三维高密度数据采集方法与技术_同济大学马老师

地震勘探三维高密度数据采集方法与技术马在田同济大学2007年7月1．什么是高密度地震采集？报告提纲2．高密度采集的预期目标3．高密度地震剖面与常规剖面的对比实例1．什么是高密度地震采集？高密度地震数据采集使用数字检波器提高空间采样率自从20世纪70年代地震勘探实现数字化以来，地震勘探仪器接收来自检波器的信号仍然和以前的光点记录地震仪和模拟地震仪接收的信号一样都是模拟信号。信号在进入野外地震仪由前置放大器放大后经过模数转换器进行数字化采样转化为24位的数字，并按采样先后记录在数字磁带或磁盘上；高密度地震采集高密度地震采集野外记录不是按道记录排序的，必须将它解编为按道顺序的记录；常规地震采集过程由于检波器是模拟信号，检波器的输出对地面振动的振幅谱和相位谱即原始记录是有选择的.不同谐振频率的检波器，用于不同的勘探目标.不管谐振频率如何，其目的就是压制小于此频率的频率，使大于此频率的信号平等通过.另一方面，非全通的相位谱会衰减高频成份.高密度地震采集高密度地震采集使用的是数字检波器：数字检波器由美国德州Input/Output公司推出的三分量的VectorSeis.和垂直分量的SeismicSensor；数字检波器是建立在微电子机械系统（MEMS）上的，其核心是MEMS传感器；传感器有两个组成部分：一个是能够做加速度的微机械系统和一个能进行“力”回馈的混合信号闭合回路的特殊积分电路（ASIC）芯片组成.高密度地震采集ComparisionofLowFrequencyResponseofaGeophoneandVectorSeistoAcceleration-30-25-20-15-10-505110100Frequency(Hz)AmplitudeResponseindBLaserVibrometerGeophoneVectorSeis谐振频率两类检波器的振幅谱对比图两类检波器的相位谱对比图高密度地震采集从上图可以看到数字地震数字检波器的优点优点一数字检波器无滤波效应从对比图可以看出，数字检波器对信号（各种信号和噪声）都不产生任何的畸变，同等地给予通过.而模拟检波器对低频的振幅和高频的相位进行不同程度的压制,同时也会破坏地震信号本身.高密度地震采集优点二数字检波器有很高的动态范围在A/D转换前最大的输入值为0.2g(cm/s2)，名义上动态范围可达到115dB，即相当于接近100万倍左右.而模拟检波器的动态范围只有60dB左右，相当于几千倍，相差甚大.高密度地震采集采用数字地震仪，在野外采集时只能进行单个接收点的方式进行.因此要减小炮点和检波点的道距，炮点距也相应减小.野外观测系统的设计要根据地质需求和地区特点而定.我国主要的地下地质构造复杂，真正的二维类型的地质构造很少，因此，三维地震观测的面元网格应当接近正方形，同时观测系统应当是宽方位分布的.高密度地震采集ShotlineReceiverlineCMPsurfacecoverageCross-spreadgatherLMOS陆上观测形成十字排列炮模板纵向最大偏移距最大非纵距接收线模板中点覆盖模板y(crossline)x(inline)Cross-spread:W(t,X,ys,xr,Y)正交观测系统“十”字交叉道集的抽取方法陆地观测系统(左图)抽成十字交叉排列(右图)观测系统设计的技术准则(1)加密空间采样，提高覆盖次数;(2)有利于室内去噪（面波，散射，环境噪音等);(3)保证无假频破坏有效信号；高密度地震采集Nostatic,10tracessumstatic,10tracessumStatic+FK+10trsumSta+FK+rNMO+10trsumStatic+10trsum+FK室内组合方式对比nofkshotfkS&Rfk3Dfk三维噪音压制（KaragulandCrawford,2003EAGE）同口道距5米同口道距10米同口道距20米Fmax最大频率Fmax必须能够使从最深的目的层返回地面记录接收到而不出现假频干扰.1．什么是高密度地震采集？报告提纲2．高密度采集的预期目标3．