CN101551463B - 三维观测系统噪声压制估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油地球物理勘探技术，是在地震数据采集施三维观测系统噪声压制估算方法，步骤为：设计多种三维地震勘探观测系统方案，计算CMP属性信息，计算的有效波与噪音之间的剩余时差，根据剩余时差计算噪音的叠加振幅特性；计算各个共中心点噪音的综合振幅压制特性和分频振幅压制特性，得到频数图统计特征；用振幅压制特性最小的三维观测系统实施地震数据采集，获到较高信噪比的地震剖面。本发明实现了有效地压制了噪声，提高信噪比，改善三维观测系统的数据采集质量，获得较高信噪比的地震剖面，从而提高实施钻探的准确度。

Description

三维观测系统噪声压制估算方法

技术领域

本发明涉及石油地球物理勘探技术，具体涉及一种在地震数据采集施工前对三维地震数据采集观测系统压制噪音的特性进行定量估算方法。

技术背景

石油地震勘探技术就是用人工的方法引起地壳振动，再用精密仪器记录下爆炸后地面上各点振动的情况，利用记录下来的资料，推断地下石油、天然气及煤田等有关的地壳结构和地层岩性方法的总称。由于地下介质的力学性质不同，地震波在传播中，会引起地震波的频率、振幅、相位、速度及波场类型等参数的空间变化，通过在地表或井下采用高精度记录设备和相应观测方法可以获得这些特征参数变化的数据，并经地震数据处理，去伪存真和成像，最终转换为地质学家(包括油气田及煤田开发工程师)可以识别的图像。地质学家利用这些地震信息不仅可以了解地层构造的几何形态和断裂大小及分布，而且可以了解古地理和古沉积相信息，进而预测储层、油气藏(煤田)的分布和形态。

运用地震勘探原理查明地下地质构造面临具体的困难是很多的。首先，人工产生较强的地震波很不容易；激发出地震波后，除了产生来自地层界面的反射波外，还会产生各种各样的波，它们会干扰反射波的接收，往往会以假乱真；要根据反射波的传播时间来了解地下地层分界面的埋藏深度，必须知道地震波在地层中传播的速度，但要精确的测出地震波的速度也是很困难的。为了克服这些难题，就必须有专门指导地震勘探生产实践的理论和专门的仪器设备，以及一套生产施工的组织和方法。地震勘探的生产工作，基本上可分为三个环节：

第一个阶段是野外地震资料采集工作。这个阶段的任务是人工的方法激发地震波，然后用地面地震接收仪器记录由地下反射回来的地震波所引起的地面振动信号，并记录在磁带上，提供给室内计算中心进行后续处理。地震数据采集是地震勘探的第一步工作，因此是地震勘探工程的重要基础。采集中激发、接收以及观测系统等具体参数如何确定，需要根据工区具体的地质任务、地震地质条件等各方面因素全面论证和计算后决定。

第二个阶段是地震资料处理工作。根据地震波的传播理论，利用计算机等设备和相应的处理软件，对野外采集的原始地震数据进行各种加工处理，以获得能反映地下地质结构的“地震剖面图”和反映地下岩石变化的地震波振幅、频率、传播速度等信息。用于研究地下地质构造，寻找有利的含油气圈闭，确定钻井井位。地震资料处理是对地震数据进行去伪存真的加工过程，最终获得能真实反映地下地质情况的有效信息。把野外采集的地震数据资料变为可供解释人员解释的能反映地下地质结构的地震剖面和相关的地震信息(如速度、振幅、频率等)。

第三个阶段是地震资料解释工作。运用地震波传播的理论和石油地质学的原理，综合地质、钻井和其它物探资料，对地震剖面进行深入的分析研究，去伪存真，正确追踪出各反射层对应的地质层位，对地下地质构造的特点做出说明，并绘制出主要层位完整的构造图，查明有含油气希望的构造和圈闭，提出钻探井位。

