梁向豪，朱運紅，劉依謀，高國成，段孟川，溫中濤

(1.塔里木油田公司勘探開發(fā)部，新疆庫爾勒 841000;2.東方地球物理公司塔里木物探處，新疆庫爾勒 841000)

隨著勘探程度的不斷深入，塔里木盆地越來越多的地震采集項目走向了“雙復雜”勘探階段，即勘探地表地形復雜，勘探地下復雜。復雜地區(qū)的三維設計該如何合理設計，是目前該區(qū)地震采集面臨的問題。

參數(shù)論證是觀測系統(tǒng)設計的第一步。參數(shù)論證的準確性為下一步觀測系統(tǒng)設計奠定了基礎［1］。針對復雜地區(qū)地震采集而言，以往的論證方法存在以下不足:

(1)傳統(tǒng)的地震采集參數(shù)的分析主要以典型的地球物理點為依據(jù)，將局部地球物理點分析的結果用于整個勘探工區(qū)，采用一種近似或折中的方案。

從圖1可知，針對庫車復雜地區(qū)，構造頂部和翼部兩個地球物理參數(shù)論證點不能控制全區(qū)，它將局部論證的結果應用到了全工區(qū);同時只計算提取地球物理參數(shù)論證點二維方向的一個方向傾角，不能分析各個方向的參數(shù)需求;在計算顯示方面，通過套用公式 (圖1c，其中，Xmax為最大炮檢距;t0為雙程旅行時;vrms為均方根速度;D為埋深;fp為反射主頻)計算成圖，圖件簡單，不直觀。因此，常規(guī)參數(shù)論證存在著片面、簡單、不直觀的特點，難以滿足復雜地區(qū)地震勘探需求。

圖1 常規(guī)采集參數(shù)論證圖Fig.1 Conventional acquisition parameter

(2)傳統(tǒng)的地震采集觀測系統(tǒng)設計方法以水平層狀假設為前提，以共中心點 (CMP)分析獲得地下有效反射信息為基礎，是對實際反射點近似的描述。因此對于地表起伏，地下反射界面傾斜、高陡的構造及低幅度構造而言，基于典型地球物理點論證采集參數(shù)和基于CMP的方法進行觀測系統(tǒng)設計已難以滿足采集的要求。而基于三維地質模型觀測系統(tǒng)分析是以共反射點 (CRP)分析為基礎，采用射線、波動等方法獲得地下有效反射信息，是對地下情況的真實描述 (圖2)。

圖2 CRP和CMP觀測系統(tǒng)分析原理示意圖Fig.2 Schematic diagram of CRP and CMP Observation analysis theory

1 三維地質模型設計技術

基于三維地質模型數(shù)值模擬技術是以建立三維地質模型為基礎，通過部分波動正演、射線追蹤、照明技術等多種手段，對采集參數(shù)進行分析和論證，同時針對目標體進行共反射點CRP分析［2］。從而更好地進行復雜地區(qū)地震采集參數(shù)合理確定及觀測系統(tǒng)的優(yōu)化設計。

1.1 三維地質模型建立

三維地質模型的建立是進行三維地質模型設計參數(shù)論證的基礎條件。三維地質模型建立需要的原始資料主要包括地震解釋層位、測井曲線文件、速度場和解釋成果剖面等。主要用于三維建模的軟件包括 Omni、Norsar、KLseis、Mesa、TesseralPro等。

根據(jù)不同的原始數(shù)據(jù)形成如下4種建立三維地質模型的方法。

1.1.1 地質成果建模方法

首先，將工區(qū)內不同層位地質成果構造圖的等值線提取出來，轉換成文本格式，將各層進行插值;其次，將工區(qū)內疊加速度庫文件轉換成層速度庫文件;最后，利用層位和速度生成三維地質模型 (圖3)。這種方法是最快、最準確的三維地質建模方法。

