准南低信噪比复杂构造地震采集接收方式对资料的影响及分析

杨镇魁，娄兵，范旭，郑鸿明

（新疆油田勘探开发研究院地球物理研究所，新疆 乌鲁木齐 830000）

2012年新疆油田就开始在准噶尔盆地的巨厚沙漠、戈壁、农田、公益林等多种复杂地表条件下进行高密度地震勘探的探索与尝试。经过了多年尝试，总结出了基于宽频可控震源激发、高灵敏度单点检波器接收[1,2]、高密度观测系统相结合的“宽频、宽方位、高密度”地震采集经验[3]，在准噶尔盆地西北缘、腹部、东部均取得较好的勘探效果。

在准噶尔盆地南缘，存在地表和地下构造的双复杂情况，资料信噪比普遍较低。为获取信噪比较高的原始资料，以往南缘勘探区块均采用单串或多串组合检波器接收[4]，其目的是对资料采集时产生的随机干扰、规则干扰及环境噪声等进行压制，有利于弱反射信号接收[5,6]，从源头上提高原始资料的信噪比。但是也造成了有效波高频成分损失、通放带变窄、保真度降低等问题[7,8]。随着精细构造解释需求的不断提高，已有资料已无法满足目前勘探需求，需要充分考虑地震信号振幅、频率、相位等物理属性，确保资料的保真度[9,10]。

采用单点检波器接收的高密度地震勘探在构造更为复杂，地表条件更为多变的南缘低信噪比地区是否适用[11,12]，是本文论证的一个重点。近年来，通过南缘三维勘探的效果证实了采用单点检波器接收、高密度观测系统相结合的采集方式可满足目前勘探需求，并取得较好的勘探效果[13]。

在南缘低信噪比地区的地震勘探中，如何提高原始资料的信噪比是需要重点考虑的一个因素[14]。提高覆盖次数则是提高信噪比最直接、最有效的方式之一。若采用单点检波器接收，在保证勘探效果不弱于组合接收的情况下，须充分论证原始资料信噪比与观测系统覆盖次数之间的关系[15]。因此，建立一个正演模型分析信噪比与覆盖次数之间的关系，并对不同覆盖次数实际资料的信噪比进行对比，进一步对单点检波器接收的适用条件进行分析。

模型以不同反射系数进行模拟，建立两套水平层状地层和一套模拟山地陡倾角的正弦曲线地层。通过给定地层反射系数和雷克子波得到一个地震响应，以建立不同含信比动校拉平道集，以此来分析资料含信比（有效信号与所有信号的比值，通常以百分比来表示）与覆盖次数之间的关系。

从正演的叠加剖面分析，叠前道集含信比为50%时，叠加后可清晰地看到地层反射信息，与建立的正演模型一致；
叠前道集含信比为20%～30%，可看到1.5 s、3.5 s两套水平地层信息，而约2.5 s陡倾角地层在剖面上无法看到有效反射；
继续降低道集含信比为5%～10%，两套水平地层反射显示较弱，无法看到其他反射信息（图1）。说明资料的含信比越低，剖面的成像效果越差。此结论与地震勘探认识一致[16]，原始资料的信噪比决定最终成果剖面的成像品质。得到相对较好的叠加成像效果。

图1 正演模型（a）及不同含信比叠加剖面对比（b-f）Fig.1 Forward model(a)and comparison of stacking profiles with different signal ratios(b-f)

当含信比为10%，覆盖次数为1 000 的情况下，资料信噪比较低，几乎无法看到约2.5 s 的有效反射信息；
覆盖次数增加到2 000 次，资料信噪比得到明显提升，可见连续的反射信息；
增加到3 000次后，资

按照目前高密度地震勘探的经验，认为原始单炮资料信噪比低，可通过增加覆盖次数来提高成果资料信噪比[17]。利用此模型，在道集含信比为30%的前提下，研究覆盖次数对成像品质的影响。将覆盖次数从100次增加到300次，剖面的成像效果有了明显提升，与含信比为50%，覆盖次数为50次的剖面对比，成像效果相差不大。说明含信比在30%，300次覆盖就可基本还原模型，含信比在50%，50次覆盖就可得到和模型相近的成果（图2），即原始资料含信比越高，资料对覆盖次数的依赖程度就越低。