在地震数据采集阶段，记录地面地震波振动的方式称为观测系统，地震勘探有二维和三维之分。二维地震勘探是沿地面上一条测线，一段一段地进行观测。三维是在地面上布设多条接收线，用多条接收线同时一片一片观测。多次覆盖技术和三维地震勘探是石油地震勘探的两次技术革命，是地震勘探野外工作的重大改进。这些技术进步的最终目的就是为了采集到能够高信噪比、高分辨率和高精度成像的地震数据。三维地震勘探是在地震资采集过程中，首先要根据地震地质目标设计观测系统。观测系统一方面要对到达地面的反射波场进行较好的采样，确保采集到的地震数据经过成像处理能够相对准确地反映地下地质结构。另一方面要对地震数据采集时伴生的噪音，特别是规则噪音具有压制作用。这是多次覆盖的观测系统在水平叠加时的一个重要特点，它所利用的不是频率滤波的频谱差异，也不是组合的方向性差异，而是利用动校正后有效波与干扰波之间剩余时差的差异。野外采集是地震勘探成功的基础，如果观测系统存在不足或问题，则地震采集得到的原始数据就会存在严重缺陷，没有任何办法可以弥补。做好观测系统设计，正确选择观测系统类型和多次覆盖参数，提高地震数据的空间采样质量，对于利用叠加效应压制噪音、加强有效信号和准确成像具有重要作用。在本文中，噪音是指折射、直达和次生三种干扰波。

由于三维是在一个面上接收地震波，因此在叠加时有较好的压制噪音的特性。三维观测的方式多种多样，用不同的观测方式时压制噪音的特性是不同的。为了准确成像和压制噪音，就有炮检距和方位角分布均匀、静校正耦合好、最小偏移距尽可能小、性能价格比高等对观测系统的许多要求。在这些要求下，目前已经发展了许多不同类型的野外观测系统，主要有：直线式、线束式、砖墙式、奇偶式、Flexi(细分)面元式、纽扣式、锯齿式、非正交辐射式、六角形排列式和环式。长期以来，这些观测系统设计和研究侧重于偏移成像和分辨率，对于噪音的压制研究方面，只是限于二维观测方式下对面波线性噪声压制的研究。现有评价三维观测系统压制噪音特性的方法是绘制出CMP道集的偏移距和方位角分布图(参考图4至图6)，图中三者的变化是不一样的，人们据此分布的均匀性来判断速度分析的精度和压制噪音效果，这种方法及其得出的认识一般是定性的，由于没有量化评价指标，使得很难确定出上述观测系统对噪音的压制效果到底有多大差异，因此难免造成三维观测系统选型方面的决策偏差或者失误，这是目前设计观测系统类型时存在的一个问题。此外，即使是同一类型的观测系统，随着各种具体参数的不同，比如接收线距、接收点密度、炮线距、炮密度等参数的变化，压制噪音的特性也有较大的差异，对这些具体参数引起噪音压制能力的改变，也缺少定量评价的方法。特别是野外采用的观测系统类型越来越多，如宽方位与窄方位、多线数与少线数、小面元高覆盖与大面元低覆盖等，造成选用观测系统类型和具体参数上的一些模糊认识，无法确定相对较好地具体参数，这是目前设计观测系统时存在的又一个问题。在三维观测方式下，对观测系统压制散射噪声的方法目前还没有此方面的报道。

发明内容

本发明目的在于提出一种基于三维地震数据采集观测系统在多次叠加中压制噪音的特性计算不同三维观测系统对折射波、直达波和次生干扰波的压制指标，从而选择有利于提高地震叠加剖面信噪比的三维观测系统噪声压制估算方法，

本发明采用以下技术方案：

首先收集用地震勘探设备获取的地震剖面、井资料、表层的地震波速度和频率、地下目的层的平均速度、地面次生干扰、地理信息，利用获取的地震剖面、井资料、表层的地震波速度和频率、地下目的层的平均速度、地面次生干扰、地理信息，结合地质任务设计三维地震勘探观测系统方案，计算该观测系统条件下的共中心点面元(CMP)的属性信息；

然后利用上述信息计算剩余时差，由剩余时差计算叠加振幅特性，进而计算平均振幅特性、分频平均振幅特性和分布特征，绘制振幅特性的平面变化和统计特征；

最后，根据振幅特性的平面变化和统计特征选择压制特性指标较好的三维观测系统进行地震数据采集，从而完成有利于压制噪音的观测系统设计。

本发明具体步骤为：

(1)收集用地震勘探设备获取地震剖面、井资料、表层的地震波速度和频率、地下目的层的平均速度、地面次生干扰、地理信息；

(2)利用获取的地震剖面、井资料、表层的地震波速度和频率、地下目的层的平均速度、地面次生干扰、地理信息，结合地质任务设计多种三维地震勘探观测系统方案；

(3)计算CMP属性信息，其包括CMP面元位置与干扰源的距离、CMP道集内每个炮检对的偏移距、方位角以及炮检连线与CMP面元至次生干扰源连线的夹角(以下简称为“干扰源的相对方位角”)。