圖3 地質成果建立三維地質模型圖Fig.3 Interpretation establish 3D gedogic model

1.1.2 時間層位解釋建模方法

有些工區(qū)只有時間解釋層位成果數(shù)據(jù)，通過變速成圖將時間域轉換成深度域，然后可按照第一種方法建模。

1.1.3 測井數(shù)據(jù)精細建模方法

在成熟的工區(qū)，可以利用多口井的測井數(shù)據(jù)進行精細建模，通過對聲波測井曲線進行分層劃分，直接多口井插值生成三維地質模型。

1.1.4 解釋成果剖面建模方法

在研究程度相對較低的區(qū)域，工區(qū)內未進行過三維地震勘探，可以通過二維剖面的解釋資料進行建模。通過將解釋層位數(shù)字化，建立多條二維模型，然后進行插值生成三維模型。該方法建立的三維地質模型與前幾種方法相比，精度最差。

1.2 基于三維地質模型采集參數(shù)論證

在精細三維地質模型基礎上，可以論證的采集參數(shù)有:面元尺寸、最大炮檢距、分辨率、偏移孔徑、最大接收頻率、反射密度、表面密度等［3］?，F(xiàn)從面元尺寸和最大炮檢距這兩個常用采集參數(shù)論證進行說明。

1.2.1 面元尺寸

面元尺寸的確定主要考慮3個因素:目標地質體的尺度、考慮有利于斷點或縫洞的高頻繞射信息偏移歸位、滿足最高無混疊頻率和橫向分辨率的要求?；谌S地質模型面元尺寸論證主要基于其中的兩個方面 (最高無混疊頻率和橫向分辨率)的要求。與常規(guī)公式計算相比，它計算的是一個面的概念，同時包含了各個方向的傾角信息。圖4是塔中地區(qū)計算奧陶系O3t層位的面元需求，從面元分析結果來看，位于構造翼部的地區(qū)要求面元尺寸較小，通過統(tǒng)計圖只需要選擇占絕對數(shù)量優(yōu)勢的面元大小即可。

圖4 三維地質模型面元論證圖Fig.4 The bin argument with 3D geologic model

1.2.2 最大炮檢距

最大炮檢距是觀測系統(tǒng)設計的重要參數(shù)，其主要考慮以下因素:目的層埋深的要求、動校正拉伸率的要求 (12.5%)、速度分析精度的要求(6%)、反射系數(shù)的穩(wěn)定、偏移歸位的需要等。

圖5為最大炮檢距傳統(tǒng)單點論證和基于三維地質模型論證的對比圖，從結果來看，基于三維地質模型論證結果更直觀，可以清楚地了解各個層位 (Ts1、To3l、To1－2y)不同位置所需要的最大炮檢距。

圖5 傳統(tǒng)單點論證與基于三維地質模型最大炮檢距論證對比圖Fig.5 The max offset prove with 3D model

1.3 基于三維地質模型觀測系統(tǒng)優(yōu)化

三維地質模型觀測系統(tǒng)優(yōu)化包括基于共反射點 (CRP)面元觀測系統(tǒng)屬性對比分析、觀測寬度選擇、線距的選擇、覆蓋次數(shù)選擇等。在相同的投資條件下，如何選擇更有利的觀測系統(tǒng)，體現(xiàn)了經濟技術一體化的理念。現(xiàn)從如下方面進行說明。

1.3.1 CRP觀測系統(tǒng)屬性對比分析

常規(guī)的共中心點CMP觀測系統(tǒng)屬性對比是以水平層狀假設為前提，根據(jù)地球物理點位的位置通過幾何運算來確定其中心點位置落在哪個面元上?；谌S地質模型觀測系統(tǒng)分析則以共反射點CRP為基礎，地表、地下都可以是起伏的，根據(jù)射線理論或波動理論計算不同炮檢波點的反射點落在地下地質體的哪個面元上。

