寬線地震勘探觀測系統(tǒng)參數(shù)對信噪比的影響作用分析探討

呂公河

（中國石油化工股份有限公司石油物探技術研究院，江蘇南京211103）

寬線地震勘探作為介于二維和三維地震勘探之間的一種技術方法，在復雜山前帶和外圍小盆地等低信噪比地區(qū)的前期勘探中發(fā)揮了較大的作用。由于處于勘探前期，對這些地區(qū)還不足以開展三維地震勘探工作；由于資料信噪比較低，二維地震勘探又無法滿足勘探的基本需求。于是，寬線地震勘探方法成為一種較佳的選擇，通過擴大疊加面元、增加覆蓋次數(shù)來壓制橫向上的一些噪聲，提高地震資料的信噪比。

寬線地震勘探開始于20世紀70年代初，經(jīng)過40年的發(fā)展，許多地球物理工作者都做了相應的實踐和研究工作，寬線地震觀測技術在原理上得到了一定的分析研究［1］，實際應用也越來越廣泛。在鄂爾多斯盆地的黃土塬［2－6］、西部盆地邊緣山前帶（塔里木盆地、柴達木盆地、準噶爾盆地）［7－10］、南方外圍山間小盆地（如桂中）［11－12］以及一些巖性復雜（灰?guī)r、火成巖出露區(qū)）［13－14］難以獲取高信噪比資料的區(qū)域，寬線地震都得到了應用，取得了一定的效果，對于加快這些地區(qū)的油氣勘探進程起到了積極的推進作用。

盡管寬線地震勘探在不同的復雜地區(qū)進行了較為廣泛的應用，但從已發(fā)表的文獻來看，大多都是對具體地區(qū)的方法應用介紹和效果分析，對寬線觀測系統(tǒng)相關參數(shù)的對比分析研究較少；而且在認識上還存在一些不同看法，尤其是激發(fā)點數(shù)和接收線數(shù)對信噪比的影響等問題，尚有必要進行細致的深入研究。筆者針對寬線觀測系統(tǒng)的幾個主要參數(shù)（包括激發(fā)點數(shù)、接收線數(shù)、線距大小、覆蓋次數(shù)等）對資料信噪比的影響作用進行理論研究和實際資料分析，為寬線觀測系統(tǒng)設計的參數(shù)選取提供參考依據(jù)，以實現(xiàn)寬線地震經(jīng)濟、高效的勘探目的。

1 接收線數(shù)與激發(fā)炮數(shù)對信噪比的影響

理論上，根據(jù)炮道互換原理，地震勘探中激發(fā)點和接收點的位置互換后得到的地震資料應該是一致的，因為地震波的傳播路徑是一樣的。也就是說，在寬線地震勘探中，激發(fā)點與接收點不存在哪一方能量更有利的問題，在相同的覆蓋次數(shù)下，炮道互換在理想狀態(tài)下所獲地震資料的能量和信噪比應該是一樣的。

選取南方GZ地區(qū)3線3炮寬線觀測系統(tǒng)的實際資料進行分析。該觀測系統(tǒng)的激發(fā)點與接收線重合，炮點與接收點互換距離對等，可以認為互換后的資料具有可比性。分別選取1線2炮和2線1炮、1線3炮和3線1炮的觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行處理，對相同的覆蓋次數(shù)、不同接收線和激發(fā)炮數(shù)的剖面進行對比分析。

圖1是1線2炮和2線1炮的寬線剖面，對比可以看出，2線1炮剖面的整體信噪比要好于1線2炮剖面。圖2是1線3炮和3線1炮的寬線剖面，對比剖面中紅圈內(nèi)主要反射同相軸可以看出，3線1炮剖面的連續(xù)性和信噪比高于1線3炮的剖面；藍框中目的層的反射3線1炮的信噪比也高于1線3炮。圖3是該區(qū)寬線地震試驗線的1線3炮和3線1炮寬線剖面，對比方框和圓圈內(nèi)對應區(qū)域以及整個剖面都顯示出3線1炮的信噪比也高于1線3炮。由此可見，在地震信息量和覆蓋次數(shù)一致的情況下，增加接收線數(shù)比增加炮點數(shù)對信噪比的改善作用更明顯。