图2 不同含信比、覆盖次数叠加剖面对比Fig.2 Comparison of overlay profiles with different signal-to-signal ratios and coverage times

准噶尔盆地南缘的原始资料信噪比普遍较低。因此，我们对含信比在20%以下的正演资料进行了重点分析。当含信比为20%，覆盖次数为200 次的情况下，几乎无法看到约2.5 s 的有效反射信息；
覆盖次数增加到400 次，资料信噪比得到明显提升，可见连续反射信息；
增加到500次后，资料信噪比进一步提升，有效反射同相轴能量更聚焦，成像效果较好（图3）。说明在实际地震资料采集中，若原始资料的含信比约20%，覆盖次数至少大于500 次，才有可能料信噪比有提升，但不明显（图4）。说明在原始资料信噪比较低，成本可控的情况下，单纯的提高覆盖次数对资料的成像效果改善已不明显[18]。这是我们目前在南缘二维勘探中遇到的一个技术瓶颈，尽管覆盖次数已提高至3 000次甚至更高，仍无法达到成像的预期效果。

图3 不同覆盖次数叠加剖面对比Fig.3 Comparison of overlay profiles of different coverage times

图4 不同覆盖次数叠加剖面对比Fig.4 Comparison of overlay profiles of different coverage times

为使结论更加准确，我们做了一项极限对比试验。当含信比为5%，覆盖次数为1 000次的情况下，资料信噪比非常低，叠加剖面1.5 s、3.5 s可见断续的平层反射，看不到约2.5 s的有效反射信息；
覆盖次数增加到5 000 次，资料信噪比有一定提升，平层反射信息较好，隐约可见约2.5 s 的反射层位；
增加到10 000次后，可见部分2.5 s反射信息；
增加到20 000次后，资料信噪比有较大提升，可还原正演模拟地层（图5）。说明原始资料只要有信号存在，在不考虑成本、不考虑野外采集实际带道能力的情况下，无限次增加覆盖次数总可以叠加成像。

图5 含信比5%不同覆盖次数叠加剖面对比Fig.5 Comparison of overlay profiles of different coverage times with 5%signal ratio

通过正演模型对含信比与覆盖次数的对比分析，得到以下2 个方面的认识：①要想得到同样的叠加效果，含信比与覆盖次数的关系是非线性的，含信比不会随着覆盖次数的增加而线性增加（图6）；
②理论上只要有信号，无限次增加覆盖次数总可成像。但在实际的地震资料采集过程中，我们既要考虑采集成本，又要考虑采集设备的带道能力，不可能无限制通过增加覆盖次数来提高资料的信噪比。因此，要寻求原始资料信噪比与覆盖次数之间的平衡，以求用最合适的采集方法组合获取最具性价比的原始资料，保障成果资料的品质。

图6 含信比与覆盖次数的关系Fig.6 The relationship between the signal-to-signal ratio and the number of coverage

本次建立的模型仅仅混入了随机噪声，对有效反射的影响相对较小，在此基础上得出的结论比较接近理想状态。在真实的地震采集中，噪声的种类繁多，还存在近地表的影响，地层倾角及地层破碎的客观地质现象存在，对有效信号的影响更大，通过模型得出的结论还要大打折扣。

在南缘山前构造带以新采集的DN 三维边框内以往不同接收方式的单炮为例，整体资料信噪较低，几乎无法看到有效反射[19]。但从信噪比直方图的对比分析可看出，采用3 串组合接收的单炮信噪比较高，可达到0.42，而采用单个检波器接收的单炮信噪比只有0.27，换算为含信比分别为30%和21%。也就是说，两种接收方式含信比都在20%以上，但在相同的4 kg 药量激发环境下，组合检波器接收原始单炮的信噪比要明显高于单只检波器接收（图7）。

图7 不同接收方式单炮对比及信噪比分析Fig.7 Comparison of single shots with different receiving methods and analysis of signal-to-noise ratio