圖6為相同覆蓋次數(shù)、不同觀測系統(tǒng)覆蓋次數(shù)對比圖，從圖中可以看出，盡管方案一CMP覆蓋次數(shù)相同，但其CRP覆蓋次數(shù)不一樣，從CRP覆蓋次數(shù)的均勻性來看，方案二的觀測系統(tǒng)更好;因此，基于三維地質模型CRP觀測系統(tǒng)屬性對比分析更合理。

圖6 不同觀測系統(tǒng)CRP對比圖Fig.6 Contrast between different geometry of CRP contrast

1.3.2 三維地質模型正演分析技術

三維地質模型觀測系統(tǒng)正演分析技術，就是通過布設不同觀測系統(tǒng)，利用射線理論、波動理論進行正演單炮;然后通過處理生成剖面，分析不同觀測系統(tǒng)的剖面成像效果，從而確定最佳的觀測系統(tǒng)參數(shù)。該方法是最有效的方法。

圖7是不同觀測寬度的觀測系統(tǒng)采用射線理論正演，然后處理的剖面，從剖面來看，寬方位對小構造歸位要好于窄方位。

圖7 不同觀測系統(tǒng)正演對比圖Fig.7 Contrast between different Geometry of forward contrast

三維地質模型正演技術的一個缺點就是速度慢，尤其是波動方程正演的速度很慢，時間周期長，同時處理也需要大量的時間，因此，雖然該方法最有效，但在采集技術設計中用得較少。

1.3.3 三維地質模型照明分析技術

三維地質模型照明分析技術同樣也是通過布設不同觀測系統(tǒng)，利用射線理論、波動理論進行照明，最后分析地下目標體的照明強度，來對觀測系統(tǒng)進行優(yōu)化。其射線理論方面與CRP覆蓋次數(shù)類似，只是將穿透面元的個數(shù)轉化成能量的振幅值。圖8中針對最下面三維層位目標體進行不同觀測系統(tǒng)照明分析，方案一和方案二的CMP覆蓋次數(shù)是相同的，但其接收線距、觀測寬度不一樣，方案一接收線距較小，觀測寬度相對較窄，方案二接收線距較大，觀測寬度較寬。從圖8中可以看出，方案二觀測系統(tǒng)對目的層照明貢獻能量強且均勻，因此該方案有利于獲得更好的資料品質。

圖8 不同觀測系統(tǒng)照明對比圖Fig.8 Contrast between different geometry of illumination

2 應用效果

近幾年來基于三維地質模型輔助地震采集觀測系統(tǒng)設計技術在塔里木盆地多個三維采集設計中得到應用。為采集參數(shù)的合理選擇，觀測系統(tǒng)的優(yōu)化設計提供了有效的論證，取得了較好效果，提高了采集質量。

圖9為塔中地區(qū)某工區(qū)同一位置三維疊前時間偏移剖面新老對比圖，通過三維模型觀測系統(tǒng)設計優(yōu)化所獲得的剖面與老剖面相比，資料信噪比有著大幅度的提高，目的層內幕信息豐富，反射特征更明顯，串珠儲層成像更清晰，收斂性更好。

圖9 塔中新老三維疊前時間偏移剖面對比圖Fig.9 Contrast between old and new 3D pstm

3 結束語

(1)以三維模型為依據(jù)，對地震數(shù)據(jù)采集參數(shù)進行分析和論證，通過基于三維模型分析技術合理選擇地震數(shù)據(jù)采集參數(shù)，設計最佳觀測系統(tǒng)，保證最有效獲得地下反射資料，為提高速度分析精度，改善偏移成像質量，獲得高品質地震剖面創(chuàng)造了條件。

(2)三維模型觀測系統(tǒng)優(yōu)化設計分析的內容更豐富，更接近地下規(guī)律，符合基于疊前偏移設計的理念。在實際應用中，起到了豐富觀測系統(tǒng)設計技術、提高采集質量、降低勘探風險的效果。

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［2］GIjs J.O.Vermeer著.李培明，何永清譯.三維地震勘探設計［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2008:104－105.

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