地震资料采集技术规范（地震勘探规范）
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地质构造及人工地震测深剖面探测
本剖面(图5-1)通过天山隆起区中北部、北天山-准噶尔褶皱系和阿尔泰隆起区西南部的构造单元,穿过了博罗科努-阿其克库都克和额尔齐斯超岩石圈断裂及天山北侧著名的地震活动带[1]。
图5-1 地震构造与剖面位置图
一、本区已有地球物理工作
新疆地区深部地质和地球物理工作开展较晚,物探工作者根据区域重力场和研究区及其外围地区较少的地震测深等资料综合分析,获得一些有意义的结果。
(一)区域重力场特征
新疆现今地壳上地幔总的形态,山区对应上地幔凹陷区,布格重力异常等值线较为密集,走向具有明显束状线型异常,它们为挤压隆起活动区,是地槽型重力异常的典型模式。盆地对应上地幔隆起区,布格重力异常等值线较稀疏,无一定延伸方向,形成相互镶嵌的块状异常,为相对稳定沉降区,系地台型重力异常的典型模式。
根据中国西部现有重力与地震资料以及新生代沉积层等资料反演出本区区域重力场和地壳构造,显示出重力场与地形分布基本呈镜像反映,即高山处为低异常区、盆地处为高异常区。 重力异常场的走向基本上与地形起伏相符,在山脉处重力异常梯度变化较大,而在盆地梯度变化较为平缓。 从反演地壳厚度来看,在剖面通过的阿尔泰山区其厚度约为48km;在准噶尔盆地西缘厚度为36～40km,莫霍面起伏较平缓;天山区地壳厚度为44～50km,天山中部巴音布鲁克附近最厚为52km。
(二)天然地震研究
图5-1显示本区地震多发生在额尔齐斯断裂带,北天山和库尔勒断裂带及其附近。 近年来,一些作者采用不同的方法,利用本区及外围地区观测的天然地震资料,研究本区及其邻区地壳上地幔三维速度结构和构造,结果显示:①在阿尔泰地区的上地壳较厚,约为17km,但无明显中、下地壳,剪切波速度为3.90km/s,其底部存在一个不明显的低速度层。地壳厚度为47km,剪切波平均速度较高为3.63km/s。 ②在准噶尔盆地上地壳剪切波有效速度为2.70km/s,中地壳剪切波速度为3.62km/s,下地壳剪切波速度为3.71km/s,地壳平均厚度为43km,平均剪切波速度较低3.52km/s,该盆地位于阿尔泰和天山山脉之间,地壳厚度为44～46km,较周边造山带薄,在盆地内15～24km之间存在一厚约10km的地壳低速层,剪切波层速度为3.25km/s,相对周围速度低0.32 ～0.41km/s。 ③天山地区地壳厚度较大为50～55km,上地壳厚度较薄,约为8km,中地壳剪切波速度为3.50～3.65km/s,下地壳剪切波速度为3.80～3.90km/s,地壳平均剪切波速度为3.61～3.65km/s,上地幔顶部剪切波速度为4.65～4.70km/s。 速度结构与地震活动存在一定联系,尤其是上地壳低速区与下地壳高速度区之间的梯度带往往与强震分布有关,有可能成为中强地震的孕育场所。
(三)地震测深研究概况
1997年前,本区内还未作过详细的地震测深工作。 只有在外围地区通过新疆北部一条可可托海-阿克赛综合地球物理测深剖面和本区部分大点距地震测深剖面。
1974年,新疆地震局利用伊犁爆破,沿昭苏—乌鲁木齐接收,利用P,S震相和Pm与Pn震相求得地震波速度为:Vp=6.10km/s,Vs=3.47km/s,Vpn=7.64km/s。平均地壳厚度为43.5～42.8km,最西部昭苏地区为42km,乌鲁木齐为45km。 1983年国家地震局科技监测司组织局系统的有关单位观测了我国西北部进行的一次大爆破,初步研究了塔里木盆地东北边缘的地壳结构及速度分布,该区地壳平均速度约为6.15km/s,地壳厚度为50km左右,上地幔顶部速度为7.90km/s,其下直到80km为弱梯度层。 1988年6～8月原地矿部第二综合物探大队完成了新疆国家305项目V9-3综合地球物理剖面人工爆破地震测深野外探测。 该剖面通过北疆东部地区,由甘肃阿克塞经柳园、哈密、木垒至富蕴县可可托海。 记录中可清晰地辨认出Pg,P2,P4,P6,Pm,Pn等4～6个震相,获得了可可托海-阿克塞地壳速度结构。
二、人工地震测深剖面野外探测及数据采集
(一)剖面位置
北东向的天山-准噶尔-阿尔泰剖面,南起沙雅县(东经:82°52′28.4″,北纬:41°2′34.0″),经巴音布鲁克、那拉提、独山子、奎屯、克拉玛依、乌尔禾、和什托洛盖、布尔津至喀纳斯湖(东经:87°1′37.6″,北纬:48°42′43.7″),全长950km(图5-2)。 由于受本区地理条件、环境限制,剖面走向大部分地段与217国道一致。 自南向北通过北天山山区、准噶尔盆地西缘(主要为戈壁),北段进入阿尔泰原始森林区。 表层地质条件千差万别,海拔和气候变化很大。
图5-2 炮点分布图
剖面自南向北通过了天山隆起区、北天山-准噶尔褶皱系和阿尔泰隆起区三大地质构造单元。 同时穿过了两条具有缝合带性质的大型动力构造变质变形带,即额尔齐斯断裂构造变形带与博罗科努-阿其克库都克断裂构造变形带以及北天山地震活动带。
(二)观测系统
为了取得良好的激发效果,经3次实地踏勘,在巴音布鲁克、奎屯、128团、乌尔禾、和丰牧场、穆呼尔岱和布尔津北选择了9个炮点,进行了11次爆破,投入了160台三分向数字和模拟地震仪进行流动观测,构成了如图5-2所示的观测系统。 该系统保证了壳幔主要波组序列的对比与追踪。
