摘要：随着三维地震数据采集的成本越来越高，科学、有效地进行三维地震采集设计成为提高野外采集资料质量和降低采集成本的重要手段。近年来，国内勘探任务逐步向我国中西部发展，对于西部复杂勘探区域，观测系统优化十分重要，常规观测系统设计方法不能获得理想效果，设计方法需要改革创新。本文就复杂地质目标观测系统优化方法研究及实现展开探讨。
关键词：三维模型；地质目标；观测系统优化
引言
基于地质模型利用正演技术可以模拟三维观测系统下的波场特征，依据模拟结果对观测系统进行分析评价，进而对观测系统参数进行优化设计，这对于提高采集资料品质，指导后续地震资料处理具有重要的意义。
1观测系统优化设计基本原理
室内处理和解释工作的基础是地震勘探野外采集，其目的是获取地下的地震数据。资料处理和解释的精度、物探项目的最终结果均受原始数据质量的直接影响。要获得高质量的地震数据，合理设计观测系统是首要任务。地震勘探野外采集是由工区情况、地质任务、有效波和干扰波特点等多方面因素确定的。为了得到追踪目的层反射波的地震记录，在设计采集观测系统时必须根据实际工区情况进行合理安排，选择震源和检波器的布设位置、激发条件、接收条件等参数。众所周知，观测系统是指测线上激发点和接收点的相对位置关系，其方案设计首先要考虑地质任务的需要，还要根据干扰波与有效波以及实际工区地质条件等因素来确定最终方案。采集观测系统应该针对主要目的层来设计，这一地质构造层决定着用于叠加的覆盖次数、面元大小和偏移距范围等参数。地下地质构造的解释工作是地震勘探任务的最终任务，要求通过对地震采集数据进行室内处理后，能够准确反映区块的地下地质构造，以及断层、断块的详细分布情况。现阶段随着中西部地区采集任务的增加，勘探难度加大，尤其是巨厚戈壁砾石层、巨变的地形高差、高陡岩层出露的地表、地下复杂的逆掩推覆构造。在这些地区进行地震数据采集，采用面向地下目的层的有效照明分析对观测系统设计均能得到较好的采集数据及成像效果。
2基于目的层照明能量的观测系统优化设计方法
（1）基于目的层接收能量均匀性的自动炮点优化。对于复杂地区采集地震资料的能量，如不在一个数量级上，这将会对后期的偏移归位处理产生很大的影响，围绕怎么样使我们采集的原始资料的照明度能量均匀化，我们可以在规则的观测系统的基础上进行抽炮或加炮分析，最终得出基于目的层CRP能量较为均匀的最佳观测系统。以地震波照明能量均匀化为基准的加密炮优化设计，同样也体现了复杂地区以激发为中心的观测系统优化设计的思想。本文利用菲涅尔高斯射线束照明方法提取的面元接收能量，采用如图1所示技术流程，进行自动炮点优化。
图1自动炮点优化流程
利用国际通用的岩丘模型做验证，理论设计观测系统255炮，先只用63炮做照明，随后针对阴影区，自动炮点加密，当加密到10炮时，目的层能量均匀性有明显提升，但是从加密炮点位置来看，仅4炮落在阴影区正上方，其余6炮均在阴影区范围外。（2）基于检波点接收能量最优的排列参数自动优化。根据野外勘探的经验，随着炮检距增大，远道接收的能量必然会变的越来越小，此时检波器的性价比就显得不足。而如果着眼点仅仅是构造形态的探测，一般在构造简单的情况下，最大炮检距无需很大，而在构造复杂的部位，如需接收单斜模型的下倾方向的信号时，则需要较长的排列。此时存在检波器效率和能量大小的权衡关系，所以，我们设计在模型的不同部位进行模拟放炮，分析每一个部位的检波器接收能量效率曲线，综合所有部位的效率曲线，最终获得一个最优的最大纵向距，利用该模型，对最大纵向距进行自动优化设计，其实现流程如图2所示。
图2检波点接收能量最优的排列参数自动优化
3观测系统优化设计概述
在地震勘探中，观测系统是指炮点和检波点相互位置关系。自三维观测系统出现以来，各种设计方法层出不穷，_且不断完善和创新。观测系统优化设计是采集设计的一部分，其目的是获取高质量的采集数据。基于CMP面元的优化设计主要是针对面元属性的均匀性进行优化设计，无法满足构造复杂地区的采集设计，但是计算速度快，技术成熟。基于CRP面元优化设计最大的优点是考虑了模型因素。照明分析考察了特定激发接收条件下，接收目的层能量。统计试验设计，则是从反演角度分析设计，其目的是获取目标区域最大信息量。通过正演模拟可以获得特定观测系统参数在特定模型下的最终成像，然而正演一计算量大且观测系统的独立参数较多，难以为观测系统作优化设计。观测系统设计是采集设计的一部分，其目的是提供高质量采集数据用于处理和解释。针对不同的问题，出现了不同的设计原则和设计方法。山于观测系统参数与最终采集数据之间的关系是非线性的，使得设计指标可以分为间接指标和直接指标。目前人们已经熟知观测系统参数与成像质量的定性关系，如覆盖次数与信噪比的关系，面元大小与横向分辨率的关系，这些认识都成为观测系统优化设一计的基本准则，且为观测系统优化设计提供了指导和经验。目前存在常见的四类观测系统设计方法，分别为探索式勘探设计方法，基于模型的观测系统设计方法，以成像质量为指标的观测系统设计方法以及统计实验设计((SED)方法。
结语
提出并实现了基于目的层能量均匀性的自动炮点优化和基于接收能量最优的排列参数自动优化技术，形成了真正面向复杂地质目标的观测系统优化设计一体化技术流程。研发了配套软件产品，将理论创新、配套技术创新与实际生产应用紧密结合，有效地解决了复杂地表、复杂地质目标区的观测系统优化设计的技术难题。
参考文献
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论文作者:闫广威
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/11
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