二維地震觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)選

二維地震觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)選

地震勘探數(shù)據(jù)采集的重點(diǎn)是提高有效波，抑制干擾波，提高數(shù)據(jù)分辨率和信噪比，并獲得高質(zhì)量的地震數(shù)據(jù)集。觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)取決于地震勘探任務(wù)、工區(qū)地震地質(zhì)條件和勘探方法,總的原則是盡可能使記錄到的地下界面得到連續(xù)追蹤、避免發(fā)生有效波彼此干涉、野外施工簡(jiǎn)單等。海上二維地震勘探,在野外施工中主要使用縱測(cè)線(xiàn)觀測(cè)系統(tǒng),即激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)布置在同一條測(cè)線(xiàn)上,該系統(tǒng)能得到測(cè)線(xiàn)正下方界面的反射信息,所獲得的資料易于解釋,野外施工方案簡(jiǎn)單直觀,在實(shí)際工作中被廣泛應(yīng)用。對(duì)于縱測(cè)線(xiàn)觀測(cè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō),涉及選擇的參數(shù)主要有最大炮檢距、最小炮檢距、炮間距、道間距、檢波器組合參數(shù)、覆蓋次數(shù)、震源能量、震源電纜組合沉放深度、采樣率、低截濾波10個(gè),以下分別進(jìn)行討論。1二維電纜提升地震參數(shù)1.1炮檢距參數(shù)選取最大炮檢距為炮點(diǎn)中心到最遠(yuǎn)一道中心的距離,圖1中用X1表示,設(shè)計(jì)時(shí)要以下幾個(gè)因素作為依據(jù):(1)時(shí)距曲線(xiàn),力求其近似為雙曲線(xiàn)。比較合適的炮檢距,可以使正常時(shí)差足夠大,足以區(qū)分一次反射波、多次波以及其他相干噪音;比較大的炮檢距,就會(huì)使遠(yuǎn)道的時(shí)距曲線(xiàn)近似為高次曲線(xiàn),從而使記錄得到的同相軸不滿(mǎn)足雙曲線(xiàn)的假設(shè)。水平層狀介質(zhì)的地震地質(zhì)模型地震反射波的時(shí)距曲線(xiàn)為:如果在炮點(diǎn)的附近接收地震波,就可以把水平層狀介質(zhì)的波速簡(jiǎn)化為均方根速度,則反射波的時(shí)距曲線(xiàn)方程可簡(jiǎn)化為:由這兩個(gè)方程可知,當(dāng)最大炮檢距的取值為勘探目標(biāo)深度的0.7~1.0倍時(shí),反射波的時(shí)距曲線(xiàn)近似為雙曲線(xiàn)。(2)速度分析,力求能獲得較高的精度。在水平層狀介質(zhì)中,一般認(rèn)為射線(xiàn)速度是一種準(zhǔn)確的速度,它隨著炮檢距的增大而增大,當(dāng)炮檢距一定時(shí),射線(xiàn)速度等于均方根速度,即此時(shí)的均方根速度可以認(rèn)為是準(zhǔn)確的,此時(shí)的炮檢距就是所要選用的最大炮檢距。由射線(xiàn)速度公式和炮檢距公式,可算出最大炮檢距約為勘探目標(biāo)的埋深:(3)動(dòng)校正拉伸畸變,力求使其小。動(dòng)校正拉伸的程度,隨反射界面深度和炮檢距之比的減小而增大,即炮檢距小,拉伸程度就小,炮檢距大,拉伸程度就大。百分比動(dòng)校正拉伸量=(動(dòng)校正量/雙程反射時(shí)間)×100%若在計(jì)算動(dòng)校正量采用近似公式(4)反射系數(shù),力求其變化盡可能小。反射系數(shù)隨著炮檢距的變化而變化,如果炮檢距在小于某個(gè)數(shù)值時(shí),反射系數(shù)幾乎不隨炮檢距變化,則炮檢距應(yīng)當(dāng)選取這個(gè)數(shù)值。反射系數(shù)可以通過(guò)佐普里茲方程來(lái)求取,約等于勘探目標(biāo)的埋深。(5)高頻衰減,力求遠(yuǎn)道的高頻衰減盡可能小。地震波的吸收和衰減隨著傳播距離的增大而增大,從而使高頻信息能量變?nèi)?降低分辨率。