炮1和炮8位于奎屯北约8km的荒地(东经:84°57′13.6″,北纬:44°32′34.3″),剖面桩号为388.8km。 该处地形低凹,地表为黄土,在该炮点进行两次2吨炸药量的井中爆破,爆破效果良好。 该炮可获得准噶尔盆地南缘断裂下方中上地壳和博罗克努-阿其克库都克断裂构造变形带附近的地壳过渡带的波组信息。
炮2和炮7位于建设兵团128团的前山村(东经:84°44′47.9″,北纬:45 °0′26.4″),剖面桩号为428.9km。 该处为开阔的戈壁滩,在该炮点进行了两次2吨炸药量的井中爆破,爆破效果良好。 该炮主要获得北天山山区及盆地的壳幔波组特征。
炮3位于布尔津北约30km处(东经:86°51′20.8″,北纬:47°55′4.3″),剖面桩号为790.2km。 该处地形较低凹,地势开阔,地下5～10m为砾石层,水位较浅,在该炮进了2吨炸药量的井中爆破,爆破效果良好,该炮可获得阿尔泰山南侧和额尔齐斯河以南的地壳深部波组信息。
炮4位于穆呼尔岱北2.5 km处,剖面桩号为728.7km(东经:86°48′5.8″,北纬: 47°19′6.0″)。 该处为山间小盆地内的沼泽盐碱地。 地表为黑粘土,其下为粘土层+小砾石层,在该炮点进行了2吨炸药量的井下爆破,爆破效果良好,该炮可获得额尔齐斯断裂带附近的中上地壳信息。
炮5位于和丰牧场南15km附近,剖面桩号652.7km(东经:86°12′34.5″,北纬: 46°45′23.0″)。 地表为红土层,其下可能存在小颗粒砾石。 在该炮点进行了2吨炸药量的井中爆破,爆破效果良好。 本炮可获得准噶尔盆地西缘地段和额尔齐斯断裂带的壳幔波组特征。
炮6位于乌尔禾东南艾里克湖东北岸边(东经:85°46′32.0″,北纬:45°59′39.4″),剖面桩号为561.9km(垂直偏移测线11km左右),该处土层较厚。 在该炮点上进行2吨炸药量的井中爆破,爆破效果良好,该炮可获得准噶尔盆地西缘地段的壳幔信息。
炮9位于巴音布鲁克东(东经:84°15′52.9″,北纬:43°3′28.1″)的河道里,剖面桩号为218.2km。 该地段地表为很薄的小砾石层,4～5m为永久冻土层,0.7m以上为粘土层。 该炮点进行2吨炸药量的水中爆破,爆破效果一般。
炮10位于库车北北山牧场附近(东经:83°2′4.4″,北纬:41°57′46.1″)的山间低凹处,在该处进行了2吨炸药量的井中爆破,爆破效果良好,剖面桩号为63.6km。
炮11位于沙雅东南(东经:82°52′28.4″,北纬:41°2′34.4″)的农田里,在该处进行了2吨炸药量的井中爆破,爆破效果良好,剖面桩号为-41.6km。
(三)观测点的布置
由于测线只能沿公路布设,为了避开车辆、油田及工矿企业等干扰,同时考虑到观测条件,观测点沿测线不均匀分布。 观测点号南小北大,编号一般为双号,加密点为单号,160台三分向地震仪投入观测,观测点距一般为2.0～3.5km。 天山山区和阿尔泰山区点距加大为4.0km左右,在研究区关键地段点距加密为2.0km。
测线通过的天山山区,观测点只能沿217国道布设,通过了3处雪山,大部分地段为无人区。
测线的独山子至布尔津段,大部分为戈壁和丘陵,在独山子、奎屯、128团、克拉玛依和布尔津等地人为干扰严重,特别是克拉玛依油田区长达百余千米,油井密布,交通发达,干扰背景极大。 观测点不得不向公路西北偏移到干扰较小的山前地段。
在测线北段的阿尔泰山区,观测点沿布尔津至喀纳斯湖的简易公路布置,雨后车辆行走困难。
(四)数据采集
根据本区气候特点,在1997年7月底至9月初完成了野外测深资料的采集工作。
(1)观测仪器
本工程共投入观测仪器160台,其中:
1)CHJ-1模拟地震仪和MDJ-A模拟地震仪各1台,配备CDJ-5型垂直检波器,用于炮场井口记时;
2)MDJ-A模拟地震仪49台,配备CDJ-68三分向检波器;
3)CHJ-1模拟地震仪49台,配备CDJ-68三分向检波器;
4)DAS-1轻便数字地震仪30台,配备CDJ-68三分向检波器;
5)PDR-1数字地震仪30台,配备L-4A垂直检波器和CDJ-4水平检波器。
(2)仪器台道一致性检查与标定
所有仪器均在1997年5月完成了检修,并在郑州进行了标定,仪器一致性的敲击试验在新疆昌吉完成。 通过台道一致性检查,达到了《人工地震测深工作规范》规定的技术要求如下:
1)记录波形清晰;
2)同类仪器各道波形相似,极性一致;
3)同类仪器各道相位差小于±20ms,相对振幅差小于±20%。
(3)地震波的观测
观测点的选择及检波器的安置是能否记录到优良记录的关键之一。 研究区部分地域低速盖层很薄或基岩出露,部分地区为戈壁滩,给观测点选择和检波器安置带来一定的困难。按原设计将测点基本沿路布置,为减弱风的影响各观测点选择在避风的地方,操作员采取了挖坑防风措施。 在基岩出露区,观测点选在地形低凹的完整而较平的基岩上,采取了防风雨等措施。
(4)地震信号激发
足够的激发能量是取得优良观测记录的保证,按原设计根据当地的实际情况进行钻井爆炸等工作。 钻井工作指挥部指定专职技术人员负责。研究区部分炮点位于山间盆地,打井难度较大,井场人员克服种种困难,圆满完成了打井任务。
高密集空间采样的地震采集技术
随着勘探开发不断深入，对地球物理资料质量的要求越来越高，主要体现在更高的纵横向分辨能力和保真度等方面。大量地震勘探实践证明，提高道密度能有效提高地震资料分辨能力，而高密度地震技术正是大幅度提高道密度，从而提高资料质量的技术之一（赵殿栋，2009；刘振武，2009）。