以上實際寬線資料的分析結(jié)果表明，對于激發(fā)點距與接收線距相同的寬線來說，增加接收線比增加激發(fā)點提高信噪比的效果要好。這主要有兩個原因：①GZ地區(qū)寬線觀測的激發(fā)點距（40m）比接收點距（20m）稀疏，沒有完全達到點對點的互換；②激發(fā)點是點激發(fā)，接收點是組合接收，壓噪能力不一樣。所以，在覆蓋次數(shù)相同、地震數(shù)據(jù)信息量一致時，多接收線比多激發(fā)點提高信噪比的效果更為明顯。因此，在激發(fā)條件較困難的低信噪比地區(qū)，采取少激發(fā)點多接收線的寬線觀測系統(tǒng)是合理的，也是比較經(jīng)濟實用的。分析結(jié)果也說明“多炮點獲得的地震資料能量強”的認識是一種習慣思維和錯覺。

圖1 GZ地區(qū)1線2炮與2線1炮寬線剖面

圖2 GZ地區(qū)1線3炮與3線1炮寬線剖面

圖3 GZ地區(qū)寬線試驗線的1線3炮和3線1炮剖面

2 接收線距對資料信噪比的影響分析

理論上，接收線距的大小可從兩個方面對寬線觀測系統(tǒng)起到作用。一是對地下共疊加反射點的橫向距離起到控制作用，隨著線距的增大共疊加線的長度增加，對地下一些細微的構造細節(jié)起到模糊和平滑作用，會降低地震資料分辨率，提高信噪比；二是對近地表的噪聲起到壓制作用，隨著線距的增加，壓制噪聲的效果會更好，尤其是壓制側(cè)面?zhèn)鞑サ母蓴_，資料信噪比有所提高。

圖4 ZB地區(qū)不同接收線距的寬線剖面

圖4是ZB地區(qū)不同接收線距的寬線地震剖面，可以看出，隨著接收線距的增加，資料信噪比有所提高。具體地說，當接收線距較?。?0m，20m）時，資料的信噪比要低一些，40m后有所改進，60和80m甚至100m信噪比改進不大，140與100m時相差不大?？傮w看來，接收線距60m時能夠較好地兼顧構造細節(jié)和信噪比。

綜合分析可以得出幾點結(jié)論：①太小的接收線距是沒有意義的，對信噪比改善不大，如果兩條線重復，相當于一條線的信號整體乘以2，不改變信噪比；②隨著線距的增大，剖面信噪比總體趨勢是增加，較大的接收線距對于細微地下信息將是不利的；③研究區(qū)內(nèi)寬線觀測線距為40～80m比較合適，對于地下目標體尺度較大或深層勘探時，可以適當增加寬線觀測的接收線距。

3 覆蓋次數(shù)對資料信噪比的影響分析

3.1 對資料信噪比的提高作用

從ZB地區(qū)不同覆蓋次數(shù)的寬線剖面對比（圖5）來看，120次覆蓋的信噪比較差；360次覆蓋的噪聲背景明顯變好；隨著覆蓋次數(shù)的提高，480次和600次覆蓋的剖面信噪比提高；720次相比600次覆蓋的信噪比又有所提高，主要表現(xiàn)在噪聲背景變好；2 400次覆蓋時信噪比進一步提高，主要還是噪聲背景更加干凈，有效反射信息提高并不明顯；與此同時，近地表的一些次生干擾（圖5中較深部位一些斜的線性干擾）得到加強，干擾了弱有效信號。從增加覆蓋次數(shù)提高信噪比來看不是無限的，提高覆蓋次數(shù)可以壓制一些隨機干擾，但隨著覆蓋次數(shù)的增加，一些次生相干干擾也得到了加強。由此可見，對于寬線地震勘探同樣必須從采集數(shù)據(jù)的源頭上來有針對性地組合壓制次生噪聲，從原始資料的品質(zhì)上下功夫是改善地震資料質(zhì)量的最根本辦法。

從ZB地區(qū)不同覆蓋次數(shù)疊加剖面的頻譜分析結(jié)果（圖6）來看，覆蓋次數(shù)的變化對低頻和高頻段影響較大，低覆蓋次數(shù)的高頻成分（大于37Hz）相對較強，高覆蓋次數(shù)的低頻段（低于3Hz）相對較強，不同覆蓋次數(shù)的頻譜曲線在3～37Hz基本一致；頻譜曲線的主要差別在于高頻段，隨著覆蓋次數(shù)的增加高頻成分相對減少，120次與240次覆蓋之間相差較大，1 080次和2 400次覆蓋之間也相差較大，其它覆蓋次數(shù)的高頻段頻譜曲線相對集中，差別不大。