由以上幾點(diǎn)可知,合適的最大炮檢距應(yīng)選取勘探目標(biāo)深度的0.7~1.0倍。最大炮檢距過(guò)大,會(huì)使遠(yuǎn)道的反射時(shí)距曲線(xiàn)近似為高次曲線(xiàn),不符合地震勘探中把時(shí)距曲線(xiàn)視為雙曲線(xiàn)的假設(shè),同時(shí)遠(yuǎn)道的反射系數(shù)有較大變化,在資料處理時(shí)的動(dòng)校正拉伸較嚴(yán)重,遠(yuǎn)道地震信號(hào)中的高頻信息衰減較厲害。而最大炮檢距偏小,則整個(gè)排列偏短,不利于接收中深層的地震反射信息,由此造成時(shí)距曲線(xiàn)太短,反映不出雙曲線(xiàn)的形態(tài),得不到準(zhǔn)確速度,而在資料處理疊加的過(guò)程中,最關(guān)鍵的是速度參數(shù)。因此在選擇最大炮檢距時(shí),重點(diǎn)應(yīng)考慮目標(biāo)層的速度分析精度。1.2炮檢距的選擇最小炮檢距是炮點(diǎn)的中心到電纜第一道(近道)的中心的距離,圖1中用X2表示,應(yīng)該小于最淺目標(biāo)層的深度。最小炮檢距大一些,確實(shí)可以有效地避免震源和作業(yè)船產(chǎn)生的部分噪音信號(hào)干擾,但卻會(huì)損失有用的淺層有效信號(hào)。最小炮檢距的選取應(yīng)從以下幾方面考慮:(1)考慮炮檢距與疊加特性的關(guān)系,選擇較小的最小炮檢距,通放帶會(huì)寬一些。(2)根據(jù)作業(yè)船噪音情況及地震地質(zhì)條件,選擇能夠較好地避免震源和作業(yè)船產(chǎn)生的部分噪音信號(hào)干擾的最小炮檢距。較大的偏移距有利于避開(kāi)面波、船噪音等干擾。(3)為滿(mǎn)足大炮檢距的初至折射靜校正或?qū)游龀上穹囱蒽o校正處理的需要,宜采用較小的最小炮檢距。(4)為提高分辨率,宜采用較小的最小炮檢距。隨著偏移道數(shù)的增加,迭加特性曲線(xiàn)通放帶寬度變窄,壓制帶范圍向左移,同時(shí)壓制范圍內(nèi),特性曲線(xiàn)的三次極大值幅度變小。說(shuō)明偏移道數(shù)的增加能更好壓制與反射波速度相近的多次波,即可以提高分辨率。但是,偏移道數(shù)增大,導(dǎo)致壓制帶寬度變窄,特性曲線(xiàn)二次極大值的幅度增大。因而,與反射波速度相差較大的多次反射波,就有可能進(jìn)入二次極值帶,得不到好的壓制效果,所以不能認(rèn)為偏移道數(shù)越大越好。從施工結(jié)果看,250m的最小炮檢距可以有效地避免震源和作業(yè)船產(chǎn)生的噪音信號(hào)干擾,但在水深較淺區(qū)域,如小于100m時(shí),最小炮檢距過(guò)大就會(huì)損失有用的淺層有效信號(hào),而且會(huì)使海底難以追蹤。因?yàn)檫@時(shí)直達(dá)波和海底一次反射波幾乎同時(shí)到達(dá),給去除直達(dá)波、追蹤海底造成困難,在以往的地震資料中也出現(xiàn)過(guò)海底辨認(rèn)不準(zhǔn)確的情況。這主要和水深太淺,最小炮檢距偏大有關(guān)。野外作業(yè)中對(duì)最小炮檢距應(yīng)做試驗(yàn),綜合考慮準(zhǔn)確追蹤海底和減小近道噪音,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)處理結(jié)果,確定出一個(gè)合適的最小炮檢距。1.3道間距及排列長(zhǎng)度的影響炮間距(圖1中的X3表示)是炮點(diǎn)移動(dòng)的距離:因炮點(diǎn)移動(dòng)的道數(shù)與覆蓋次數(shù)成反比關(guān)系,在排列長(zhǎng)度及道間距一定時(shí),炮點(diǎn)移動(dòng)的距離越短,覆蓋次數(shù)越高。縮短炮點(diǎn)移動(dòng)的距離,增加覆蓋次數(shù),以提高對(duì)多次波的壓制效果,增強(qiáng)有效反射波的能量,提高資料信噪比。1.4選取道間距原則道間距是指相鄰2個(gè)接收點(diǎn)之間的距離,圖1中表示為X4。道間距的選擇,應(yīng)保證道與道之間的反射波都能對(duì)比。