（一）高密度三维地震采集技术基础
对常规地震采样目标只注重信号、成像对象局限于地下地质构造、只有时间采样密度足够高而其他采样密度不够的问题，开展高空间采样理论研究，为高密度地震技术提供理论支持。
1.空间假频
地表地震波场是连续波场，地震数据采集是一个离散采样的过程，充分性反映离散地震波场所携带的连续地震波场的信息多少。如果离散波场能完全恢复连续波场，则称地震数据充分采样，否则，就是不充分采样。由采样定理知：横向连续信号一旦离散采样，①会产生不可恢复的波数范围，即该区域的信息将无法完全恢复；②该波数区域的信息被采样后，变为空间假频（Barry J，2000）。
根据采样理论，可计算出不产生空间假频的最高频率f'max：
成熟探区油气精细勘探理论与实践
式中，Δx为空间方向基本采样间隔，依据传统采样定理研究了空间假频问题，从同相轴的主频、地层倾角、视速度、道距等方面分析了产生假频因素；对直达波、绕射波和反射波的地震波场进行了系统研究，并量化了假频出现的位置（图4-20）。
图4-20 不同类型地震波假频出现的位置
面波：主频=5Hz，视速度=160m/s；反射波：主频=25Hz，视速度=2000m/s
通过研究，得到空间假频影响因素的一般规律：
（1）相同Δx和频率f时，大倾角同相轴更可能产生空间假频；
（2）相同Δx与同相轴倾角时，高频信号更容易产生空间假频；
（3）相同频率f与同相轴倾角时，大采样间隔会产生空间假频。
2.无假频采样
常规设计由于受设备限制并没有充分考虑对空间波场的保护，高空间采样要实现波场无污染采样，提高成像精度，必须考虑对规则噪声和有效波的无假频采样。对规则干扰波的无假频采样有利于处理时进行压制，对有效波的无假频采样有利于处理成像，在处理中降低空间假频的影响。
为实现规则干扰的无假频采样，通过对试验资料进行抽不同道距处理及F-K谱分析，分析规则干扰变化规律，为充分采集规则干扰提供最佳道距。如图4-21为不同道距的F-K谱分析，在道距大于30m后出现了明显假频。
图4-21 不同道距F-K谱分析
（二）罗家高密度三维地震采集实例
罗家地区为油田开发区，有诸多油矿设施。其地表广泛分布黄河三角洲冲积区一种常见的人工特殊地貌——台田，即挖土为沟排碱、筑土成台种田，台顶与沟底高差3～5m，地表、近地表结构变化复杂。该区地下古近系油气资源富集而复杂，油藏类型多样，主要有生物灰岩油藏、复杂断块油藏及复杂岩性油藏等。无论从地表条件、地质条件，还是勘探开发需求，该区都极具代表性。因此，选择罗家地区开展陆地高密度三维地震勘探数据采集试验。
1.干扰波调查
为了调查和研究该区干扰波特征，对试验区干扰波进行了详细调查。利用方形排列调查数据，对面波、抽油机、仪器车、浅层折射波等固定干扰进行了详细分析，力求获得有关这些干扰波的视速度、视频率、视波长和方向等特征参数(表4-6)；同时对短波长干扰波的空间假频和波场连续性进行了分析(图4-22)。干扰波的调查与分析为采集参数的选择和压噪方案的制订提供了科学依据。
2.采集方案
高密度三维观测系统要满足充分采样、对称采样和密集采样要求，要注意保护弱信号和保证空间采样的高精度。考虑高密度采集的特殊性，除常规观测系统设计原则外，还应考虑以下因素：
（1）噪声与信号特征的认识和分析。充分发挥高密度数据体信息充分的优势，高密度地震数据信噪比低、难以区分反射信号和各种噪声，因此观测系统设计要充分考虑去噪技术对数据的基本要求和特殊要求。
表4-6 几种固定干扰的特征参数
图4-22 不同接收点距的F-K谱
（2）防止空间假频。高密度采集是对地震波场进行充分采集，不仅包括对有效信息进行充分采集，同时对噪声信息也应进行完全采集，因此对观测系统的道距等参数设计须充分考虑避免面波等干扰波产生假频。
在综合考虑以上因素的基础上，设计出表4-7的观测系统参数。
表4-7 罗家高密度三维地震采集参数
采集因素具有以下主要特点：①超万道、高密度采集，满足密集采样、连续采样、波场连续和对称采样的要求；②单点全数字三分量采集，检波器类型：DSU3，宽频带(0～800Hz)，高灵敏度、幅频响应平直、大动态范围(0～120dB)确保记录到弱信号，24位A/D转换录制弱信号，多分量信息记录；③观测系统属性较好，炮检距分布适合主要目的层深度(800～2500m)的要求(图4-23)，方位角较宽，对称性较好，有利于地震数据处理。
3.资料效果分析
图4-24是该区以往(1990年采集)三维地震资料与本次高密度三维地震资料(三分量单检波器Z分量)单炮记录对比。由于高密度采集资料是单点数字检波器接收，老资料为组合模拟检波器接收，单炮记录的信噪比高于高密度单点接收数据，但高密度采集单炮资料比老单炮资料有明显的频率优势。在目的层1600～2200ms处，频带宽度由5～65Hz扩展到0～120Hz，主频得到有效提高，为后续地震数据处理提供了良好的原始资料。
图4-25是偏移剖面对比，新采集的高密度地震剖面横向分辨率大幅提高，一些小断层和断块得到了清晰刻画；纵向分辨率也有大幅改善，层间信息丰富、地层接触关系更清楚。
图4-23 观测系统炮检距与方位角分布图
图4-24 老资料单炮（左）与高密度采集数据单炮Z分量（右）对比
图4-25 老资料剖面（左）与高密度地震剖面（右）的对比
地震采集技术攻关及应用效果
