基于数字地震仪的三维观测系统设计

基于数字地震仪的三维观测系统设计

随着勘探程度的深入，一个大型勘探区域从区域调查到详细调查，最终转移到有利区域的三维地震勘探。由于地质认识的不断提高、采集技术的不断进步和投资成本的约束,三维地震勘探也分为多期、多批进行。相应的方法技术理论研究和实际应用也为整个区域多次重复勘探的实现,资料完整的取得奠定了基础。1地质背景及地质条件镇巴地区勘探区块位于四川盆地的东北缘,秦岭构造带的南侧。北以城口—房县断裂与南秦岭褶皱系为界,南侧大致以三叠系与大面积的侏罗系为界与四川盆地东北缘相分开,西北界为米仓山凸起东南部,东端到巫溪一带,主体为扬子北缘冲断褶皱带的一段,总体走向为北西—南东向,呈现向南西突出的弧形构造带。地理上处于川、陕、渝三省(市)交界处,行政上包括四川省通江县、万源市,陕西省镇巴县、西乡县、安康县、紫阳县、岚皋县,重庆市城口县、巫溪县、开县。镇巴区块具有较好的储油、成油地质条件,是具有资源勘探潜力的区块之一,中国石化勘探南方分公司先后在勘探矿权区部署多期二、三维地震采集测线。在这一地区仪器装置条件、勘探精度相当,观测系统相似、测线方位角和面元大小基本一致的相邻两块地震采集三维工区,由于采集时期不同、接收线数不同,为了能达到充分利用前期的采集数据,避免重复工作量,并可以实现两次三维地震采集的无缝拼接,且使得拼接区面元叠加次数、炮检距、方位角分面均匀,同时也能保证地震资料属性分布的连续性,有必要进行三维地震观测系统无缝拼接技术的研究。2三维地震观测系统的完美连接技术2.1维拼接设计三维观测系统拼接理论是要避免炮点重复,接收线根据观测系统束线间的滚动属性确定重复检波线的线数,重复接收线的检波点必需要根据前期三维测量放样的实际坐标放样,保证两次三维重复接收点位置的一致性。由于前期炮检点经过实际放样后有偏移,三维拼接设计时以前期炮检点的理论坐标为起算点,设计完成后再输入前期实际放样后的坐标。以前期检波点的理论坐标为起算点,使用观测系统设计软件工具,以相同方位角设计本期三维工区的所有束线,并推算出所有炮检点的理论坐标,保证炮线相接。重复的检波点必须以前期三维的检波点的实际坐标放样,恢复前期三维重复检波点位置,保证两次三维重复检波点实际位置的一致性2.2增加接收点方案与增加炮点方案的对比为保证拼接区的面元属性均匀,以最小叠加次数不低于125次为例研究,只有通过增加炮点或增加接收点来提高拼接区的叠加次数。分析比较拼接的增加炮点和增加接收点两个设计方案,认为增加接收点方案比增加炮点方案合适。1)增加接收点方案的面元叠加次数较增加炮点方案分布均匀。2)增加接收点方案较增加炮点方案更能保证面元叠加次数在125次以上,增加接收点方案拼接部分的叠加次数大部分在140~160次之间,炮检点偏移一般不会使叠加次数降至125次以下,即使有也是个别面元,容易控制。而增加炮点方案由于不少面元叠加次数在125次附近,山区炮检点偏移多,稍有不慎,就会造成部分面元叠加次数低于125次。3)增加接收点比增加炮点方案容易实现,增加接收点在不增加总接收数的前提下,部分束增加接收线,不会增加工作量。而增加炮点不容易实施,山区炮检点位置变化多,加炮方案要随炮检点位置变化实时调整,跟踪困难。如保守一点会增加更多炮,而山区地表条件复杂,增加这么多炮难度大,成本增加通过拼接观测系统面元属性研究分析,以增加接收排列进行拼接,同时为了防止炮检点偏移造成个别面元叠加次数太低,根据动态观测系统分析结果,适当增加少数炮点,保持排列方式不变,达到无缝拼接的目的。3镇巴三维地震观测系统互联技术的应用实例中国石化南方分公司在2009年和2010年分别部署一块地震三维采集攻关区块(图1)。3.1两次三维地震采集工区的覆盖次数2010年三维地震采集攻关在2009年三维地震采集攻关的基础上,加大了接收线数和单炮接收道数,达到了单炮6000道接收,覆盖次数也由120次增加到150次。两次镇巴三维地震采集工区相接,采集仪器都是428XL数字地震仪,而且测线方位角和面元大小一致,道距、炮点距、接收线距、炮线距、束线滚动距相同,区别的是接收线数、叠加次数不同(表1)。相似的三维观测系统,为2010年三维地震采集与2009年三维地震采集的无缝拼接提供了必要的条件。3.2观测系统设计及对比2010年三维地震采集观测系统设计是以2009年三维工区东北角的某检波点的理论坐标为起算点,使用观测系统设计软件工具,以相同方位角设计出2010年三维工区的所有束线,并推算出所有炮检点的理论坐标,保证炮线相接(图2),2010三维采集工区东北部重复2009年三维的16条接收线,西南部由于2010年三维勘探边界的延伸,西南部重复22条接收线。