(4)通过下面公式(1)计算的有效波与噪音之间的剩余时差：

${\mathrm{\δt}}_{\mathrm{ij}}=\frac{1}{2V_d}(\sqrt{x_{\mathrm{ij}}^2+4l_i^2+4x_{\mathrm{ij}}{l}_i\cos {\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}}}+\sqrt{x_{\mathrm{ij}}^2+4l_i^2-4x_{\mathrm{ij}}{l}_i\cos {\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}}})-t_0\sqrt{1+\frac{x_{\mathrm{ij}}^2}{V^2{t}_0^2}}+\mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{ij}}---\left(1\right)$

其中：i为下标，表示CMP的序号

j为下标，表示CMP中地震道的序号

δt_ij为第i个CMP道集中第j道的噪音的剩余时差

V_d为噪音的传播速度

x_ij为第i个CMP道集中第j道炮检距，参考图1

l_i为第i个CMP道集与次生干扰源距离，通过次生干扰源位置坐标和CMP点位置坐标计算得到，参考图1

α_ij为第i个CMP道集中第j道的干扰源相对方位角

t₀为双程旅行时表示的目的层埋深

V为反射波的传播速度

Δt_ij为低降速带对第i个CMP道集中第j道的时间影响；

(5)根据剩余时差计算噪音的叠加振幅特性；

(6)通过 $\stackrel{\‾}{A_i}=\frac{1}{M}\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{K}_i\left({\mathrm{\ω}}_k\right)$ 计算各个共中心点噪音的综合振幅压制特性，以及通过公式 $\stackrel{\‾}{{\mathrm{Aw}}_i}=\frac{1}{(m_2-m_1+1)}\underset{k=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{K}_i\left({\mathrm{\ω}}_k\right)$ 计算各个共中心点噪音的分频振幅压制特性；

其中：k为下标，表示噪音频率采样的序号；

为第i个CMP点的噪音的综合振幅特性；M为噪音频率的采样个数；K_i(ω_k)为第i个CMP点第k个频率采样的噪音叠加振幅特性，ω_k为噪音频率范围内的第k个频率值；为第i个CMP点噪音的分频平均振幅特性，m₁和m₂是计算噪音压制特性时限定的频率范围，且以频率采样的序号表示，即1≤m₁＜m₂≤M；