东秦岭-大别造山带南侧江汉平原簰洲地区地表条件较复杂，水系发育，大小湖泊众多、鱼池密布、沟渠纵横，分布有长江和东荆河等河流（图3-30）。东荆河及长江将工区分割成多块，块与块之间无桥梁相通，仅靠两个汽车渡口通行，南北通行条件较差。工区内村庄集镇密布、人口众多。此外，长江、东荆河及其内堤等大堤禁炮区的分布范围广。
图3-30 2007年簰洲二维工区地表示意图
工区内地表激发岩性主要为黏土、流沙及淤泥，激发和接收条件差，能量衰减快，造成地震记录上的强面波干扰及低频谐振等。
该区自上而下分布有从T2-Z的反射层，各层地层产状相对平缓，其中TT2目的层高点埋深在1600m左右，TD目的层高点埋深在3400m左右，TS目的层高点埋深在3400m左右，
目的层高点埋深在7000m左右。
（一）施工难点与对策
（1）工区主要目的层埋藏深、深层地震信号能量弱、资料信噪比较低
有针对性的采取如下对策：
a.采用较大的排列长度接收（由以往的2950m增加到7180m)，提高覆盖次数(由以往的30次提高到90次），选择区内最好的激发岩性（黏土）激发，采用较多的检波器串组合接收，特别是增加检波器的串联个数（由以往的9串2并改为现在的18串2并），增强组合效应，提高检波器串的灵敏度。
b.结合工区的实际情况，针对性地做了大量的试验工作（66炮），在此基础上合理地选取了采集参数。施工中根据激发岩性和地震资料的变化加强生产中的试验。
c.采用黏土层井炮激发和因地制宜的可控震源施工参数，确保了激发能量和频率，保证了地震资料品质。采用标准化的施工现场，确保各工序的施工质量。
（2）工区内涉及的湖泊众多，鱼池密布、集镇等障碍物众多，测线穿鱼塘、湖泊长度为38.7km、484个炮点，炮点布设难，激发药量受到限制
采用的对策为：逐点踏勘，选取最佳激发点和激发药量。湖泊水域采用水上钻井、水下井炮激发、水下检波器接收。鱼池区不减药量，确保激发能量，累计全区16～24kg药量占生产井炮83%。
（3）大药量激发带来一系列工农问题，工区内分布有经济价值较高的精养鱼池、网箱，且大都是甲鱼、珍珠、蟹苗，工农赔偿费用高
采用的对策：增加赔偿额度，对炸死的鱼、虾、蟹苗采用市场价位3～10倍以上的高价进行回购。积极与地方政府联系，深入宣传石油勘探对国计民生的意义，以获取地方政府的支持。
（4）区内地表是由厚薄不均的淤泥、流沙、黏土组成，且埋深不稳定，导致资料横向差异大
采用的对策是：
a.通过精细的表层结构调查（微测井、岩性录井调查）尽可能选择黏土层激发。
b.采用动态井深岩性识别控制技术，尽可能选择区内最好的激发岩性（粘土）激发，钻井岩性统计显示全区73.3%的井炮可以保障在黏土层激发（图3-31）。
图3-31 全区激发岩性分布图
（5）设计的17条测线全部穿长江、东荆河、通顺河等，堤防禁炮区长度为93km，占炮线总长度的20%，加上长江水面宽度约2km（图3-32），造成浅层资料缺失
图3-32 长江禁炮区示意图
采用的对策：
a.采用SM26可控震源在禁炮区进行激发，最大限度压缩地震剖面缺口（一般可控制在0.9s以内）（图3-33）。
图3-33 采用震源（上）与不采用震源（下）剖面缺口对比
b.选择较重的可控震源施工参数（驱动幅度70%～75%，震动次数12次，扫描长度22s），确保可控震源的激发能量（图3-34）。
c.迎水面200～500m全部采用可控震源取代聚能弹施工，取得了较好的地震剖面（图3-35）。
d.灵活设计观测系统，对于工区地表障碍物密集的地段，一方面采用非纵观测方式，最大限度的避开障碍物（图3-36）；另一方面采用灵活变观施工，以满足覆盖次数的需要（图3-37）。
图3-34 SM26可控震源激发原始单炮（左）和30～60Hz分频扫描显示（右）
图3-35 聚能弹激发（左）和SM26可控震源激发（右）剖面对比
图3-36 PZ-06-203.25线东荆河大堤段非纵观测示意图
图3-37 测线过长江段变观观测系统
（6）可控震源施工效率低，每小时只能震5个点，同时可控震源施工碾压农作物面积大，工农纠纷严重，将严重制约施工进度
采用对策如下：合理安排可控震源的施工顺序，采用震源大搬迁来赢得施工时间，从时间上要效率；提前与地方政府联系，取得他们的支持和帮助，赢取宝贵的施工时间。
（7）水域面积大，水上作业效率低，安全系数小
采取的对策是：针对水域作业，制定水上作业流程，组建水上作业专班（图3-38），明确职责，责任到人，水上作业时队领导和HSE监督员在现场负责水上作业的指挥、检查、监督以及应急处理。
（8）大面积湖沼区，如五湖沼泽地带、沉湖湿地自然保护区，严重制约施工进度。
采用的对策是：采用水检埋置，提前摆放排列，保障不由于排列耽误施工进度；采用船拖设备代替肩挑进行搬迁，减小劳动强度。
（9）簰洲湾民垸堤是国家重点防洪堤段
采用的对策是：聘请专业人员对簰洲湾内所有炮井进行回填；实测所有的炮点到大堤的距离，利用AutoCAD作图软件，绘制出炮点与大堤禁炮区的相对位置，确保设计井炮在禁炮区之外。
图3-38 水上作业专班施工现场（左图为钻井专班、右图为放线专班）
（二）科学确定施工参数
根据地质任务、技术及基本采集参数要求，结合工区以往勘探经验、复杂水网地表条件、地震地质条件，采用如下施工参数系统：
（1）接收参数
检波器型号：SN4-10；检波器组合：18串2并；组合形式：矩形面积组内距：Δx=2m,Δy=4m组合基距：12m×12m；组合基距：12m×12m；组内距：2m×4m；组内高程差：≤1m。
（2）地震仪器参数
