复杂地表三维地震观测系统变观方法研究

复杂地表三维地震观测系统变观方法研究

石翠翠

中石化石油工程地球物理有限公司胜利分公司 山东东营 257086

摘要: 三维地震勘探施工中遇到大面积的城镇、养殖区等复杂地表时，为了尽量减少地表障碍物对资料造成的影响，就需要对观测系统做变观设计。随着地震勘探技术的发展，生产规模日益扩大，人工变观设计方法的弊端愈加明显，现在主要利用地震采集工程软件进行模拟分析。但目前地震采集软件在自动变观和人机交互方面还存在一定的问题，如自动变观方法的变观算法不太合理、变观流程不够优化、用户交互不灵活等，导致了一些变观点位的不合理、用户操作不便捷。本文在基于目前商业软件观测系统变观功能的调研上，通过理论研究变观方法，提出一套自动变观方法和软件实现流程，为后续SeisWay软件观测系统变观新功能提供技术支持，从而提高变观合理性，有效减少地震资料的空白区，提高地震资料的采集质量。

关键词：三维地震；观测系统变观；复杂地表；自动变观；人机交互；实现流程

作者简介：石翠翠（198709－），中级工程师，硕士，从事地震勘探理论方法研究与软件开发工作。

三维地震勘探施工中当遇到大面积的城镇、养殖区等复杂地表时，为了尽量减少地表障碍物对资料造成的影响，需要对观测系统做变观设计。变观方法通常采用恢复性放炮、横向变观炮、加密炮或调头炮等方法，来达到满足覆盖次数的目的。随着地震勘探技术发展和勘探精度要求的提高，生产规模日益扩大，人工变观设计方法的弊端愈加明显，现在可以利用地震采集工程软件进行模拟分析^[1,2]。

现今地震采集软件变观常用的一般流程为：首先导入高清卫片，根据观测系统参数进行理论布设，勾勒障碍物的轮廓进行障碍物编辑，接着就是自动变观、人机交互和属性分析。目前SeisWay软件已经实现了基于高遥感卫片的大数据量观测系统布设及属性分析技术，但在自动变观和人机交互方面还存在一定的问题，如自动变观方法的变观算法不太合理、变观流程不够优化、用户交互不灵活等，导致了一些变观点位的不合理、用户操作不便捷。 目前商业软件在自动变观和人机交互这两个方面也存在同样的问题，因此本文就是在基于目前商业软件观测系统变观功能的调研上，通过理论研究变观方法，提出一套SeisWay软件自动变观方法和软件研发流程，为下一步SeisWay软件变观新功能研发提供技术支持，从而提高变观合理性，有效减少地震资料空白区。

三维地震观测系统变观方法

1.1 变观原则

野外进行三维地震勘探时，受地形地物的影响不能正点布设时，观测系统就需要自动变观，那么变观方法就要符合野外采集规则。下面就是野外小队变观时采用的变观原则，主要有这么三点，总结如下：

1、一般情况下，炮点要沿平行接收线方向移动，数量尽量前后平均分配，移动距离为道间距的整数倍。炮点移动原则上控制在原设计最小炮检距的基础上增加或减少两个炮线距，目的层浅的地区应控制移动距离，确保地质任务的完成。

2、当纵向偏移无法满足施工要求时，炮点也可以沿垂直线束方向即横向偏移一定距离布设，炮点偏移的距离应是接收线间距的整数倍。

3、变观时应就近选择炮点，采用观测系统设计软件进行设计，使得有效覆盖次数尽量达到设计要求、方位角尽量呈现多样性，炮检距分布尽量均匀，浅层资料缺口尽量小，避免“开天窗”。

秉着这样的原则，下一步研究具体地变观方法。

1.2 变观方法

变观的理论实现方式——恢复性放炮，这种变观方法的中心思想就是既不改变应变炮点所对应的反射点分布范围，又不增加炮点数量（或者说也不增加反射点数量）。因此，对于这种通过改变炮点与排列片之间的空间对应关系，从而完全实现原设计炮点所对应的反射点（即确保覆盖次数不变）的变观方法叫做恢复性放炮^[3]。