重复的检波点必须以2009年三维的检波点的实际坐标放样,恢复2009年三维重复检波点位置,保证两次三维重复检波点实际位置的一致性。将2010年三维的理论SPS和2009年三维的实际SPS加载到观测系统设计工具中进行分析计算,发现拼接区域沿束线方向条带状叠加次数低,最低叠加次数仅107次,达不到满叠加次数150次的5/6要求。分析原因,是由于2010三维与2009年三维接收线数不同,2009年资料在拼接部分左边的接收线只有8条造成的。3.33d形式设计优化技术的实际应用为保证拼接区的面元属性均匀,最小叠加次数不低于125次,只有通过增加炮点或增加接收点来提高拼接区的叠加次数3.3.1叠加次数区域的划分由于拼接区缺失的叠加次数沿束线方向条带状分布,通过增加炮点,可以保证条带状的缺失叠加次数区的叠加次数达到125次以上,但同时会提高其余条带的叠加次数,叠加次数还是条带状分布不均匀。采用2009年镇巴三维的实际坐标和2010年三维的理论坐标进行分析,需在拼接区附近的束线上至少增加271炮,才能使拼接区的叠加次数达到125次以上。3.3.2拼接区叠加次数缺失的原因首先从两次三维观测系统理论属性来分析,束线方位角取0度。两次三维拼接区沿束线方向分别为135次、120次、135次、150次四个叠加次数条带,分别缺失15次、30次、15次、0次,以400m为1个周期,共4个周期,束线滚动距也是400m。拼接区叠加次数缺失的原因就是2009年三维在拼接区束线左边少两条接收线,根据观测系统炮点两侧接收线的镜像关系,在2010年三维拼接区束线右侧增加两条线接收,应该可以补偿缺失的叠加次数。分析2010年三维单束线的叠加次数属性,在束线右侧增加两条接收线,改用22条线接收线,覆盖区沿束线方向增加15次、30次、15次、0次叠加次数条带,4个条带距离也是400m,正好可以补偿1个周期缺失的叠加次数,这样通过正常的束线滚动(400m),需4束线在拼接方向增加两条线接收,增加的叠加次数可补充拼接缺失的叠加次数,这样理论上保证拼接区东南边界叠加次数都是150次,西南边界理论叠加次数在135~179次,满足最低叠加次数要求,拼接区观测系统最大炮检距在横向上增加了400m,叠加面元属性分布较均匀。3.3.3接收点叠加次数不足通过拼接观测系统面元属性研究分析,在2010年三维采集中,拼接区采用增加接收点方案,即以增加接收排列进行拼接,同时为了防止炮检点偏移造成个别面元叠加次数太低,根据动态观测系统分析结果,适当增加少数炮点。2010年三维采集生产中在第5~8束线(束线号增量方向为东南至西北)用22条线接收,即在小线号增加两条接收线,保持排列方式不变。从2009年镇巴三维的实际坐标和2010年三维的理论坐标拼接后观测系统属性分析,拼接区大部分面元叠加次数在140~160次;西南角由于理论叠加次数较少及重复接收线的检波点偏移,导致几个面元的叠加次数低于125次。在实际生产中根据炮检点的实际坐标,进行动态观测系统设计,通过增加少数炮点满足叠加次数要求,确保叠加次数达到125次以上。地震采集施工时,严格按增加接收点设计方案进行放样、钻井、放线及地震数据采集,并根据炮检点的实际坐标进行动态观测系统设计,生产中在第1~3束线拼接部位的西南拐角处加密了35炮,保证了西南拐角拼接处勘探区域内叠加次数都达到理论设计的5/6。4镇巴三维地震观测系统的应用效果分析4.1节约了资金2010年镇巴三维利用2009年镇巴三维资料无缝拼接进行采集,相比单独采集减少炮点1500个、检波点3000道,按炮点直接成本2000元/个、检波点埋置直接成本300元/道计算,节约资金360万元。4.2观测系统属性三维无缝拼接采用统一的测线方位角和面元大小,为今后资料连片处理打下了基础,避免了两次三维过渡带叠加次数过多和两次三维间叠次不均匀。生产完成后加载2009年三维和2010年三维实际SPS进行观测系统属性分析,拼接区面元叠加次数达到规范要求,大部分面元叠加次数在150左右,拼接区面元偏移距、方位角、叠加次数分布较均匀(图3)。在拼接区相同位置,分别进行2009年三维数据(图4)、2010年三维数据(图5)、两次三维数据拼接(图6)的资料处理,从叠加剖面效果来看,两次三维数据拼接后的叠加剖面同相轴更加