二維波動方程和三維照明分析技術(shù)在潛山觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張建微

(長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 荊州 434023 東方地球物理勘探有限責(zé)任公司遼河物探分公司，遼寧 盤錦 124010)

王海波

(東方地球物理勘探有限責(zé)任公司遼河物探分公司，遼寧 盤錦 124010)

劉大鳴，吳繼紅

(長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 荊州 434023 東方地球物理勘探有限責(zé)任公司遼河物探分公司，遼寧 盤錦 124010)

二維波動方程和三維照明分析技術(shù)在潛山觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張建微

(長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 荊州 434023 東方地球物理勘探有限責(zé)任公司遼河物探分公司，遼寧 盤錦 124010)

王海波

(東方地球物理勘探有限責(zé)任公司遼河物探分公司，遼寧 盤錦 124010)

劉大鳴，吳繼紅

(長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 荊州 434023 東方地球物理勘探有限責(zé)任公司遼河物探分公司，遼寧 盤錦 124010)

介紹了遼河坳陷潛山勘探特點(diǎn)，建立了大洼潛山的三維地質(zhì)模型，在此基礎(chǔ)上聯(lián)合運(yùn)用二維波動方程和三維射線追蹤照明分析技術(shù)論證了排列長度、接收線數(shù)等采集參數(shù)，對新采集的潛山資料進(jìn)行了退化性處理，比較了新老資料的采集效果，新采集剖面潛山內(nèi)幕波組特征明顯、信息豐富，明顯好于老資料。結(jié)果表明，照明分析技術(shù)對潛山觀測系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)作用。

二維波動方程；三維射線追蹤照明分析技術(shù)；觀測系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；退化性處理；潛山

遼河坳陷潛山埋藏深度大，深層復(fù)雜的構(gòu)造條件使得所采集的地震資料具有主頻較低、頻帶窄、分辨率低等特點(diǎn)。在潛山發(fā)育地區(qū)，斷裂發(fā)育、地層間接觸關(guān)系復(fù)雜、目的層埋深差異大，沙河街組以下資料反射零亂、波場復(fù)雜；潛山頂面復(fù)雜界面所誘發(fā)的散射現(xiàn)象以及潛山內(nèi)幕復(fù)雜的巖性(如太古界的混合花崗巖、中上元古界的石英巖和碳酸鹽巖)等，使?jié)撋絻?nèi)幕地震成像難，地震資料品質(zhì)差；而該區(qū)勘探需要在保證信噪比的前提下具有較高的縱橫向分辨率，并充分利用各種波場(反射、繞射)實(shí)現(xiàn)后期處理過程中各種能量的歸位。上述問題已經(jīng)成為約束潛山油氣勘探的“瓶頸”，如何設(shè)計(jì)出合理的觀測系統(tǒng)已成為遼河坳陷下步潛山勘探的重點(diǎn)。下面，筆者建立大洼潛山的三維地質(zhì)模型，并聯(lián)合運(yùn)用二維波動方程和三維射線追蹤照明分析技術(shù)[1-3]論證排列長度、接收線數(shù)等采集參數(shù)。

1 方法原理

根據(jù)波場能量關(guān)系，可把一個點(diǎn)源在二維模型空間點(diǎn)(xT,z)處的照明度定義為：

I(rS;xT,z,θ,ω)=u(rS;xT,z,θ,ω)·u*(rS;xT,z,θ,ω)

(1)

式中，I表示照明度；rS表示接收點(diǎn)；xT表示地下某一點(diǎn)的橫坐標(biāo)；z表示地下某一點(diǎn)的深度；θ表示入射波得角度；ω為二維窗；u*表示波場共軛。

對于多個點(diǎn)源在模型空間點(diǎn)(xT,z)處的照明度應(yīng)為每個點(diǎn)源照明度的總和，即總照明度可表示為：

(2)

通過地表震源照明分析可以清楚地識別地震波在地下介質(zhì)傳播過程中的能量分布特征,模擬出單炮/多炮震源的照明范圍，從而確定有效接收范圍，并為設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理的觀測系統(tǒng)提供依據(jù)。

根據(jù)震源與檢波器之間的互易原理，震源與檢波器排列之間的雙向照明度可定義為：

(3)

(4)

源檢雙向照明度與界面反射系數(shù)、覆蓋層速度結(jié)構(gòu)、炮點(diǎn)分布、檢波器分布及炮檢關(guān)系等因素有關(guān)。利用源檢雙向照明度分析可以測試偏移的孔徑效應(yīng)、炮檢關(guān)系，分析結(jié)果也為優(yōu)化觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

2 模型建立

筆者建立了研究區(qū)的二維地質(zhì)模型和三維地質(zhì)模型，見圖1。二維模型的西邊為遼河西部凹陷，東邊為遼河?xùn)|部凹陷，中間為中央凸起。中央凸起與西部凹陷和東部凹陷成斷裂接觸關(guān)系。三維模型包含6層。第1層為水平地表；第2層為館陶組(Ng)，館陶組為遼河坳陷的標(biāo)志層，埋深比較穩(wěn)定；第3層為東營組(Ed)；第4層為沙河街組一段(Es1)；第5層為沙河街組三段(Es3)；第6層為潛山內(nèi)幕地層太古界(Ar，Ar為根據(jù)井資料中Ar地層的埋深和剖面中地層的走向推測的潛山內(nèi)幕地層)。