恢复性放炮只能是三维地震数据采集过程中的一种补救措施而已，它只保证了达到设计覆盖次数不变的目的，而保证道集内炮检距和方位角不变的目的是不能实现的。

理论上恢复性放炮法有三种实现方式。

1.2.1 纯纵向移动炮点的恢复性放炮方法

当某个炮点因地物影响不能激发时，炮点沿束线方向（纵向）偏移任一距离 ，而接收排列则应沿束线做同向等距离移动，所得地下反射点分布位置不变。炮点移动距离的大小如果与纵向道间距∆𝑋（或说与CMP网格的纵向大小 ）建立起简单关系，会使野外数据采集工作方便不少，变观时检波点改变得越少越好，。故 应是纵向道间距∆𝑋的整数倍，移动距离控制在两个炮线距范围内，即：

( ) （1）

1.2.2 纯横向移动炮点的恢复性放炮方法

当炮点因地物影响沿垂直束线方向（横向）偏移任一距离 ，而接收排列垂直束线方向做同向等距离移动，所得地下反射点分布位置不变。当 是接收线距的倍数（也可以说是CMP面元横向大小 的一定倍数）时，只需改动部分测线检波器即可，施工工作量小，对保证施工效率有明显之处。即

可按如下公式选取：

( ) （2）

否则，线束重新铺设的工作量太大，不易实现。接收线距较大或接收线数较少的观测系统实现起来较难或工作量较大，而接收线距较小或接收线数较多的观测系统实现起来工作量要小一些，也好实现一些。

1.2.3 斜向移动炮点的恢复性放炮方法

当炮点因地物影响沿任意方向偏移一定距离（既有纵向移动的分量，又有横向移动的分量），接收排列做同向等距离移动，所得地下反射点分布位置也不改变。这种实现方式，纵向移动距离分量由纵向移动公式（1）选定，横向移动距离分量由横向移动公式（2）选定。

通过三种恢复性放炮方法，可以看到：后两种方法因为变动排列片时需要铺设较多检波器，施工起来不便而且效率低，尤其是第三种方法，因此一般不采用。最常用的是纵向恢复性放炮方法，当纵向偏移不出去的时候，考虑横向恢复。

1.3 软件自动避障实现方法和流程

针对SeisWay软件在自动变观方面的问题，在上述恢复性放炮理论方法的基础上，最后提出一套软件自动变观方法：

（1）将需要变观的炮点首先沿测线纵向开始偏移，炮点偏移的位置为道距的整数倍，炮点从障碍物安全区的边界按所述道距的整数倍，沿测线纵向方向移出障碍物安全区，如果在偏移位置已经存在炮点，跳过已经存在炮点，接着按整道距沿测线方向移动，直到移动到合适的位置；

（2）若炮点移动超过纵向最大距离，在原位置垂直测线横向移动，移动位置为接收线距的整数倍，炮点从障碍物安全区的边界按接收线距的整数倍，垂直测线横向方向移出障碍物安全区，如果在偏移位置已经存在炮点，跳过已经存在炮点，接着按接收线距垂直测线方向移动，直到移动到合适的位置。

结合自动变观方法和野外实际需求，最终得到一套软件自动避障实现流程，如图1所示。

图1 软件自动避障实现流程示意图

2 软件对比分析

2.1 数据参数说明

观测系统采用胜利油田山东某探区高精度三维项目，工区地表复杂，涉及农田、城镇、村庄、水域、养殖、厂矿、油田设施等多种地表障碍物。观测系统采用28线5炮，接收道距25米，接收线距125米，炮点距50米，炮线距150米。

根据前面总结的变观原则，软件自动避障功能操作的具体参数如下：

1、第一步：纵向移动炮点

移动距离为道间距的整数倍，且移动距离应控制在增加或减少两个炮检距内，即：纵向移动网格步长为道间距25m，纵向上下移动网格点应小于12（150*2/25=12）个。

