能够做三维地震勘探的单位
我们是一个煤矿单位，需要在井田范围内进行三维地震勘探，面积约2平方公里，寻求三维地震勘探单位，请推荐。...
我们是一个煤矿单位，需要在井田范围内进行三维地震勘探，面积约2平方公里，寻求三维地震勘探单位，请推荐。
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摘 要 在做三维勘探设计时要注意两个主要问题：其一，必须选择合适的观测系统来正确处理信号一即分辨率和振幅保真度；第二，这个观测系统必须以某种方式衰减随机出现的各种类型的噪音。在下面描述的设计过程中将表明如何实现这两个目标(以最佳方式记录地震信号，并且尽可能地衰减噪音)，无论地下地层多么复杂，这个方法都可以应用到任何地区三维勘探中。
传统的三维设计方法其本质没有任何错误(Cordsen等人，2000)，但我们下面的设计更为合理，可以更精确地描述目标，而且可以更“巧妙”实现三维采集要达到的目的。
方 法
设计适宜观测系统的步骤如下：
1．定义要分辨主要目的层厚度所需要的最大频率(Fmax)，可以从测井曲线合成记录获得。
2．估算从地表到目的层间隔的平均非弹性衰减系数Q(品质因素)——合适的Q因子是从零偏移距的VSP的下行波频谱比中求得的。
3．从估算的Q值可以做出一个有效频率与时间或者深度的关系图，这个图由发散损失、传播和反射损失以及非弹性衰减因子决定，与近地表振幅相比，一旦高频信号下降接近110dB或者更低，它被认为丢失，因为它被使用5位或更少的数字记录，如进行反褶积运算，将会强烈破坏这个不当的数值(24位记录系统其动态范围仅为138dB，而且5位或少于5位=30dB)。注意：仪器前放增益(从0-60dB)“提升到”110dB，对于记录工区内感兴趣的目的层信号是有用的(从浅层到深层目标)，从而保证记录到所有重要目的层(反射)的信号。
4．应用石油物理信息(声阻抗与孔隙度的关系图)建立检测准则——即我们希望能看到的主要目的层的最微小的变化。例如5％孔隙度的变化可以在地震道声阻抗上显示8％的变化。如果地震噪音水平比这个值高，那么，我们则不能观测到这个改变，因此，我们可以建立目标所期望的信噪比。
5．从对整个衰减过程的研究(如上第3点所提)，我们可以估算出在目标层能看到的最大频率。这个频率也许比Fmax低(如上1)，在这种情况下，我们得到没有选择，只能接受新的(较低)Fmax，因为地球自己阻止我们从目的层得到任何更高的频率。
现在我们则可以计算所需的震源能量。在海洋环境下，计算则非常简单。周围环境的噪音水平通常我们都可知的(几微巴的噪音)而且震源的能量也是可以用相似的单位测量(巴／米)。因此一旦检测准则知道后，就可以计算所需的能量使信号高于周围的环境噪音水平。在陆上的情况则不是这么简单，通常野外试验是用来确定震源能量的必要方法——即合适的能量能给我们提供目的层的最高频率。
6．从原始单炮数据估计所期望的信噪比。这个信噪比可以直接从一些典型的试验炮中得到，也可以用叠加(或偏移叠加)信噪比除以叠加剖面的覆盖次数的平方根得到。
因为：
覆盖次数=(最终叠加偏移的信噪比／原始数据的信噪比)2
所以，原始数据的信噪比=偏移信噪比／覆盖次数0.5。
利用现有的叠加的优点就是信噪比的提高在处理时就得到了重视。因此，后续为达到所期望的信噪比而进行的覆盖次数的计算更为可靠。
当我们对该地区一无所知时，一个经验做法是要求叠加信噪比等于4，任何低于此水平的最终叠加偏移将通常意味着解释人员将很难确定潜在的目的层。任何高于此水平的都被视为额外所得。
7．从期望的S／N(以上4所提到的)和估计的原始数据的信噪比(基于现有数据的覆盖次数，以上6提到的)我们能确定所需要的设计的覆盖次数。
8．接着需要计算面元的大小。
用Fmax(所需要的最大频率)，我们能估算出横向和纵向分辨率(Vermeer，2002)。
Rx=(Vrms×0.715)／(2×Fmax×sin(θmax)×cos(i))
