复杂障碍物区三维地震观测系统多方位角变观设计技术及应用.pdf
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1、第 卷第期 年月物探化探计算技术 收稿日期:基金项目:河北省科学技术厅院士合作重点单位和院士工作站项目()第一作者:田锦瑞(),男,学士,高级工程师,主要研究方向为地震数据采集处理解释,:。通信作者:张昭(),男,学士,高级工程师,主要研究方向为煤田地震勘探工作,:。文章编号:()复杂障碍物区三维地震观测系统多方位角变观设计技术及应用田锦瑞,亚东菊,张昭,曹秀森,张晓盼,牛清华,邱兆泰(河北省煤田地质局物测地质队,邢台 )摘要:村庄作为大型障碍区在地震数据采集施工过程中往往会成为整个工区的施工难点。为解决这些难点问题,对地震采集观测系统进行特殊观测系统设计是唯一有效的技术途径。项目的地震数据采
2、集质量和采集成本与特殊观测系统的设计的优劣息息相关。这里使用基于贪心算法的特殊观测系统优化设计程序,在测试工区对大型村庄障碍区和浅层地震地质条件运用了不同测线方位角的交叠观测系统设计。在村庄等具备不同测线方位角的观测系统布设条件的大型障碍区,使用优化合理、经济适用的特观设计做出了初步尝试,为野外地震数据采集工作的降本增效提供了有利的技术支持。关键词:方位角;多观测系统交叠;特殊观测系统设计中图分类号:文献标志码:犇 犗 犐:引言三维地震勘探项目的地震数据采集难度,通常与区内的地表复杂程度存在较大关系。当施工区域内存在湖泊、村庄、工厂等大型障碍区时,障碍区下一定深度的地震数据将会丢失。这致使区域
3、中浅层地质任务无法完成,并且地震数据采集的施工成本控制将变得极其困难。目前解决这些问题的主要技术手段为,增加布置与原有观测系统同测线方位角的特殊观测系统。特殊观测系统设计通常首先要依据障碍区复杂程度进行分级,在此基础上将局部的激发点和接收点的物理位置及组合方式进行合理、可行的修改,以弥补因障碍区造成的目的层地震数据缺失。优秀的特殊观测系统设计需在覆盖次数、炮检距分布及方位角分布上具备良好的均匀性。近些年,诸多学者在特殊观测系统方面做了许多研究,徐忠华设计了 地震软件,该软件具有人工特殊观测系统设计功能,可对实际覆盖情况进行模拟演示,并及时指导野外生产;李飞等提出树枝型特殊观测系统,在野外现场进
4、行实施中取得了较好的应用效果;孙希杰针对大村庄、铁路及公路等多种障碍物,使用 结合克浪软件,采用人机交互方式反复论证,取得高质量的地震原始数 据;刘 军 胜利 用 加 减 法 设 计 思 路,通 过 软件的观测系统设计模块,在激发点障碍区的特殊观测系统设计应用中获取了高品质的地震资料;王树威应用克浪地震采集设计系统进行特殊观测系统设计,在我国东部某复杂区的实际应用中取得了良好的野外数据资料。基于此,笔者使用了基于贪心算法的地震数据,采集特殊观测系统设计优化程序,结合在山东省西南部地表复杂区的三维地震数据采集工作,针对该区中应用不同测线方位角的观测系统叠加,实现特殊观测系统设计进行了探讨,为不同
5、测线方位角的观测系统叠加,在大型障碍区的特殊观测系统设计做出了尝试。系统设计优化程序简介地震数据采集特殊观测系统设计优化程序是基于贪心算法开展的程序设计。贪心算法是一种以局部最优解叠加来近似达到整体最优解的算法。在程序的设计过程中,结合当前面元中叠加次数的缺失情况,选取修补效果最佳的炮检组合,在不断修改缺失情况的同时,不断累加这种最佳组合以达到最为经济的变观方案。算法的实现如图所示,由面元中缺失的叠加次数建立模型,并评价所有可用炮检组合的对于缺失模型的修补程度,选取修补效果最佳的一个组合,将该组合修补后的模型替代原模型,并将该组合添加至最终输出的方案中,继续以上循环。在该循环过程中,若选取的最
6、佳组合满足跳出条件,即选取的组合数达到设定的上限,则修补效果满足需求,则输出最终方案,并终止程序。图中虚框内的流程即为贪心算法在本程序设计中的应用过程。方位角观测系统叠加的理论支撑当前主流的地震数据采集设计中,整个地震数据采集过程通常使用单一测线方位角的观测系统。单一测线方位角的三维地震数据采集系统,可以将地震波反射点集中于设计的面元中心,对于后期数据的准确性有着重要意义。单一测线方位角的地震数据采集系统可以更加高效地施工,使施工成本得到良好控制。然而,在某些工区施工过程中,因地震数据采集区域内地表条件极为复杂,大型障碍物(如村庄、河湖)的存在,致使设计的接收点与激发点无法布设,影响障碍物下方
7、的地震数据采集,且在原设计的测线方位角下进行特殊观测系统设计已无法达成项目任务。因此,在实际工作中我们需要结合村庄内部建筑、道路的实际特点,考虑布设不同与原设计测线方位角的观测系统,沿村庄道路进行布设接收点,并在村庄内主要道路进行采集作业,完成障碍物下方的地震数据采集任务。图地震数据采集变观设计优化程序流程图 实际施工过程中,由于观测系统间的测线方位角的不同、激发点和接收点不符合理论点位,会造成观测系统面元中的(共中心点)位置分散,对于这种情况,数据采集质量将与面元设计大小具有直接关系。在地震数据采集观测系统的设计过程中,面元的大小是非常重要的。面元的大小将直接影响地震数据资料的横向分辨率精度
8、,更对构造及断裂细节特征的解释产生重要的影响,对于各面元叠加时的反射信息的真实性具有根本性作用。因此,特观设计必须满足面元大小的要求。鉴于对以上因素的考虑,面元大小必须满足以下三个方面的要求:)满 足 横 向 分 辨 率 的 要 求。考 虑 分 辨 主 要目的层的最小地质体的横向尺度,则需要在地震信号优势频率的波长内要有不少于个采样点,对应的面元就能保证有良好的分辨率,具体公式为式()。犫犞 (犳狆)()式中:犫为面元尺寸();犞 为目的层上覆地层层速物探化探计算技术 卷度();犳狆为目的层主频()。)满足最高无混叠频率的要求。考虑偏移前最高无混叠频率的要求,每个倾斜同相轴都有一个偏移前可能的
9、最高无混叠频率犳 ,它依赖于此同相轴的上一层的速度犞 、倾角和面元的大小,计算公式为式()。犫犞 (犳 )()式中:犫为面元尺寸();犞 为目的层上覆地层层速度();犳 为最高无混叠频率(),为地层最大倾角()。)满足 绕射收敛要求。犫犞 (犳 )()式中:犫为面元尺寸();犞 为均方根速度();犳为最高无混叠频率()。鉴于以上参数,结合目标区域的相关参数得出数据如表所示。该区实际使用的面元采集参数为,依据论证结果,在目标区中,当选择面元最小尺寸不大于 时,则面元内数据可满足反射信息正确成像;当选择面元最小尺寸不大于 时,则可满足对断点绕射的充分收敛;当选择面元最小尺寸的不大于 时,则可满足最
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