圖1 中央潛山帶地質(zhì)模型圖

3 參數(shù)論證

圖2 不同最大炮檢距情況下總照明度對比

采用道距50m、炮排距200m、中間放炮的方式，分別對最大炮檢距為3975、4475、4975、5475m的情況進(jìn)行了基于二維波動方程的多炮照明分析，其總照明度效果分別如圖2所示。通過對比分析發(fā)現(xiàn)，最大炮檢距為3975m 的潛山內(nèi)幕地層的照明強(qiáng)度較低；最大炮檢距為4475m的潛山內(nèi)幕地層照明明顯提高；最大炮檢距為4975m和5475m 2種情況潛山內(nèi)幕地層總照明強(qiáng)度值相差不大，且比最大炮檢距為4475m的照明度改善不大，因此最大炮檢距應(yīng)選擇在4475～4975m之間。

圖3 不同縱向最大炮檢距時Ar地層的照明度

圖4 不同接收線數(shù)時Ar地層的照明度

圖3為不同縱向最大炮檢距時Ar地層的照明度。采用縱向最大炮檢距2975m的觀測系統(tǒng)時，Ar地層的照明度較低；采用縱向最大炮檢距3975m的觀測系統(tǒng)時，Ar地層的照明度比采用縱向最大炮檢距2975m的觀測系統(tǒng)時照明度要強(qiáng)很多；采用縱向最大炮檢距4975m的觀測系統(tǒng)時，Ar地層的照明度比采用縱向最大炮檢距3975m的觀測系統(tǒng)時照明度要稍強(qiáng)；采用縱向最大炮檢距5975m的觀測系統(tǒng)時，Ar地層的照明度和采用縱向最大炮檢距4975m的觀測系統(tǒng)時照明度相當(dāng)。因此采用4975m左右的排列長度比較合適。增加縱向最大炮檢距有利于提高潛山內(nèi)幕地層的照明度。

圖4為不同接收線數(shù)時Ar地層的照明度。采用16L4S200R的觀測系統(tǒng)時，Ar地層的照明度較低；采用20L4S200R的觀測系統(tǒng)時，Ar地層的照明度比采用16L4S200R的觀測系統(tǒng)時照明度要強(qiáng)很多；采用24L4S200R的觀測系統(tǒng)時，Ar地層的照明度比采用20L4S200R的觀測系統(tǒng)時照明度要強(qiáng)很多；采用28L4S200R的觀測系統(tǒng)時，Ar地層的照明度與采用24L4S200R的觀測系統(tǒng)時照明度相當(dāng)。因此，接收線數(shù)應(yīng)采用24L左右比較合適。

3 采集效果分析

通過上述三維射線追蹤照明分析論證，再結(jié)合二維波動方程正演照明等分析論證，最終采用24L4S200R(道距50m，炮點(diǎn)距50m，接收線距和炮線距均為200m)的觀測系統(tǒng)，新觀測系統(tǒng)的縱橫比由以往的0.2～0.3優(yōu)化到0.5。

選取了中央潛山帶趙家三維新采集的14束地震資料做退化性疊前時間偏移測試處理。退化處理成了不同接收線數(shù)的疊前時間偏移剖面(見圖5)，隨著接收線數(shù)的增多(從12L增加到24L)，潛山內(nèi)幕信息信噪比提高，同相軸的連續(xù)性增強(qiáng)，因此新采集的資料采用24L是合理的。

通過比較最終處理的中央潛山帶趙家三維資料和以往中央潛山帶趙家三維資料疊前時間偏移剖面的對比如圖6所示。新采集剖面潛山內(nèi)幕波組特征明顯、信息豐富，明顯好于老資料。因此，采用較寬的方位能獲取更好的潛山內(nèi)幕成像。

圖5 不同接收線數(shù)的觀測系統(tǒng)疊前時間偏移測試處理

圖6 中央潛山帶趙家三維新(右)、老(左)剖面的對比

4 結(jié) 論

1)對于潛山油藏勘探，由于受其埋深大、地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜和斷層發(fā)育等地質(zhì)條件的制約，在地震采集設(shè)計(jì)時，應(yīng)以目標(biāo)設(shè)計(jì)為指導(dǎo)原則。

2)二維波動方程和三維射線追蹤照明技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用可以優(yōu)化觀測系統(tǒng)參數(shù)，因此，在潛山采集參數(shù)論證和觀測系統(tǒng)優(yōu)化中應(yīng)廣泛應(yīng)用該技術(shù)。

[1]李萬萬.基于波動方程正演的地震觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].石油地球物理勘探,2008,43(2)：134-141.

[2] Xie Xiao-Bi，Jin Sheng-wen，Wu Ru-Shan. Three-dimensional illumination analysis using wave equation based propagator[A].Expanded Abstracts of 73rd SEG[C].Tulsa: Society of Exploration Geophysicists, 2003：989-992.

[3] Wu R S，Chen L.Mapping directional illumination and acquisition-aperture efficacy by beamlet propaga-tors[A].Expanded Abstracts of 72nd SEG Mtg[C]. Tulsa: Society of Exploration Geophysicists, 2002：1352-1355.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409.2011.05.012

P631.44

A

1673-1409(2011)05-0036-04