圖5 ZB地區(qū)不同覆蓋次數(shù)的寬線剖面

圖6 ZB地區(qū)寬線觀測不同覆蓋次數(shù)疊加剖面頻譜分析

從ZB地區(qū)寬線觀測不同覆蓋次數(shù)疊加剖面的中深層信噪比分析（圖7）來看，信噪比總體隨著覆蓋次數(shù)的提高而提高，240次覆蓋與120次覆蓋相比信噪比有大幅度提高，360次以上覆蓋次數(shù)的信噪比提高幅度變緩，720次以上覆蓋信噪比的提高極其緩慢，尤其在深層低信噪比部位（圖7b），再增加覆蓋次數(shù)對于提高信噪比已經(jīng)沒有多大意義。

圖7 ZB地區(qū)寬線觀測不同覆蓋次數(shù)剖面信噪比分析

3.2 對近地表次生干擾的增強作用

從某地區(qū)不同覆蓋次數(shù)寬線剖面（圖8）來看，隨著覆蓋次數(shù)的增加，近地表次生干擾隨之加強，疊加也加強了相干噪聲，但未有效改善淹沒在相干噪聲中的相干性較弱的有效信號，對于信噪比的改善效果也不顯著。

圖8 某地區(qū)不同覆蓋次數(shù)寬線剖面

就目前的試驗情況來看，寬線觀測的覆蓋次數(shù)試驗已經(jīng)達到2 400次，而資料的品質(zhì)并沒有產(chǎn)生質(zhì)的變化，因為盡管覆蓋次數(shù)得到極大的提高，但地震波的射線路徑基本還是在排列的縱向方向上，主要壓制縱向上的干擾，對于隨機干擾的壓制效果比較明顯，但同時也加強了近地表的一些相干干擾。因此，作為長期討論的覆蓋次數(shù)問題，通過以上分析并結(jié)合以往文獻［15］的認識，筆者認為常規(guī)寬線勘探的覆蓋次數(shù)達到單線二維觀測系統(tǒng)覆蓋次數(shù)的3～6倍就足夠了，再增加覆蓋次數(shù)對于提高信噪比效果不大，再說投入／產(chǎn)出的性價比也不高。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

1）實際寬線地震資料的分析表明，覆蓋次數(shù)相同時，增加寬線觀測系統(tǒng)的接收線數(shù)對于改善信噪比的效果要比增加激發(fā)點的效果好。主要原因是激發(fā)點、接收點互換后，激發(fā)點相對稀疏和檢波點采取組合造成的。

2）隨寬線觀測接收線距的增加信噪比是增加的；太小的接收線距對于壓噪和提高信噪比效果不明顯；接收線距也不宜太大，太大后橫向上疊加在一起的混波效應會更明顯，尤其是當?shù)叵履康膶虞^為復雜時。寬線觀測相對合理的接收線距是40～80m。

3）采用寬線觀測系統(tǒng)主要是通過橫向上的疊加來增加覆蓋次數(shù)，以達到提高信噪比的目的，但是，增加覆蓋次數(shù)在提高信噪比的同時也會增強近地表次生干擾?？梢妼τ诘刭|(zhì)條件極其復雜的低信噪比地區(qū)，不能一味地指望僅通過提高覆蓋次數(shù)來解決資料品質(zhì)問題。為了合理地選擇覆蓋次數(shù)，綜合考慮資料品質(zhì)和采集成本，寬線覆蓋次數(shù)選為單線二維覆蓋次數(shù)的3～6倍較為合適。

4.2 建議

1）在西部地表植被稀少的地區(qū)，以及檢波器相對易放置的山前帶地區(qū)（如準噶爾盆地北緣等），地下主要目的層較深時，采用少炮多線（或一炮多線）的寬線觀測系統(tǒng)是比較合理的。

2）對于南方小盆地，碳酸鹽巖出露區(qū)，以及地表施工十分困難的地區(qū)，可采用多條接收線合并成一條線，變橫向多線為縱向多道加密的方式，形成小道距，每道檢波器橫向大基距線性組合，以記錄全地震波場為理念的高密度空間采樣的觀測方式；在處理時可采取適當增加多道組合的方法，以得到不同線元尺度的地震剖面。

無論以上哪種地震采集觀測方式，都要控制炮點數(shù)，因為激發(fā)往往是勘探的難點，會增加勘探的難度和費用的投入，既不經(jīng)濟也不實惠。

致謝：在項目研究中得到了中國石油化工股份有限公司地球物理公司勝利油田分公司胡立新教授級高級工程師和中國石油化工股份有限公司勘探南方分公司敬朋貴高級工程師以及中國石油化工股份有限公司石油物探技術研究院孫志鋒高級工程師和索重輝博士的大力支持，在此表示衷心感謝！

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