(7)根据综合振幅压制特性频数和分频振幅压制特性频数，得到相应的频数图；从得到的频数图导出频幅特性的平面变化和统计特征；

(8)用振幅压制特性最小的三维观测系统实施地震数据采集，然后将采集的资料去做资料处理，获到较高信噪比的地震剖面。

优选地，计算三维地震数据采集时伴生的折射波、直达波和次生干扰的剩余时差，由此计算出它们的叠加振幅特性。

优选地，接收道距、接收线距、炮点距、炮线距、接收线数和横纵比。

优选地，多次覆盖的观测系统在水平叠加时能够有效提高叠加剖面的信噪比。

优选地，三维地震采集观测系统压制噪音估算方法能够估算合理的覆盖次数范围。

本发明不仅实现了有效地压制了噪声，提高信噪比，而且能够改善三维观测系统的数据采集质量，获得较高信噪比的地震剖面，从而提高实施钻探的准确度。

附图说明

图1为三维观测系统噪音的传播示意图。

其中：●表示炮点，

表示检波点；CMP为炮检中心，即为所论证的面元位置；SR为直达波和折射波传播方向，SNR为次生干扰的传播方向。

图2为正交型和斜交型观测系统的噪声振幅压制特性。

设计的覆盖次数24次，此种情况下，可以看出正交观测系统的叠加压噪特性值较大，斜交观测系统的较小，说明斜交观测系统具有较强的压噪特性。

图3为正交型(左)和斜交型(右)观测系统的叠加剖面。

左右两个地震剖面的覆盖次数只有24次，从箭头指示和椭圆标示处可见，正交观测系统的压噪效果较差。

图4为表2中观测系统方案1的偏移距分布(左)和方位角分布(右)。

图5为表2中观测系统方案2的偏移距分布(左)和方位角分布(右)。

图6为表2中观测系统方案3的偏移距分布(左)和方位角分布(右)。

图7为表2中观测系统方案1的噪声振幅压制特性频数图，

频数分布范围0.22-0.26，主频数对应噪声振幅压制特性值0.24)。

图8为表2中观测系统方案2的噪声振幅压制特性频数图，

频数分布范围0.3-0.44，主频数对应噪声振幅压制特性值0.32。

图9为表2中观测系统方案3的噪声振幅压制特性频数图，

频数分布范围0.3-0.54，主频数对应噪声振幅压制特性值0.36。

图10为表2中观测系统方案1的采集数据叠加剖面。

图11为表2中观测系统方案2的采集数据叠加剖面。

图12为表2中观测系统方案3的采集数据叠加剖面。

具体实施方式

本发明估算三维观测系统压制噪音特性，从而达到优选观测系统的目的，本发明可以概括为以下几步：

第一步：设计拟采用的三维地震采集观测系统；

第二步：计算CMP炮检距、方位角等属性信息、有效信号与噪音之间的剩余时差、各种叠加振幅特性和压制特性的分布，并绘制图件；

第三步：确定有利于压制噪音和减弱采集脚印的三维观测系统；第四步：用选定的三维观测系统去做地震数据采集，处理采集到地震资料，获到较高信噪比的地震剖面。

具体为：

(1)收集用地震勘探设备获取的地震剖面、井资料、表层的地震波速度和频率、地下目的层的平均速度、地面次生干扰、地理信息；

(2)利用获取的地震剖面、井资料、表层的地震波速度和频率、地下目的层的平均速度、地面次生干扰、地理信息，结合地质任务设计多种三维地震勘探观测系统方案；

(3)计算CMP属性信息，其包括CMP面元位置与干扰源的距离、CMP道集内每个炮检对的偏移距、方位角以及炮检连线与CMP面元至次生干扰源连线的夹角(以下简称为“干扰源的相对方位角”)。

(4)通过下面公式(1)计算的有效波与噪音之间的剩余时差：

${\mathrm{\δt}}_{\mathrm{ij}}=\frac{1}{2V_d}(\sqrt{x_{\mathrm{ij}}^2+4l_i^2+4x_{\mathrm{ij}}{l}_i\cos {\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}}}+\sqrt{x_{\mathrm{ij}}^2+4l_i^2-4x_{\mathrm{ij}}{l}_i\cos {\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}}})-t_0\sqrt{1+\frac{x_{\mathrm{ij}}^2}{V^2{t}_0^2}}+\mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{ij}}---\left(1\right)$

其中：i为下标，表示CMP的序号

j为下标，表示CMP中地震道的序号

δt_ij为第i个CMP道集中第j道的噪音的剩余时差

V_d为噪音的传播速度

x_ij为第i个CMP道集中第j道炮检距，参考图1

l_i为第i个CMP道集与次生干扰源距离，通过次生干扰源位置坐标和CMP点位置坐标计算得到，参考图1

α_ij为第i个CMP道集中第j道的干扰源相对方位角

t₀为双程旅行时表示的目的层埋深

V为反射波的传播速度

Δt_ij为低降速带对第i个CMP道集中第j道的时间影响；

(5)根据剩余时差计算噪音的叠加振幅特性；

(6)通过 $\stackrel{\‾}{A_i}=\frac{1}{M}\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{K}_i\left({\mathrm{\ω}}_k\right)$ 计算各个共中心点噪音的综合振幅压制特性，以及通过公式 $\stackrel{\‾}{{\mathrm{Aw}}_i}=\frac{1}{(m_2-m_1+1)}\underset{k=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{K}_i\left({\mathrm{\ω}}_k\right)$ 计算各个共中心点噪音的分频振幅压制特性；

其中：k为下标，表示噪音频率采样的序号；

为第i个CMP点的噪音的综合振幅特性；M为噪音频率的采样个数；K_i(ω_k)为第i个CMP点第k个频率采样的噪音叠加振幅特性，ω_k为噪音频率范围内的第k个频率值；