仪器型号：408UL数字地震仪；录制频率：0～200Hz；前放增益：12dB；记录格式：SEG-D；记录长度：8s；采样率：1ms。
（3）井炮激发参数
激发方式：2～4井；井深：根据钻井岩性选取黏土埋深一般为8m/12m；药量：16～24kg；药型：中密。
（4）可控震源参数
震源型号：SM26；组合台数：3台；驱动幅度：≥70%；组合基距：10m；震动次数：8～12次；扫描长度：22s；扫描频率：8～72 Hz；扫描方式：线性升频。
（5）观测系统
观测系统：360道中间对称放炮，排列7180-20-40-20-7180；覆盖次数：90次；炮点距：80m。
此外，在观测系统设计过程中，合理设计变观，确保覆盖次数，避免主要目的层出现反射盲区，测线穿越长江炮检点无法正常布设时，施工中采用延长排列，增加道数进行不对称接收，以弥补深层的覆盖次数；此外，针对东荆河大堤禁炮区的限制，无法进行炮点布设，施工中采用了非纵观测系统进行接收，即有效避开了东荆河大堤禁炮区的影响，又为炮点的选取提供了充足的空间，从而保障了接收质量，非纵观测系统如图3-39所示：
图3-39 排列线接收方式7180-20-40-20-7180
（三）攻关效果及建议
1.地震采集攻关效果
簰洲地区地震攻关采集完成生产测线17条（图3-40），生产7367炮，炮线长517.08km，满覆盖剖面长度为424.62km，资料长度为611.48km（其中井炮6190炮、震源点1177个），此外，完成高密度采集试验线12.72km（满60次覆盖），计233炮（震源53炮，井炮180炮）。获生产记录7367张，井炮记录按照三级评价，震源记录按照二级评价：井炮6190炮，其中一级记录3887张，一级品率62.79%，二级记录2302张，合格率99.99%；震源1177炮，其中合格1174张，震源合格率99.75%；全区合格率99.96%。满覆盖段覆盖次数大于76次，全区总空炮率0；低测资料合格率100%；测量成果合格率100%；现场处理剖面合格率100%。各项质量指标均达到合同及设计要求。
对原始记录和初叠剖面进行了分析，原始记录总的表现为能量强、具有较高的信噪比，反射层次比较丰富，初叠剖面基本能够反映本区复杂的地质构造特征，能够较好的完成地质任务。所获得的地震剖面具有以下几个特点：
主要目的层组地震反射波组特征清楚，动力学特征明显；断点清楚，簰南断层、地层南北倾清楚；与以往资料相比，信噪比、分辨率有较大提高（图3-41）。
图3-40 2007年度簰洲地区二维地震攻关测线位置图
图3-41 新测线（下）与老测线（上）对比
通过簰深1井钻探钻遇地层层序正常，与地质预测基本吻合，表明通过地震攻关能为勘探提供高品质地震，为下一步钻探目标的确定指明了方向。
2.地震采集建议
在存在大片禁炮区的平原水网地区，对地震资料的野外采集是一项严峻的挑战，对于比较宽的过江段，应优化观测系统设计方案，尽量采用大排列，高覆盖次数施工；同时，应尽可能的精选激发点并选择合适激发能量，压制干扰，提高资料信噪比。
采集参数论证
(1)观测方向
在观测系统中，沿测线方向的确定主要考虑以下几个方面:
1)垂直构造带走向。有利于获得更加可靠的构造成像;
2)垂直断层及断裂带的走向。有利于获得清晰的断点、断面成像;
3)相邻三维的无缝衔接。有利于连片处理和解释，且有利于不同构造之间和断裂研究。
(2)勘探指标分析
由Δt≤T/4可推出:fmax=1.43fdom=0.358vP/Rv。其中，fmax为最高频率，fdom为主频，vP为纵波速度，Rv为纵向分辨率。
首先，在设定的纵向分辨力指标条件下，计算主要目的层要求达到的主频和要保护的最高频率值。
其次，根据目的层的纵横波速度比(vP/vS)，计算转换横波要求达到的主频和要保护的最高频率值。
通常，该类参数主要针对P波的分析来确定，S波的分析作参考。
(3)面元边长
纵波面元大小的确定至少考虑以下几个方面:
1)横向分辨率。
根据经验法则，每个优势频率的波长至少保证取2个采样点，这样才能得到良好横向分辨率。面元边长经验公式为:
三维三分量地震勘探
式中:Bpp为纵波面元尺寸;fdom为目的层的优势频率;vn为目的层的上一层层速度。
2)最高无混叠频率。
保证最高无混叠经验公式为:
三维三分量地震勘探
其中:vrms为均方根速度;fmax为最高无混叠频率;θ为目的层地层倾角。如果地层倾角较小，理论上允许的面元可以取得很大。
3)F-K谱空间假频。
利用面元边长反算的道间距，不能使有效波出现空间假频，同时也必须保证在采用二维滤波压制主要线性干扰时不出现空间假频，在叠前时间偏移时，有较好压制偏移噪声的能力。
对于叠后去噪和偏移，所选择的面元边长，也必须满足不产生空间假频和抑制叠后偏移噪声的要求。
图3.2.1是对不同道距的理论记录进行F-K谱分析结果。从图中可以看出，50m以上P波有效波的空间假频开始变得严重，60m以上PS波的空间假频开始出现。
图3.2.1 不同道间距(40、50、60、70、80m)接收P波(上)、PS波(下)空间假频
大部分探区在50m道间距时，除面波、初至波存在空间假频外，有效波不存在空间假频，道间距应在不大于50m范围内选择。
4)实际资料分析。
面元大小一方面直接影响资料的品质，另一方面对于勘探成本、勘探效益均有重要影响，为准确确定适合本次采集的面元大小，从剖面上量取时间倾角进一步验证，优化面元大小的选择。按以下公式计算:
三维三分量地震勘探