反射波到達(dá)相鄰兩個(gè)接收點(diǎn)的時(shí)差Δt,應(yīng)滿(mǎn)足下列關(guān)系:Δt≤T道間距的大小會(huì)直接影響地震資料的解釋工作,影響橫向分辨率:道間距偏大,將導(dǎo)致同一層的有效波追蹤和辨認(rèn)的可靠性受到影響,會(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的空間假頻,而且是道間距越大,低頻響應(yīng)也越嚴(yán)重;道間距偏小,將會(huì)使野外數(shù)據(jù)量、工作量及成本大大增加。選取道間距應(yīng)當(dāng)以在地震記錄上能夠可靠辨認(rèn)同一有效波的相同相位為準(zhǔn)則,這主要取決于:相鄰的道記錄形態(tài)的重復(fù)性;地震有效波、干擾波和隨機(jī)振動(dòng)背景的振動(dòng)關(guān)系;地震波到達(dá)相鄰道所用時(shí)的時(shí)差;地震波的視周期以及橫向分辨率等。通過(guò)對(duì)常規(guī)地震資料的頻譜、速度分析可知,有效反射波視頻率主要分布范圍(以最大幅值下降6dB計(jì)算)約為6~60Hz;淺層層速度值約為1800~2400m/s,道間距1800/(2×60)約為15m,表明采用12.5m道間距可以滿(mǎn)足采集精度要求。目前各地震調(diào)查船多使用24位地震采集記錄系統(tǒng),電纜的道間距均為12.5m。從地震資料采集結(jié)果看,使用12.5m的道間距能夠在地震記錄上清晰地辨認(rèn)出同一有效波的相同相位。1.5檢波器組合參數(shù)檢波器的排列組合要兼顧壓制干擾波和突出有效波這兩方面,利用干擾波的視速度、主周期、道間時(shí)差、隨機(jī)干擾的半徑以及有幾組干擾波,出現(xiàn)的地段,強(qiáng)度的變化特點(diǎn)與激發(fā)條件的關(guān)系等資料,設(shè)計(jì)出合理的排列組合參數(shù)。檢波器組合參數(shù)的因素包括:組內(nèi)距、組合基距、組合內(nèi)的檢波器個(gè)數(shù)以及組合的形式等。視速度和炮檢距為反比關(guān)系,即組合內(nèi)的各檢波器的時(shí)差隨著炮檢距的增大而增大。一般認(rèn)為排列中最近道處的視速度最大,最遠(yuǎn)道處的視速度最小,因此組合中首尾檢波器點(diǎn)的時(shí)差最大,其低頻響應(yīng)更加嚴(yán)重,組合排列越長(zhǎng),基距越大,這種現(xiàn)象就越明顯。在中深層地震勘探中,利用檢波器組合法提高信噪比的同時(shí),要避免低頻響應(yīng)。常規(guī)地震勘探采用的24位電纜,一般采用12個(gè)或者16個(gè)檢波器線(xiàn)性組合作為一道。由于MEMS新技術(shù)的應(yīng)用,使得檢波器在線(xiàn)性度、靈敏度非常高,分辨力、遲滯、重復(fù)性、漂移、穩(wěn)定性等性能得到了極大提高。1.6壓制次數(shù)的影響覆蓋次數(shù)即地層界面某一點(diǎn)的追蹤次數(shù),n=S·N/2·r,其中S代表一個(gè)系數(shù),一般取1;N代表記錄道數(shù);r代表炮點(diǎn)移動(dòng)的道數(shù)。若增加覆蓋次數(shù),迭加特性曲線(xiàn)通放帶的寬度和壓制帶的左邊界都不會(huì)有多大變化。說(shuō)明增加覆蓋次數(shù),既不會(huì)改善因?yàn)閯?dòng)校正速度不準(zhǔn)確而引起反射波迭加特性變壞的情況,也不會(huì)提高壓制與反射波速度相近的多次波的能力。但若增加覆蓋次數(shù),則壓制帶的寬度將會(huì)加大,壓制帶范圍內(nèi)的三次極大值將會(huì)變小。疊加次數(shù)也即覆蓋次數(shù),越大則壓制帶平均值越小,壓制效果就越好,所以增大覆蓋次數(shù)對(duì)于提高信噪比是有利的。就是說(shuō),覆蓋次數(shù)的增加,既有利于對(duì)多次波的壓制,也有利于對(duì)與反射波速度相差較大的多次波的壓制。總而言之,增大覆蓋次數(shù),可以提高壓制的效果,提高信噪比,覆蓋次數(shù)越大,信噪比的改善程度就越大。假設(shè)疊加后的信噪比為1,則各目標(biāo)層所需要的覆蓋次數(shù)可由下式計(jì)算:其中,選取較大的覆蓋次數(shù),能夠充分壓制高頻環(huán)境下的干擾噪音,增大目標(biāo)層的有效反射能量,就能提高資料的信噪比,確保目標(biāo)層的成像效果。