高密度地震剖面与常规剖面的对比实例2．高密度采集的预期目标高密度地震采集预期目标提高横向分辨率提高有效地震波的保真度高密度采集预期目标之一提高横向分辨率.地震分辨率分单道分辨率和成像分辨率;分辨率又分垂向和横向或任意方向的分辨率;单道横向分辨率零炮检距为2zr非零炮检距的横向分辨率要比零炮检距的低;二维的横向分辨率与炮检距的关系图三维的横向分辨率与炮检距的关系图从公式或图来分析，横向分辨率与地震波主波长和地质体埋藏深度z有关，而与道距无关，只要道距不大于最小横向分辨距离r即可.一般地，任何常规地震实际道距都远小于最小横向分辨距离.高密度地震采集的预期目标理论计算的横向分辨率是以断块或岩体（砂体）中断为依据，指的是地震同相轴的连续性中断，或者说相位中断,这种分辨率称之为确定性的.但是由于地质体（如薄层砂体或互层性体）在空间上的厚度和互层性数目在不断变化,它不表现为中断,而表现为波形变化，这种变在空间上为几十公分、几米至十几米就会发生，远小于理论横向分辨率值.高密度地震采集的预期目标分辨这种横向变化的横向分辨率可称为分析统计性的横向分辨率.高密度地震采集想提高的横向分辨率就是指这种分辨率.它可以通过小波分析和地震波形变化特征的统计和模式识别方法来达到提高横向分辨率和辨认岩体细节的目的.高密度地震采集的预期目标广义S变换识别河道高密度采集预期目标之二提高地震反射波的保真度地震波的保真概念在上世纪70年代已经提出.但是，由于原始记录本身的不足、处理方法不当和理论上的认知度以及客观上的实际因素等原因，保真问题一直远未达到满意的程度.高密度地震采集的预期目的问题一模拟地震记录先天不足使用模拟检波器时由于要压制低频和高频干扰波，在这个过程中野外记录的有效反射波的振动波形特征就被低频和高频段的不恰当的滤除而被破坏失真.而数字检波器无此问题.(a)干扰波；(b)有效波；(c)综合滤波曲线地震波频率被滤除一部分(a)(b)(c)问题二检波器组合无法保护高端频带由于在野外实施组合检波频谱被低频化，特别是在地形起伏地的组合使频带降低和减小.而数字检波器不进行组合接收，无此问题.高密度地震采集的预期目的主频50Hz的零相位雷克子波ΔT=0ms周期T=20ms主频：50Hz频宽：4-125Hz组合的滤波作用组合的滤波作用周期T=20ms主频：43.7Hz，-6.3频宽：4-98Hz，-27HzΔT=10ms(二分之一个周期)解决办法用数字地震检波器的记录，有目的的对原始记录进行去噪和保护有效波经过静校正后的适当组合；信号-噪声分离法与减去法消除规则和非规则噪声；通过地表一致性振幅校正和相位校正消除表层影响.高密度地震采集的预期目的高密度采集（红线）与常规采集（绿线）的频带对比1．什么是高密度地震采集？报告提纲2．高密度采集的预期目标3．高密度地震剖面与常规剖面的对比实例3．高密度地震剖面与常规剖面的对比实例两种原始记录对比1sensor,TI5m12geophones,TI5m,point36geophones,TI:25m,areal高密度地震的应用实例（剖面图）高密度地震的应用实例（剖面图）Q-Marine（西方地球物理公司）常规采集资料处理结果高密度采集资料处理结果CSEG，Longet.al.常规采集资料处理结果高密度地震的应用实例（剖面图）CSEG，Longet.al.高密度采集资料处理结果高密度地震的应用实例（剖面图）两种采集资料处理结果比较（SEG2003Calvertet.al.）高密度地震的应用实例（剖面图）从对比图可以看出，高密度地震采集资料的处理结果在地震地质构造、地层空间变化上反映出高密度地震资料具有分辨率高，地震层位的空间变化反映清楚，它反映的是地质细结构和沉积层内部的空间变化.用这样的资料结合钻井地质和测井结果会将储层的特征描述的更详细和准确，因此在油田开发乃至开发后期可用于储油描述和油气预测.总结当然要通过更好的处理新方法实现高信噪比、高分辨率和高保真度的处理流程来具体实现.关于高密度采集的地震资料的处理方法要配套研究，只有野外的高密度采集是无法达到石油勘探开发的要求的.总结敬请批评指正！谢谢！