2、第二步：横向移动炮点

若第一步没有全部变观出去，那么采用横向移动炮点，移动距离为接收线距（125m）的整数倍。

2.2 软件对比分析

本次软件对比分析以三个软件为主： Mesa 12.00，引进的国外商业软件；KLSeisⅡ，国内常用软件；SeisWay 3.0，中石化自主研发软件。

2.2.1 SeisWay 3.0 软件

1、纵向移动炮点

首先根据高清卫片进行障碍物轮廓的勾勒，进行障碍物编辑，设置网格（网格大小设置为道距25m，软件默认炮点起始坐标为网格原点坐标），设置沿束线方向移动（横模板，crossline是纵向），设置排障选项（束线方向最大移动两个炮线距，也就是12个网格点），最终得到纵向移动炮点后的变观效果。

2、横向移动炮点

纵向移动炮点后，可以看到中间还有三排炮没有完全变观出去，下一步设置沿垂直束线方向移动，设置排障选项（横向移动20个网格点），最终炮点全部变观出去。

2.2.2 Mesa 12.00 软件

绿山12.00软件功能与SeisWay 3.0软件功能类似，具体步骤参考SeisWay 3.0软件。

2.2.3 KLSeisⅡ

首先需要说明一下，KL6.0软件没有三维观测系统自动避障功能，它是通过二维测线自动避障功能来实现的。KLSeisⅡ软件在KL6.0的基础上增加了三维观测系统自动避障功能，同时也增加了一些细节方面的功能。

1、纵向移动炮点

首先根据高清卫片进行障碍物轮廓的勾勒，进行障碍物编辑，设置网格（网格大小设置为道距25m），软件默认检波点起始坐标为网格原点坐标，需要手动修改为炮点起始坐标为网格原点坐标，这样炮点才能处在网格的交点处。

KLSeisⅡ在排障设置功能上更加细化，设置沿束线方向移动（inline），最大移动两个炮线距300m。其中默认相邻线间隔默认50m，变完观之后的炮点炮排之间间隔50m，需要手动修改为25m。平滑角度功能，适用于检波点偏移。

2、横向移动炮点

纵向移动炮点后，可以看到中间还有三排炮没有完全变观出去，下一步勾选横向移动（xline），移动最大距离500m，最终炮点全部变观出去。

由上述三种软件功能操作对比分析可知，纵向移动炮点和横向移动炮点后变观炮点保持一致。

2.3 小结

综合上述三种地震采集软件变观功能的对比分析可知：

1、在纯纵向移动、纯横向移动、就近移动的功能上变观效果一致。

2、其中KLSeisⅡ又附加了其他更为详细的细节功能，像纵向+横向联合移动、设置相邻炮线间隔，因为野外应用的比较少，目前不建议采用，其中平滑角度的功能用在检波线批量修改上具有一定参考意义。

3、根据近年来野外实际需求分析，国内地震采集要求炮点观测系统不变，也就是要求检波点随炮点做同向移动，如果软件增加检波点随炮点同向移动功能，可以减少用户手动调整排列片的工作量。

4、另外在属性分析这块，覆盖次数实时显示方便用户实时验证变观点位的合理性。

目前这三个软件都不具备后两个功能，这也是下一步SeisWay软件需要研发的内容。

3 结束语

通过对复杂地表三维地震观测系统变观方法的研究，在基于目前商业软件观测系统变观功能的调研和对比分析上，提出了一套自动变观方法和软件研发的流程。

通过本次研究，为后续SeisWay软件观测系统变观新功能提供技术支持，从而提高变观合理性，有效减少地震资料的空白区，提高地震资料的采集质量。

参考文献

[1]石一青，徐继伟. GMG MESA（绿山）软件在苏北复杂地表及地质条件下地震方法设计中的应用及效果[J]. 物探装备，2005,15（3）：161-163

[2]武磊彬，郭龙芳，束双伟. Klseis软件在复杂地表地区三维地震勘探设计中的应用[J]. 中国煤炭地质，2009,21（2）：93-95

[3]马彦良，李铭良. 三维地震勘探恢复性放炮法变通问题的讨论[J]. 中国煤田地质，2004,16（5）：45-49

[4]张光德，丁伟，胡立新等. 城区三维地震观测系统设计及应用效果[J]. 石油地球物理勘探，2006,41（2）：129-132