为第i个CMP点噪音的分频平均振幅特性，m₁和m₂是计算噪音压制特性时限定的频率范围，且以频率采样的序号表示，即1≤m₁＜m₂≤M；

(7)根据综合振幅压制特性频数和分频振幅压制特性频数，得到相应的频数图；从得到的频数图导出频幅特性的平面变化和统计特征；

(8)用振幅压制特性最小的三维观测系统实施地震数据采集，然后将采集的资料去做资料处理，获到较高信噪比的地震剖面。

其中，计算三维地震数据采集时伴生的折射波、直达波和次生干扰的剩余时差，由此计算出它们的叠加振幅特性。

其中，在三维地震采集观测系统压制噪音估算方法中，接收道距、接收线距、炮点距、炮线距、接收线数和横纵比。

其中，在三维地震采集观测系统压制噪音估算方法中，在水平叠加时使用多次覆盖的观测系统能够有效提高叠加剖面的信噪比。

其中，三维地震采集观测系统压制噪音估算方法能够估算合理的覆盖次数范围。

在上述公式中，公式(1)为把折射、直达和次生干扰三种噪音统一在一个表达式中，具体是计算哪种噪音依据l_i和V_d的取值而定，l_i和V_d有以下三种方案：

①当l_i＝0，V_d＝V_r时，(1)式变为：

${\mathrm{\δt}}_{\mathrm{ij}}=\frac{x_{\mathrm{ij}}}{V_r}-t_0\sqrt{1+\frac{x_{\mathrm{ij}}^2}{V^2{t}_0^2}}---\left(2\right)$

其中，V_r——为折射波速度。此时，低降速带对折射波和反射波的旅行时影响是相同的，(1)式中Δt_ij＝0，(2)式的结果为折射波的剩余时差。

②当l_i＝0，V_d＝V_r时，(1)式变为：

$\mathrm{\δ}{t}_{\mathrm{ij}}=\frac{x_{\mathrm{ij}}}{V_n}-t_0\sqrt{1+\frac{x_{\mathrm{ij}}^2}{V^2{t}_0^2}}+\mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{ij}}---\left(3\right)$

其中，V_n——为直达波速度，此时，Δt_ij仅为低降速带对反射波旅行时的影响。(3)式的结果为直达波的剩余时差。

③当l_i＞0，V_d为接收点至次生干扰源之间介质的地震波传播速度时，(1)式的形式不发生改变，此时计算的结果为次生干扰波的剩余时差。

通过公式(4)计算噪音的叠加振幅特性

$k_i\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{1}{N}\sqrt{{\left(\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left(\cos \mathrm{\ω\δ}{t}_{\mathrm{ij}}\right)\right)}^2+{\left(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left(\sin \mathrm{\ω\δ}{t}_{\mathrm{ij}}\right)\right)}^2}---\left(4\right)$

其中：K_i——第i个CMP面元的噪音的叠加振幅特性

N——覆盖次数

ω——角频率

i，j，δt_ij的含义同(1)式

(4)式值域是[0，1]。值域的大小表明了对各频率成份噪音的压制效果，K_i(ω)越小，压制效果越好，K_i(ω)越大，压制效果越差。当K_i(ω)＝0时对噪音压制效果最好，表示频率成份为ω的噪音被完全压制；当K_i(ω)＝1时对噪音压制效果最差，表示频率成份为ω的噪音没有得到任何压制；当K_i(ω)∈(0，1)时，表示对噪音的压制效果介于最好和最差之间。

计算各个面元共中心点噪音的综合振幅特性。应用(4)式计算振幅压制特性时，是对每一个频率(ω_k，k＝1，2，A，M)成份逐一计算的，为了表示一个CMP面元噪音的综合压制结果，需要计算噪音各频率成份压制特性的平均值，即如下式：

$\stackrel{\‾}{A_i}=\frac{1}{M}\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{K}_i\left({\mathrm{\ω}}_k\right)---\left(5\right)$

其中：k——下标，表示噪音频率采样的序号

     ——第i个CMP点的噪音的综合振幅特性

     M——噪音频率的采样个数

     K_i(ω_k)——第i个CMP第k个频率采样的噪音的叠加振幅特性

ω_k——噪音频率范围内的第k个频率值

(5)式的值域是[0，1]，值域的大小表明了该CMP的噪音压制效果，

越小，压制效果越好，

越大，压制效果越差。当 $\stackrel{\‾}{A_i}=0$ 时对噪音压制效果最好，表示各种频率成份的噪音被完全压制；当 $\stackrel{\‾}{A_i}=1$ 时对噪音压制效果最差，表示各种频率成份的噪音没有得到任何全压制；当 $\stackrel{\‾}{A_i}\∈\left(\mathrm{0,1}\right)$ 时，表示对噪音的压制效果介于最好和最差之间。