在此前提下，通过初始叠加剖面（只做静校正，不做其他任何处理）对信噪比与覆盖次数的关系进行对比分析，并选取针对主探目的层1～4 s的大时窗进行信噪比估算（图8-f）。从剖面及信噪比估算值分析，相同90 次覆盖次数条件下，单点接收剖面信噪比远低于组合接收；
覆盖次数翻倍到180次，单点接收信噪比仍较低；
当覆盖次数提升4 倍至360 次后，单点接收信噪比与组合接收相当，但剖面背景噪声略强；
当覆盖次数提升至560次后，单点接收剖面信噪比明显优于组合接收（图8）。

图8 不同覆盖次数初始叠加剖面对比及信噪比估算Fig.8 Comparison of initial stack profiles with different coverage times and estimation of signal-to-noise ratio

结合正演模拟结果，若采用多串组合接收，覆盖次数达到300 次即可满足勘探需求；
若采用单点接收，覆盖次数须大于500次才可满足需求。

综上表明，在准南低信噪比区采用高覆盖观测系统与单点接收的组合方式，在实现不弱于组合接收勘探效果的同时，可进一步提高资料的成像品质。目前针对南缘深大构造的地震采集方案，覆盖次数均大于500次，单点接收方式更具有优势。

由于工区范围内没有以往采集的三维资料，因此截取相同位置的二维成果资料进行对比（表1）。新采集三维覆盖次数约为二维资料的三分之一，从时间偏移剖面上看，新采集资料信噪比相较以往二维资料有了明显提升，剖面频率特征丰富、背景干净，波组特征清晰，目的层反射层次分明，构造形态刻画清晰，山前隐覆带目标背斜刻画清晰，取得了较好的勘探效果（图9）。

图9 新（a）老（b）成果对比Fig.9 Comparison of new(a)and old(b)results

表1 准南山前二三维新老观测系统参数对比Table 1 Comparison of the parameters of the new and old observation systems in the two and three dimensions of the Zhunnan piedmont

因此，我们认为在南缘地表条件起伏多变，地下构造复杂，尤其在构造形变较为剧烈的山前构造带，采用单点检波器，结合小面元、高覆盖、宽方位的高密度观测系统进行接收，可取得较好的勘探效果[20]，在提高资料成像品质的同时，大幅度提高勘探时效，助力南缘深大构造的油气发现。

（1）在准噶尔盆地南缘低信噪比区，单点接收与小道距、小面元、高覆盖等提高信噪比的方法结合使用，可取得不弱于组合接收资料效果，能满足南缘高陡构造的勘探需求。

（2）南缘山前构造带地表条件十分复杂，地下构造破碎，构造变形严重，各种不规则次生干扰较为发育，单炮信噪比低，需要通过多种处理手段提高资料信噪比，结合高覆盖密度观测系统，提高地震资料成像效果。

（3）低信噪比复杂构造采集是系统工程，无论单点接收还是组合接收，都与观测系统、激发方式有着密不可分的联系。单点接收对于覆盖密度的依赖性更强，要充分体现两宽一高的采集方式才能得到较好勘探效果。

猜你喜欢 单炮检波器单点 6串1并与3串2并检波器串连接方式对比分析石油管材与仪器(2022年6期)2023-01-03地震数据采集现场实时输出附地质层位单炮记录的智能方法石油地球物理勘探(2022年3期)2022-06-11浅析平桥北三维工区影响单炮品质的因素中国化工贸易·上旬刊(2020年1期)2020-09-10历元间载波相位差分的GPS/BDS精密单点测速算法中国惯性技术学报(2020年2期)2020-07-24检波器容差对地震信号接收的影响研究信息技术时代·中旬刊(2019年1期)2019-10-21数字电视地面传输用单频网与单点发射的效果比较山东工业技术(2016年15期)2016-12-01企业信息门户单点登录方案设计电子制作(2016年1期)2016-11-0724D－A新型检波器在地震勘探中的应用中国科技信息(2016年17期)2016-10-11前后向平滑算法在精密单点定位/ INS 紧组合数据后处理中的应用中国惯性技术学报(2015年1期)2015-12-19一种断排列单炮的识别方法科技视界(2015年15期)2015-05-15

推荐访问:构造地震 采集 接收