-Cai4,FANG Zhong-Yu4, SUN Bo1,2, YU Xin-Jiang1,2

1HubeiSubsurfaceMulti-scaleImagingKeyLaboratory,InstituteofGeophysicsandGeomatics,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China2KeyLaboratoryofTectonicsandPetroleumResourcesofMinistryofEducation,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China3ZhanjiangBranchofCNOOCLtd.,GuangdongZhanjiang524057,China4CNOOCEnergyTechnology-Drilling&ProductionCo.,Development&ProspectingGeophysicalInstitute,GuangdongZhanjiang524057,China

AbstractFull-azimuth survey is a new acquisition geometry that can run continuously linked circles with little or no nonproductive time. It can expand the acquisition azimuth range for the target strata, providing more complete illumination of the subsurface and having very high production efficiency. This work is based on 3D ray modeling by wavefront construction, and then numerically simulated migration amplitude (SMA).By treating the strength of SMA as illumination intensity, the seismic response of the target layer is measured. Further, we can obtain the level of contribution from different acquisition geometries in the target area. And this method can be used to estimate and optimize various acquisition geometries. The result of the numeric model test demonstrates that the illumination of the target strata collected by full azimuth survey has much better continuity and uniformity, improving the illumination intensity at the shadow area acquired by parallel geometries. So the full azimuth survey is a kind of ideal marine surveys, and can be widely used in complex geological environments in offshore exploration.KeywordsFull-azimuth survey; Wavefront construction; Simulated migration amplitude; Illumination; Nonproductive time

雷濤， 顧漢明, 李列等. 2016. 海上全方位觀測(cè)系統(tǒng)照明.地球物理學(xué)報(bào)，59(2):693-703,doi:10.6038/cjg20160226.

Lei T, Gu H M, Li L, et al. 2016. Illumination of marine full-azimuth survey.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),59(2):693-703,doi:10.6038/cjg20160226.