三维三分量地震勘探
其中:Δx为CMP间距;nΔx1为测量时间倾角CMP距离，即道数乘以CMP间距;Δt1为测得的时差;fmax为最高频率。
以四川盆地合兴场—高庙子地区为例，在叠加剖面上量取时间倾角，计算如下:
nΔx1=19×25=475m，Δt1=70ms
设最高无混叠频率fmax为
120Hz时(针对浅层)，则CMP间距≤28m;
75Hz时(针对深层):则CMP间距≤57m。
以上计算结果表明:由于地层倾角较小，上述条件允许的面元可以取得较大。但当3D3C勘探是针对深层目标的勘探时，需要尽可能高的纵向分辨率，以便能够准确描述小断层及破裂、裂缝发育带的分布。因此，面元尺寸选择需要进行更加针对性的设计，主要考虑两方面因素:
1)目标尺寸。复杂区域的地质勘探最小调查目标上需要至少应有10个以上CMP点，即200～300m。而对断层、断裂带、与断层相关的裂缝发育带及沉积微相边界识别的横向分辨率一般要求不大于50m。加之需要利用相干体、曲率体等技术预测裂缝发育带，从目标尺寸考虑，面元选择为20～30m较为适宜。
2)CCP面元尺寸。CCP面元大小与速度比有关系，比CMP面元要大，要使CCP面元较小需要更小的空间采样。
CCP面元尺寸为
三维三分量地震勘探
式中:BPS为转换波面元的大小;Δx为三维道间距;Δy为三维炮点距;vS/vP为横纵波速度比。
从式(3.2.1)和(3.2.5)可以看出，纵波和转换波具有不同的面元尺寸，且CCP面元大小与速度有关，比CMP面元要大。设纵横波速度比为2，当纵波面元设计大小为25m×25m时，那么转换波的面元大小应该为100/3×100/3=33.3m×33.3m。此时道间距为50m，炮点距也为50m。因此，面元尺寸不宜选择过大，否则CCP面元的空间采样较大而不利于转换波的处理。
利用3D3C资料来研究地层的各向异性，需要进行全方位数据采集，且各方位的特性要均匀，从经济和技术方面权衡考虑，取正方形的面元较合适。考虑到纵横波联合处理及解释的需要，一般选择一致的纵波和转换波面元尺寸。
当然对于勘探精度而言，只要勘探成本允许，道间距越小越有利于小构造和小断裂的成像，地震响应异常的可靠性也会提高，这也是为何高密度三维(HD3D或Q-Land)在纵波勘探中得到积极推广的原因。
(4)最大炮检距
1)最大炮检距的限制与要求。
①目标勘探深度要求。xmax应近似等于主要目标深度，即xmax≈目标深度。
②速度分析精度要求。通过
三维三分量地震勘探
确定。其中:X为排列长度;P为速度分析精度;vr为均方根速度;Fp为有效波反射主频;t0为目的层双程反射时间。
通常速度分析精度取值在1%～3%之间，根据速度分析精度要求可计算各主要目的层必须的排列长度。
在工区有实际地震资料的情况下，也可以通过分析一系列炮检距的速度谱来大致确定要保证速度分析精度所必须的最大炮检距。
③纵波动校正拉伸畸变限制。动校正拉伸畸变会严重影响反射信号频率，动校正拉伸与排列长度的关系为
三维三分量地震勘探
其中:D为动校正拉伸百分比;t0为目的层双程旅行时;vr为均方根速度。
动校拉伸系数一般在10%～12.5%范围内选取，对于高分辨勘探而言，要求的动校拉伸系数还可以更小。动校拉伸分析主要确定各主要目的层允许的最大炮检距。
在有实际地震资料的地区，也可以通过动校正后的宏道集来确定最大炮检距的最佳范围。
④转换波动校拉伸和速度分析精度要求。在炮检距x处，转换波动校公式为
三维三分量地震勘探
其中:R=vS/vP;tps0为转换波的垂直旅行时;x为炮检距;xp为转换点到炮点的距离。这里的动校拉伸可定义为
三维三分量地震勘探
可以求取最大炮检距。
当动校正速度的误差为Δv时，动校正时差为
三维三分量地震勘探
如果设速度对动校正量的鉴别精度为Dt(一般为有效周期的1/4)，要求速度分析精度dv/v≤kv(kv为速度精度，一般取3%)，可以得到
三维三分量地震勘探
用这个精确的动校公式可以求取需要的最大炮检距。
⑤AVO分析及叠前纵横波联合反演要求。如果要对目的层进行AVO分析、叠前纵横波联合反演和弹性阻抗反演，入射角一般要求达到40°。可以在模拟记录上，进行入射角道集分选来分析主要目的层能够达到的最大入射角。
2)最大炮检距优选分析。
①反射系数及转换系数与炮检距关系分析
根据地球物理参数模型，利用Zoeppritz方程计算P波和PS波反射系数随入射角和偏移距的变化(图3.2.2)。据此确定最佳的P波和PS波勘探的炮检距观测窗。
②波动方程正演模拟分析
利用测井资料制作与实际情况吻合较好的地球物理模型，利用波动方程正演方法对纵波和转换波进行模拟，分析确定最佳的最大炮检距。
图3.2.2 P波和PS波反射系数随炮检距(左)和入射角(右)变化
③实际转换波资料分析
单边放炮观测系统转换波叠加剖面分析:从单边观测系统不同偏移距分布所对应的转换波叠加剖面来分析叠加效果差的炮检距范围和叠加质量好的炮检距范围，以此确定转换波的最佳观测炮检距窗口。
转换波动校正及切除道集分析:在实际转换波动校正道集上确定最佳切除参数，并以此确定不同目的层的最佳炮检距范围。
不同炮检距转换波叠加剖面分析:针对目的层的不同偏移距转换波叠加剖面对比分析可以直观显示不同炮检距对转换波的贡献，以此确定合适的炮检距范围。
