[科普中国]-地震数据采集

地震数据采集参数分析

地震数据采集参数主要涉及三个方面的内容，即激发参数、排列参数和接收参数。激发参数分析包括激发井深的确定；排列参数包括接收排列最小、最大炮检距、面元大小、接收道距、偏移孔径等；接收参数包括接收组合距计算和组合特性分析。这些参数是地震数据采集的关键，选择的好与坏，将直接决定能否得到好的原始单炮地震资料。因此，采集参数分析是一项十分重要的工作，必须科学地、系统地进行论证分析，以便得到最佳的采集参数。

激发参数激发参数主要是确定最佳的激发井深，以保证激发能量可最大限度地向地下传播，且有一个宽频带的激发子波。要得到最佳的激发参数，首先要进行表层结构的调查。表层结构一般地可通过小折射、微测井方法来调查清楚。表层调查的目的对激发分析来说，是要了解地下潜水面，因为在潜水面下(胶泥层中)最有利于地震波的激发。潜水面在工区中常常是变化的，激发深度也应该随着变化，才能够得到最好激发效果；其次，需要进行虚反射分析，即激发的子波一部分直接向地下传播，另一部分向上(潜水面)传播后再反射向地下传播。把这两部分能量将叠加在一起，从而改变了原始激发子波的能量和频带，井深选择合适子波的能量能够加强，频带影响小；反之，子波的能量减弱，频带影响大。激发参数分析即要查明潜水面，并在潜水面下适当的深度激发以避免虚反射的影响，保证最佳激发效果。

排列参数排列参数包括接收排列最小、最大炮检距、面元大小、接收道距、偏移孔径等。分述如下。

（1）最小炮检距指接收排列的最小偏移距离。在原则上，最小炮检距应当足够小，最大不能超过浅层目的层的深度，以便保证对浅层目的层有适当的覆盖次数。检波点离跑点太近，爆炸将引起较严重的干扰，接收到的是无意义的干扰信息，太大会造成浅层覆盖次数空白，实际生产中一般选在100m左右就可以了。

（2）最大炮检距指接收排列的最大偏移距离。最大炮检距是采集观测系统中一个最重要的参数之一，需要考虑的因素较多。如地震处理中动校拉伸使波形畸变，炮检距越大，波形畸变就越大。因此，根据动校拉伸系数的限制就决定了最大炮检距的上限值；根据速度精度分析的要求，炮检距越大，速度分析的精度就越高，由此根据对速度精度的要求可决定最大炮检距的下限值；根据目的层的反射系数可决定最大炮检距，如常归的纵波勘探要求具有稳定的反射系数；根据面波和深层折射波的干扰带确定最大炮检距，当大于干扰带处理时被切除。此外，在多次波发育的地区，既要考虑利用排列长度压制多次波，又要有足够的排列长度。在实际生产中，对最大炮检距的分析，要根据勘探工区的实际特点，综合上述因素，才能确定最合理的最大炮检距值。

（3）面元是三维勘探中的术语，在二维中称CDP点距。面元的大小与勘探工作量(或勘探成本)成平方关系。因此，在满足勘探任务的前提下，应尽可能采用大的面元。决定面元的因素有三个方面，第一是勘探目标，要能够得到分辨一个小目标，最少要有三个记录道数。因此，勘探中分辨最小目标的三分之一，即是对面元大小的基本估计；第二是无混叠频率产生，它依赖于地层的倾角、地层的层速度和最大有效频率。地层的倾角越大、最大有效频率越高，面元就越小，地层的层速度越快，面元越大；第三是横向分辨率，空间两个绕射点距离小于最高频率的一个空间波长，它们就不能够分辨开。因此，要满足横向分辨率的需要，要求对每个优势频率的波长取二个样点，此距离即面元的长度。

（4）接收道距是指两个相邻的接收道的间距。接收道距应当满足空间采样定理，要求接收道距要小于有效波，最小视波长的一半。

（5）偏移孔径是指倾斜地层、断层、绕射点正确归位的距离。倾斜地层和断层的偏移孔径可根据其倾角大小，通过射线路径计算。绕射点的偏移孔径可根据菲涅耳半径或30°绕射范围来计算，前者能够使绕射能量的75%得到收敛；后者能够使绕射能量的98%得到收敛。

接收参数由多个检波器组合在一起进行接收，是为了增强接收地震信号的能量，同时能够很好地压制随机噪声。对于环境的噪声干扰(如刮风、跑车等)，可将检波器埋置到表层20～30 cm处来避开环境噪声干扰。在实际勘探中，存在多种规则的干扰波(如面波、折射干扰、侧面障碍物反射等)，其干扰波特点是具有一定的方向、能量、视速度和视波长。这些规则干扰波如果不在接收过程中压制掉，那么，在后续的处理中就无法将其剔除，从而影响最终地震资料的品质。要压制规则干扰波，首先必须了解干扰波的特点，可采用方形排列的接收来调查干扰波的方向及速度等特性，然后，计算组合距参数，原则是在保护有效波不被压制的条件下，最大限度地压制干扰波。最后，根据干扰波的方向和视波长，设计出最好的组合图形，使干扰波得到压制。同时，也应考虑野外施工的可操作性1。