对(5)式做一些改动，可以计算出分频平均振幅特性，从而定量分析某一频率区间的噪音压制效果，具体计算公式如下：

$\stackrel{\‾}{{\mathrm{Aw}}_i}=\frac{1}{(m_2-m_1+1)}\underset{k=m_1}{\overset{m_2}{\mathrm{\Σ}}}{K}_i\left({\mathrm{\ω}}_k\right)---\left(6\right)$

其中：

为第i个CMP面元共中心点、频率范围(ω_m1，ω_m2)内噪音的振幅压制特性，以下称之为分频平均振幅特性，k，ω_k，K_i意义同(5)式，m₁和m₂是计算噪音压制特性时限定的频率范围，且以频率采样的序号表示，即1≤m₁＜m₂≤M。(6)计算结果对噪音压制效果与(5)式的意义相同。公式(5)和(6)的差别在于，公式(5)计算的是噪音在其频带范围内所有频率成份的平均振幅特性，公式(6)计算的是噪音在其频带范围内某一小频率段内的平均振幅特性。比如，噪音的频带范围是6-60Hz，根据(5)式计算的就是6-60Hz范围内平均振幅特性，而根据(6)式可以选择计算10-20Hz、或20-40Hz，或15-45Hz等各个小频率段内的平均振幅特性。

计算单个CMP面元共中心点的噪音叠加振幅特性。根据(4)计算结果绘制单个共中心点的噪音叠加振幅特性曲线，用频率作为横坐标，叠加振幅特性作为纵坐标(图2)。

计算三维工区(多面元)振幅压制特性的频数分布。对一个三维工区来说，应用(5)或(6)式的计算结果给出一个三维观测系统对应的各CMP面元的噪音振幅压制特性值，把不同特性值赋于不同灰度或颜色，就可绘制出噪音压制特性的平面分布图。可根据灰度强弱或颜色便可知道观测系统的压噪效果；同时灰度或颜色的分布规律，就可以看出“采集脚印”的强弱程度。由此优选出压噪效果好、采集脚印弱的三维观测系统。

考虑到上述压噪效果的判断需要分析很多面元的压制特性值，另外压噪效果的判断还受着认为调色的影响。因此，本发明给出压噪特性频数分布图的显示方式，更充分体现噪音压制特性量化特点、更加直观地展示观测系统压噪特性。具体方法为：

首先，对(5)或(6)式的计算结果做四舍五入处理，小数点后保留两位有效数字；第二，统计不同压噪特性值的范围内的CMP面元个数，如 $\stackrel{\‾}{{\mathrm{Aw}}_i}\∈\left[\mathrm{0,0.1}\right)$ 内面元个数为n₁， $\stackrel{\‾}{{\mathrm{Aw}}_i}\∈[0.1,0.2)$ 内面元个数为n₂，以此类推， $\stackrel{\‾}{{\mathrm{Aw}}_i}\∈\left[\mathrm{0.9,1.0}\right]$ 内面元个数为n₁₀，这些面元个数就是对应不同压噪特性区间的频数；第三，将频数进行归一化处理后，再乘以百分之一百，从而得到以百分比表示的压噪特性频数分布图(参考图7至图9)。

最后对得到的结果进行分析：对拟采用的各种观测系统，应用本发明对单一、多面元干扰波的叠加振幅特性曲线、综合振幅特性图、分频平均振幅特性和特性频数分布图进行综合分析，确定各观测系统的压制噪音特性和采集脚印强弱，从而选择出有利于压制噪音和减弱采集脚印的三维观测系统。

根据上面分析优选观测系统，实施地震数据采集，然后将采集的数据去做资料处理，有利于获取较高信噪比的地震剖面资料，为确定可靠的井位提供保证。

总之，通过上述方案实现本发明，对三维观测系统压制噪音特性进行估算，从而选择压噪效果好的三维观测系统，实现高品质的地震数据采集。

根据本发明，因三维观测系统是由激发点和接收点按照特定的空间排布方式组成的，CMP面元内炮检距分布特性不同导致了压噪特性的差异，这种差异在空间上成规律性分布，反映出通过三维观测系统对连续波场进行离散化的痕迹，即为采集脚印。因此，不仅从压噪特性的量化指标出发实现准确、快速地优选观测系统，而且还可以依据压噪特性量化指标的空间变化特征-采集脚印，综合判断三维观测系统的数据采集质量。