最大炮检距的综合选择除必须满足纵波勘探4个方面(目的层埋深、速度分析精度、动校拉伸畸变、AVO分析)的要求外，还需按纵波和三维三分量地震勘探效能的一定原则确定三维三分量地震勘探的炮检距范围。三维三分量地震勘探的最大炮检距应充分考虑转换横波的接收窗［97］，最好的方式是通过正演模拟分析确定最佳的最大炮检距。通常情况下，转换波的接收窗在中－大炮检距范围内，而纵波的接收窗口在中－小炮检距范围内，但在入射角相同的情况下，转换波要求的炮检距较纵波要小，所以在大入射角(＜35°)勘探的观测系统中，最大炮检距应以纵波满足的原则来确定。而在小入射角(＞25°)勘探时应以满足三维三分量地震勘探的原则确定最大炮检距，此时通常要求遵循双85%的准则，即纵波占0～85%的炮检距范围，而转换波占15%～100%的炮检距范围。
(5)最小炮检距
最小炮检距xmin有两个概念:一个是最小炮检距xmin，另一个是最大的最小炮检距xmm。
1)最小炮检距xmin。
由于转换波在近炮检距的反射波能量较弱，并考虑到近道震源爆破干扰和面波的影响，一般认为最小炮检距应该加大。但考虑要利用初至波信息，采用层析成像反演技术获取近地表速度模型。最小炮检距xmin的选择应越小越好。通常选用0.5个道间距(25m)。
2)最大的最小炮检距xmin。
希望获得较浅层位的转换波信息，最大的最小炮检距还应满足转换波最浅成像层位的要求，过大的xmin会造成入射角超过转换波临界角，而无法获得浅层的转换波成像。因此最大的最小炮检距应以满足浅层转换波成像要求为原则进行选择。同时要使浅层反射波有好的成像，也应有适当采样和一定的覆盖次数。根据经验法则，xmm应在1.0zsh至1.2zsh(zsh为最浅反射层深度)之间。
(6)接收线距
对于纵波，通常根据菲涅尔半径公式
三维三分量地震勘探
来确定纵波勘探的接收线距，接收线距一般不大于垂直入射时的菲涅尔带半径。式中:Rpp为纵波菲涅尔半径;t0为垂直入射时间。
按式(3.2.12)计算各重要目的层的菲涅尔带半径，以不大于最浅目的层菲涅尔带半径为原则确定P波接收线距的取值范围。
对于三维三分量地震勘探而言，线距对CCP覆盖次数均匀性的影响十分明显，还需通过分析CCP的覆盖次数来确定最佳的三维三分量地震勘探接收线距。图3.2.3为观测系统参数(道距、炮点距、接收线距等)全部一致，目的层深度5000m，vP/vS=1.8时，200、300、400、600m线距的CCP覆盖次数对比图。可以看出接收线距越大，CCP覆盖次数差异越大，有的CCP线甚至会出现极低覆盖次数的情况，对转换波各向异性研究极为不利。因此选择小的接收线距有利于CCP覆盖次数的分布，线距越小，CCP覆盖次数的差异越小，分布更均匀。
图3.2.3 不同接收线距CCP覆盖次数对比
(7)束间滚动距
常规纵波勘探一般选择滚动半个排列片，或滚动较多的检波线，以获取较高的生产效率，较低采集成本。当然这种做法是以牺牲纵波的最小炮检距、炮检距分布均匀性为代价的。对于三维三分量(3D3C)地震勘探来说，滚动距的大小对于CCP覆盖次数、炮检距分布、方位特性等的影响很大。图3.2.4为8线观测系统，分别进行束进滚动1、2、4线，在目的层深度5000m，vP/vS=1.8时的CCP覆盖次数和炮检距分布对比图。从CCP覆盖次数和炮检距分布图可以看出减小滚动距有利于CCP覆盖的纵、横向分布，并使炮检距分布得到改善。为保证PS波有好的方位特性，最小炮检距和最大炮检距分布均匀，滚动距最好不大于2个线距。
图3.2.4 不同滚动距CCP覆盖次数和炮检距分布图(从上往下为1、2、4线滚动)
(8)线束宽窄方位角
对于常规3D纵波勘探而言，观测系统方位角的宽窄选择往往与地质任务的要求、地震地质条件、地理条件和各向异性的严重程度有关。一般情况下，对于复杂山区，地震地质条件较差，表层各向异性严重的地区，采用宽方位观测系统很难得到好的勘探效果。对于三维三分量(3D3C)地震勘探，由于其勘探的目的是研究地下目的层的各向异性特征，其地质任务需求和苛刻的方法技术要求必然导致三维三分量(3D3C)地震勘探的观测系统一定是宽方位或全方位的观测系统。而且，各个方位角扇区内的覆盖次数、炮检距分布等要求有很好的一致性，即方位特征的一致性。最为理想的观测系统是圆形放炮观测系统，即全方位观测系统。
选择宽方位角必然加大最大非纵距，对于纵波3D勘探而言有最大非纵距的限定，主要是为保证3D资料同一面元内不同非纵距和方位角的有效反射在整个道集内能同相叠加。通常的最大非纵距需满足:
三维三分量地震勘探
式中:ymax为最大非纵距;va为平均速度;t0为目的层双程反射时间;θ为目的层倾角。
对于三维三分量(3D3C)地震勘探而言。由于目的层上纵波和转换波在不同方位扇区的PSTM走时和振幅变化，窄方位角的观测系统难以满足P波方位各向异性裂缝检测和转换波分裂裂缝检测的要求。图3.2.5为P波和转换波方位各向异性分析的模拟纪录。完整的方位特性，可以在0°～360°范围内形成较好的方位扇区P波、PS波R和t分量的PSTM叠加道，据此对裂缝进行可靠的检测。
图3.2.5 全方位观测系统P波(左)、PS波R分量(中)和T分量(右)方位道集
图3.2.6为窄方位和相对较宽方位角的对比分析图。可见窄方位观测系统的CCP覆盖次数均匀性明显比较宽方位角的观测系统差。宽方位角或全方位观测系统有利于提供连续的均匀的CCP覆盖次数。
相对于窄方位，宽方位三维三分量(3D3C)地震资料采集具有以下优点:
1)宽方位采集在横向(crossline)方向的不同覆盖次数过渡带比窄方位角小，因此宽方位比窄方位角更容易跨越地表障碍物和地下阴影带;