地震勘探仪器及其技术发展的主要特点地震勘探仪器及其技术发展的主要特点，也是其发展变化的一般规律，主要为：

①油气资源在国计民生中的战略位置，决定了最有效地寻找油气资源的地震勘探工作的重要性，也就决定了地震勘探仪器具有广阔的市场空间，这是地震勘探仪器能够持续发展的根本动力。

②物探方法和技术的进步为地震勘探仪器发展提出了目标，例如物探技术向着高分辨率、高信噪比、高保真度、多波多维多道等技术方向发展，地震勘探仪器向着低噪音、低失真、宽频响应、高速度、实时万道采集能力方向发展。

③上一代仪器存在的固有缺陷为下一代仪器的完善和发展提供了空间，例如模拟光点记录地震仪器不能实现资料共享和重复利用这一问题，就为发展能长期记忆且能重复再现地震数据的磁带记录地震仪器提供了机会。

④用户的追求和希望为地震勘探仪器发展明确了有针对性的、具体的物理特性内容，例如用户总是要求仪器轻巧、耐用、稳定且价廉等，地震勘探仪器便努力做到轻便、牢固、免维护、低功耗、宽工作温度范围、低成本等。

⑤新工艺、新材料、新技术是地震勘探仪器发展进步的依托和基础，各个年代的地震勘探仪器无一不是跟踪应用了当时最先进的计算机技术、电子工程技术、数据传输技术、信号传感技术等，同时也采用了当时最优质的材料和最先进的工艺。

⑥全球电子工业制造技术的规范化和标准化以及软件技术的个性化发展使得地震勘探仪器的硬件组成更为通用和简单，同时，系统的特点和核心技术越来越多地取决于应用软件的功能与性能。在一定意义上，地震勘探仪器关键技术就是电子工程、计算机软、硬件等最新技术的再现2。

对地震仪器的需求地震仪器是真实记录返回地面地震信号的核心装备，既要求不丢失有用的地震信号，又要求对干扰信号充分采样，以利于在野外或室内进行压制。

对于低渗透层、深层、深海、非常规等勘探目标，要求地震勘探的核心装备具有大道数、大动态范围、频率响应宽、数据采集效率高等特点，因此需要地震仪器具有灵活、适应和管理万道以上、海量数据作业的能力，检波器具有高保真、大动态范围、宽频响应的性能，激发设备能够环保且适应高效采集、宽频激发的要求3。

地震仪器的发展地震仪器一直伴随着基础电子工业的发展在不断地发展，经历了光点、模拟、数字、初期遥测、后期遥测、全数字记录、节点到实时无线万道网络遥测等七代发展历程。

（1）第一代是模拟光点记录地震仪器。以51型仪器为代表，以光点感光照相纸记录作为地震勘探的原始资料，信号的动态范围小，频带窄，接收道数少。

（2）第二代为模拟磁带记录地震仪器。以CGG59为代表，以磁带为介质。上述第一、第二阶段代表了模拟地震阶段。

（3）第三代是数字磁带记录地震仪器。以DFS-V、SN338为代表，采用了前置放大、瞬时浮点放大和A/D转换技术，实现了由模拟记录到数字记录的变革，其记录的动态范围、有效频带与接收道数均有大幅提高。这一阶段代表了数字阶段。

（4）第四代是遥测数字地震仪器。以SN368 、OPSEIS5586等为代表，实现了以数字信号形式在电缆上串行传输地震道信息，主机充分地简化，系统的采集能力、抗干扰能力得到了显著提高，带道能力达到1000道。这一阶段促进了三维地震的到来。

（5）第五代是多道遥测数字地震仪器。以SN388、ARIES、BOX 、SYSTEM II等为代表，采用集成的24位A/D转换器取代了先前的瞬时浮点放大器和16位A/D转换器，系统的瞬时动态范围、记录频带又有大幅提升，带道能力达到5000道。

（6）第六代是全数字地震仪器。以原I/O公司的VECTORSEIS和Sercel的DSU系列为代表，以MEMS技术为核心的加速度数字检波器，使整个接收系统的动态范围达}o aB以上，实现了全数字化万道以上实时采集。

（7）第七代地震仪器野外作业方式更加灵活，适宜十万道以上的大道数作业。以有线U系统、实时无线仪器RT2、节点仪器UNITE、 HWAK等为代表。野外布设灵活，具有强大的网络化数据管理能力，促进了“两宽一高”地震采集技术、高效采集技术的推广应用。目前各制造商推出的第七代地震仪器具有不同技术特点和适用能力，大体有三类系统，即有线传输系统、节点系统、实时无线传输系统。

历代地震仪器主要性能见图13。