本发明的具体实例：

本发明针对某三维地震资料采集区块拟采用的观测系统进行了分析，定量评价了各种三维观测系统对该区噪音的压制特性，从而选择了有利的观测系统。

实施例一：低覆盖次数情况下，优选观测系统类型。

利用地震剖面、井资料、地质模式、地理信息以及地质任务设计拟采用的三维地震勘探观测系统方案如下表。计算两种观测系统的CMP属性信息，然后计算噪音的叠加振幅特性并绘制振幅特性(图2)，图中的两条曲线分别是正交和斜交两种观测系统的理论计算结果，从图中可以看出斜交型的叠加振幅特性值较小，由此可以预测斜交型观测系统的压制效果要好。为了验证预测结果，用两种观测系统采集的地震数据，经数据处理为叠加剖面做比较(图3)，对比叠加剖面上的线性干扰可以看出，在实施例一的地质背景和地表条件下，覆盖次数较低时(24次)，正交型的噪音要比斜交的强，斜交型观测系统对线性干扰的压制效果好。实际资料与理论估算相符，表明估算方法是正确。

参数	正交方案	斜交方案
			观测系统类型	16L4S正交	16L4S斜交
面元大小	12.5m×12.5m	12.5m×12.5m
			覆盖次数	3纵×8横	3纵×8横
接收道数	3072	3072
			道距(m)	25	25
炮点距(m)	25	25

炮线距(m)

800

800

接收线距(m)

150

150

实施例二：覆盖次数较高的情况下，优选观测系统类型和观测参数。

a)利用地震剖面、井资料、地质模式、地理信息以及地质任务设计拟采用的三维地震勘探观测系统方案如下表：

参数	方案3	方案4	方案5
				观测系统类型	16L4S正交	16L4S正交	16L4S斜交
面元大小	12.5m×12.5m	12.5m×12.5m	12.5m×12.5m
				覆盖次数	12纵×8横	6纵×8横	6纵×8横
接收道数	3072	3072	3072
				道距(m)	25	25	25
炮点距(m)	25	25	25
				炮线距(m)	200	400	400
接收线距(m)	150	150	150

b)计算CMP属性信息，下表是拟采用的三观测系统方案的一小部分CMP属性信息；

方案3	方案4	方案5
			面元号：311，200面元中点坐标[米]：-2693.750，3793.750覆盖次数：96最大炮检距[米]：2666.00最小炮检距[米]：17.00平均炮检距[米]：1430.30中间炮检距[米]：1341.50炮检距范围[米]：2649.00方位角[度]  偏移距[米]296.21918   2666.00300.80284   2315.00306.53241   1982.00314.55382   1679.00326.01299   1424.00341.48285   1249.000.57296     1187.00	面元号：295，200面元中点坐标[米]：-2693.750，3593.750覆盖次数：48最大炮检距[米]：2666.00最小炮检距[米]：17.00平均炮检距[米]：1442.60中间炮检距[米]：1341.50炮检距范围[米]：2649.00方位角[度]  偏移距[米]326.01299   1424.00306.53241   1982.00296.21918   2666.0060.73352    1840.0042.39888    1203.000.57296     887.00317.99159   1186.00	面元号：460，200面元中点坐标[米]：-2693.750，5356.250覆盖次数：48最大炮检距[米]：2644.00最小炮检距[米]：318.00平均炮检距[米]：1427.21中间炮检距[米]：1481.00炮检距范围[米]：2326.00方位角[度]  偏移距[米]1.71887     1188.00327.15890   1411.00307.10539   1962.00296.21918   2644.0053.85803    2022.0034.95043    1453.0065.31719    2131.00

18.90761    1257.0034.37747    1438.0045.26367    1697.00。。。。。。

299.08396     1818.00289.91664     2547.0053.28508      2002.00。。。。。。

51.56620      1442.0020.62648      949.00332.31553     1000.00。。。。。。

c)利用发明内容中的3)至7)计算剩余时差、各种叠加振幅特性和压制特性的分布，并绘制图件(图7-图9)；图7至图9是绘制的三个观测系统的综合振幅特性频数图。

d)从图7至图9所示的三个观测系统的振幅压制特性频数图，可见方案1中频数分布范围所对应压噪特性区间为0.22-0.26，主频数对应噪声振幅压制特性值0.24；方案2中频数分布范围所对应压噪特性区间为0.3-0.44，主频数对应噪声振幅压制特性值0.32；方案3中频数分布范围所对应压噪特性区间为0.3-0.54，主频数对应噪声振幅压制特性值0.36。由此可知，高覆盖次数的方案1压噪效果最好，同样48次覆盖的情况下，方案2的正交观测系统具有较强的压噪特性。

e)用方案3的观测系统去做地震数据采集，处理采集到地震资料获到地震剖面。图10是经方案3采集、处理得到的其中一条叠加剖面，图11是把方案3采集的数据抽成方案4的数据处理得到的相同位置的叠加剖面，图12是用方案5采集的数据处理得到的叠加剖面，图11与图12所示的两条剖面相距2.5km。比较三者，显然经方案3采集、处理得到的叠加剖面信噪比最高，方案5干扰背景最强。比较图10和图11在700ms～800ms剖面细节，图10中有良好的反射相位，在图11中很难见到该反射相位，从而也证明用方案3实施采集是正确的选择。