2)在方向各向异性介质条件下，宽方位角勘探振幅随炮检距和方位角的变化(AVOA)，更具有识别方向裂隙的能力;
3)宽方位角比窄方位角的成像分辨率更高;
图3.2.6 宽窄方位角CCP覆盖次数对比
4)由于宽、窄方位角在炮点和检波点的空间采样特性不同，宽方位角成像的空间连续性优于窄方位角;
5)宽方位角在衰减相干噪声、衰减多次波方面强于窄方位角;
6)宽方位有更好的CCP覆盖次数分布和均匀的面元方位特性，有利于利用横波分裂技术检测裂缝。
(9)观测系统类型
近年的研究成果表明，观测系统的类型的选择对三维三分量(3D3C)地震勘探效果影响也比较大。
前人已经对正交式观测系统、砖墙式观测系统及斜交式观测系统进行了研究［42，78，79］，认为斜交式观测系统最有利于CCP覆盖次数的分布。
图3.2.7为砖墙式和斜交砖墙式观测系统类型对比图。在覆盖次数、道间距、炮检距、线距、滚动距等主要参数一致的情况下，根据目的层参数，选vP/vS=1.8，深度5000m，计算CCP覆盖次数、炮检距和方位角分布。斜交砖墙式观测系统在P波66次覆盖的条件下，CCP覆盖次数最高为125次，最低9次，低覆盖次数的CCP线较少(仅有1条);而砖墙式(新场3D3C采用)观测系统CCP最高覆盖次数达到161次，最低9次，且低覆盖次数的CCP线明显增加(达到4条)。在CCP面元炮检距分布和方位角分布特征上看，斜交砖墙式观测系统也好于砖墙式。
根据以上分析结合前人研究成果，斜交或斜交砖墙式观测系统在CCP覆盖次数、炮检距分布、方位角分布及最小炮检距分布等方面比其他类型观测系统更加优越。
斜交砖墙式观测系统边界覆盖次数为锯齿状分布，在满覆盖面积计算、资料处理和解释时要注意其影响。
值得注意的是当希望采用十字正交排列三维锥形滤波压制强面波干扰时，只能选择正交排列观测系统［78］［83－84］。
(10)覆盖次数
三维三分量(3D3C)采集覆盖次数选择主要遵从以下原则:
1)充分压制干扰，提高深层有效反射波能量和转换波能量，改善3D3C资料信噪比;
2)满足P波方位各向异性研究和PS波横波分裂研究的需要;
3)满足沿测线方向速度分析精度和垂直测线方向静校正耦合精度要求;
通常情况下，开展三维三分量(3D3C)地震勘探除了完成常规P波勘探应完成的地质任务外，最重要的目的就是裂缝检测和含气性识别。从裂缝检测的角度上讲，目前国内外较为先进的做法是，将CDP和CCP面元分为若干个均等的扇区(如36、18、12、9个扇区)，分别按各向同性处理方法处理成多个方位PSTM数据体，并依据这些方位数据体进行裂缝预测和纵横波精细成像。
图3.2.7 不同观测系统类型对比
要使裂缝预测的方位精度较高，一般会采用18个方位或12个方位的分扇区作PSTM处理，以此开展较高精度的裂缝检测。根据目前转换波信噪比及PSTM对叠加次数的最低要求，至少每个方位应保证不低于10次覆盖，按此计算，总覆盖次数分别需要180或120次。
(11)激发参数
由于转换波能量较弱，三维三分量(3D3C)地震勘探时激发井深应比常规三维地震勘探深。激发药量应比常规三维勘探大。最佳的井深药量应通过详细的生产前试验获得。
(12)接收参数
采用MEMS技术的数字三分量传感器(检波器)，单点接收。其振幅和频率特性见图3.2.8，振幅和相位的频率响应具有良好的线性特征。
图3.2.8 MEMS数字检波器振幅响应(左)和相位响应(右)图
(13)仪器记录参数
因转换波速度小于纵波，故其旅行时间大于纵波，记录长度应根据转换波决定。转换波的旅行时间用公式
三维三分量地震勘探
计算，其中，x是炮检距，xc是转换点的横坐标，需从 方程求出。记录长度选择要满足能够记录到最深目的层的反射信息，同时满足偏移的需要，增加记录时间将使得基底绕射路径更长，用以改善成像的效果。根据规则，30°作为一个适当的偏移孔径可以获得更长的绕射双曲线。因此，考虑基底绕射归位时记录长度t绕射=tbottom/cos(30°)，考虑基底动校正时差和静校正时差时，记录长度应为:
t=t绕射+t动校正(最大约为1000ms)+t静校正(最大不超过500ms)通过分析，对于目的层埋深达到5000m的地区，记录长度应不小于7s。
地震资料处理的流程是什么？
在地震资料数字处理工作中，经常要用到“处理流程”这个词。什么叫处理流程呢？处理流程就像汽车制造厂生产汽车一样需要有一套生产程序，并在生产程序中规定了详细的工作内容和质量标准，把复杂的生产工作规范成科学的有条不紊的一环扣一环的生产过程。地震资料数字处理工作也是一种生产过程，而且是一个非常复杂的、运用到多门学科知识的生产过程。为了保证处理工作秩序和质量，根据野外采集工作特点和地质任务的要求，制订了相应的生产程序，专业上把这个生产程序叫做处理流程。为了控制每一步的处理质量，还在处理流程中的一些关键工序上强行设置了质量检查点，即上一道工序经检验合格后，才能进入下道工序，这样就能有效地保证每一步的生产质量。
地震资料处理流程不是一成不变的。为适应野外采集特点，制订有二维地震资料处理流程、三维地震资料处理流程；根据地质任务的不同，制订有常规处理流程、特殊处理流程。在处理流程中，可考虑工区的地形条件、干扰波的特点，采用针对性更强的处理方法和处理手段。另外，随着处理技术的发展，为了不断地提高处理质量，为解释工作提供更多、更准确的信息，在处理流程中也要不断地补充新的处理技术、新的处理方法。由此可见，地震资料数字处理工作是一项复杂的工作。