因此,采集中都需選取較大的覆蓋次數(shù)。1.7反射信號(hào)的影響在相同條件下,震源能量越強(qiáng),得到的信號(hào)其信噪比也相應(yīng)提高。但大震源大能量作業(yè),在接收到更強(qiáng)的有效反射信號(hào)的同時(shí),也會(huì)接收到更大的多次波等干擾信號(hào),因而資料的信噪比不一定會(huì)提高。中深層地震勘探所關(guān)心的是信噪比,而不僅僅是反射信號(hào)的強(qiáng)弱。通過(guò)對(duì)地震地質(zhì)模型進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬來(lái)測(cè)算最佳的震源能量,再經(jīng)過(guò)野外震源試驗(yàn)來(lái)對(duì)比驗(yàn)證,確定合適的震源能量,是目前常規(guī)二維地震震源能量較好的確定手段。1.8氣槍震源的沉放深度控制在海洋地震勘探作業(yè)中,我們使用電纜中排列組合的水聽(tīng)器記錄壓力P,若電纜沉放深度記作Z,且地震反射信號(hào)中的某一諧波波長(zhǎng)為λ,其入射角為θ,則其簡(jiǎn)要關(guān)系式為:對(duì)海洋地震氣槍震源來(lái)說(shuō),激發(fā)后所產(chǎn)生的地震波信號(hào),以及由海面反射回來(lái)的地震波信號(hào)一起向地下傳播。由于氣槍震源的沉放深度相對(duì)于水深和地層厚度而言比較小,可以看做是疊加在一起的兩個(gè)信號(hào)向地下傳播。而這兩個(gè)信號(hào)的疊加效果是受氣槍震源沉放深度控制的,和地震電纜的情況相同,疊加信號(hào)的振幅大小變化也是受氣槍震源沉放深度控制。理論上的分析結(jié)果是:震源與電纜沉放的深度相同,并且深度值為按上式算出的使得壓力P取最大值的Z的值,其中的λ可以認(rèn)為是對(duì)應(yīng)于目標(biāo)層的主頻波長(zhǎng)。實(shí)際上震源、電纜組合的沉放深度,震源激發(fā)信號(hào)在海水、地層中傳播時(shí)的擴(kuò)散、衰減,各界面的反射、折射和散射,海水、地層吸收所產(chǎn)生的各種組合濾波效應(yīng),再加上各種各樣的噪音干擾,使得電纜中水聽(tīng)器接收到的信號(hào)已經(jīng)發(fā)生了變化,電纜接收到的信號(hào)波形態(tài)與頻譜早已不同于原震源波形態(tài)與頻譜。以理論值為依據(jù),通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬以及在工區(qū)中做震源、電纜組合沉放深度試驗(yàn),可以找到一個(gè)最佳的震源、電纜組合沉放深度。1.9采樣精度及分辨力合適的采樣間隔Δt,可避免間隔過(guò)大使離散信號(hào)失真及譜畸變出現(xiàn)假頻現(xiàn)象的缺點(diǎn),又可避免采樣過(guò)密使處理工作量加大的缺點(diǎn)。根據(jù)采樣定理:Δt為采樣間隔,f大部分海區(qū)地震調(diào)查資料顯示,有效反射波頻率分布范圍(以最大幅值下降6dB計(jì)算)約為6~60Hz。計(jì)算結(jié)果表明選用2ms采樣可滿(mǎn)足采集精度的要求。對(duì)于海洋高分辨率地震調(diào)查,由于目標(biāo)體尺度較小,要求有更好的分辨力,一般采樣率為1ms;在小范圍的高精度淺層地震調(diào)查,采樣率要求能夠達(dá)到0.5ms。1.10低頻干擾處理常規(guī)地震勘探中,對(duì)低截濾波的確定都傾向于低截頻率盡可能地低一些,盡可能多地保留原始采集信號(hào)。在海上地震勘探中,涌浪等會(huì)產(chǎn)生幾到十幾Hz的噪音,羅盤(pán)水鳥(niǎo)等拖纜懸掛裝置掛上異物會(huì)在附近道產(chǎn)生有規(guī)律的抖動(dòng)等,低頻干擾影響到資料信噪比。當(dāng)?shù)皖l干擾偏大時(shí),在處理時(shí)濾波雖然可以將之除掉,但低頻有效信號(hào)也同時(shí)損失,因此在干擾比較大的情況下,降低低截濾波的門(mén)檻值是沒(méi)有益處的。利用現(xiàn)場(chǎng)處理的噪音分析,可以獲得低頻