尽管本发明的优选实施方案已通过实施例详细描述，但是显而易见，本领域技术人员会对此进行修饰和改进。另外，本发明的实施方案不应解释为仅受到实施例或附图的限制。然而，特别值得注意的是，这些修饰和改进也落入本发明的范围内，正如权利要求书所述。例如，作为一个实施方案的部分所述的特征可用于另一实施方案中从而产生其他实施方案。因此，本发明旨在覆盖如同在权利要求的范围内的这些修饰和变化及其等同物。

Claims (2)

1.一种三维地震采集观测系统压制噪音估算方法，包括以下步骤：

(1)收集用地震勘探设备获取的地震剖面、井资料、表层的地震波速度和频率、地下目的层的平均速度、地面次生干扰、地理信息；

(2)利用获取的地震剖面、井资料、表层的地震波速度和频率、地下目的层的平均速度、地面次生干扰、地理信息，结合地质任务设计多种三维地震勘探观测系统方案；

(3)计算CMP属性信息，其包括CMP面元位置与干扰源的距离、CMP道集内每个炮检对的偏移距、方位角以及炮检连线与CMP面元至次生干扰源连线的夹角，所述的夹角以下简称为“干扰源的相对方位角”；

(4)通过下面公式(1)计算的有效波与噪音之间的剩余时差：

$\mathrm{\δ}{t}_{\mathrm{ij}}=\frac{1}{{2V}_d}(\sqrt{x_{\mathrm{ij}}^2+{4l}_i^2+{4x}_{\mathrm{ij}}{l}_i\cos {\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}}}+\sqrt{x_{\mathrm{ij}}^2+{4l}_i^2-{4x}_{\mathrm{ij}}{l}_i\cos {\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}}})-t_0\sqrt{1+\frac{x_{\mathrm{ij}}^2}{V^2{t}_0^2}}+\mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{ij}}---\left(1\right)$

其中：i为下标，表示CMP的序号

j为下标，表示CMP中地震道的序号

δt_ij为第i个CMP道集中第j道的噪音的剩余时差

V_d为噪音的传播速度

x_ij为第i个CMP道集中第j道炮检距

l_i为第i个CMP道集与次生干扰源距离，通过次生干扰源位置坐标和CMP点位置坐标计算得到

α_ij为第i个CMP道集中第j道的干扰源相对方位角

t₀为双程旅行时表示的目的层埋深

V为反射波的传播速度

Δt_ij为低降速带对第i个CMP道集中第j道的时间影响；

(5)根据剩余时差计算噪音的叠加振幅特性；

(6)通过计算各个共中心点噪音的综合振幅压制特性，

以及通过公式

计算各个共中心点噪音的分频振幅压制特性；

其中：k为下标，表示噪音频率采样的序号；

为第i个CMP点的噪音的综合振幅特性；M为噪音频率的采样个数；K_i(ω_k)为第i个CMP点第k个频率采样的噪音叠加振幅特性，ω_k为噪音频率范围内的第k个频率值；

为第i个CMP点噪音的分频平均振幅特性，m₁和m₂是计算噪音压制特性时限定的频率范围，且以频率采样的序号表示，即1≤m₁＜m₂≤M；

(7)根据综合振幅压制特性频数和分频振幅压制特性频数，得到相应的频数图；从得到的频数图导出频幅特性的平面变化和统计特征；

(8)用振幅压制特性最小的三维观测系统实施地震数据采集，然后将采集的资料去做资料处理，获到较高信噪比的地震剖面。

2.如权利要求1所述的三维地震采集观测系统压制噪音估算方法，其特征在于步骤(5)所述的剩余时差计算噪音的叠加振幅特性是计算三维地震数据采集时伴生的折射波、直达波和次生干扰的剩余时差，由此得到它们的叠加振幅特性。

Images