在最好的情况下(最大有效偏移孔径，而且是零偏移距的炮-检对)分辨率约等于最大频率的1/4波长。这个分辨率也等于正确记录来自最大倾角处(90°)的最大频率所需的面元尺寸，最大倾角(θmax)，速度(Vrms)，最大频率(非假频)(Famx)和面元尺寸(Δx)有如下关系：
Δx=Vrms／(4×Fmax×sin(θmax)) （1）
因而，最合适的面元尺寸通常用90°倾角和Vrms／(4×Fmax)得到，或者1／4最大频率的波长。
实际中这点通常被放松(经常使用的面元尺寸都比较大)，因为去估算每一个角度用最大频率实际操作确实不现实(没有提及非常昂贵的费用)。例如，一个速度为3000m／s、Fmax为60Hz计算出的较合适的面元尺寸为12.5m，这比在今天大多数陆上勘探所采用的面元都小的多。一个更典型的计算也许是，对于倾角为30°或者更小的地层，我们期望得到最大频率为Fmax=60Hz，这样容许面元尺寸放宽为25m。
倾角(θmax)固定在30°，这个关系基于方程式（1）和各种频率与速度所应用的面元大小(层线)，增长的速度关系到深度的增加，或者时间的增加，由此可得出Fmax在30°倾角随深度而加深的关系，这可用来选择不同的面元尺寸。
大频率一定是能够从地表的震源到达目的层，再返回到地表检波器频率成分。
如果Fmax太高，所选用的面元尺寸则太小，这样将会浪费很多钱用在记录哪些可能得不到的频率上。
相反，如果Fmax太低，面元尺寸将会太大，将会造成从地下接收到的高频是假频，对最终偏移时没有贡献。事实上，第二种情况是世界上大多数地方使用的标准操作程序，换句话讲，大多数勘探都是采样不足。
因而，小面元尺寸通常可以用来提高倾角构造的频率，但是有一定的限定，那就是被大地所吸收衰减的高频不能低于我们所能记录到的水平。
9．最小和最大偏移距的确定(Xmin和Xmax)。这些经常要从处理过程中所用的切除函数来计算，或者根据速度导出的自动拉伸切除计算。一个经验做法是使用动校拉伸切除系数的20％～25％，如果长偏移距能成功应用的话拉伸系数甚至更高，可到30％。最小偏移距则由所感兴趣的最浅目的层决定，而最大偏移距与所要勘探的最深目标相关。这两个值(Xmin和Xmax)将被用于估算炮线距和排列线距(对于最浅目的层的单次覆盖和等线间距，等于Xmin×21/2)以及线束的维(长短与宽窄)。
10．偏移孔径
每一炮都可以产生一个波场，波场要穿透地下而且同时反射向上到在地表被记录。每一道必须记录足够的时间以便能将来自地下反射界面上各点的自反射记录下来，不考虑从炮点到地下反射点再到接收点的距离。而且勘探工区本身在空间上要足够大以便在该区内所有重要的反射都包含在记录区域内(偏移孔径)，对复杂地区，这一步也许需要建立三维模型。
三维模型可通过射线追踪建立合成三维数据体，这个通过射线追踪获得的复杂数据体具备精确的时间和振幅。这能使研究人员能观查到地形对处理的影响一尤其是PSDM(叠前深度偏移)。据此，可以确定任何目的层上的照明度。在地下复杂的区域，对指定的采集观测系统，这样的射线追踪能够建立“可视化”或者其他形式的勘探目标。
偏移孔径(等于要完全记录重要的所有倾斜构造的边缘信息而增加的勘探面积)通常由一个目的层3D“块”模型计算得来。这里标有颜色的目的层显示(这里的颜色是偏移孔径的值)使得我们看到在建议的勘探中需要在每个边缘增加的量，这样就可以得到炮点和接收点的总面积。
11．现在可以提出各种备选的观测系统了。关键的参数如面元尺寸(如上8所提)、覆盖次数(如上7所提)和Xmax(如9所提)一定不能改变。当然炮点和检波点的间隔(SI和RI)是所需要面元大小的两倍。因而仅可变的就是炮线距和检波线距(SLI和RLI)。但是，我们有Xmin2=SLI2+RLI2(假定炮线和检波线的布设是正交的)。在大多数情况下，我们要建立这些“备选”的观测系统，即所有的都能满足期望的面元尺寸和覆盖次数，而且满足Xmin和Xmax的要求并不是很困难的。
我们通常的改变就是线间距(SLI和RLI)，这取决于是炮、检线哪个花费更贵。因此，在靠直升飞机支持的山区地形，炮点通常比检波点的花费更大，因此我们就让炮线距(SLI)尽可能大以便使炮点的数量最少。在OBC勘探时接收点比炮点(气枪)花费更大，因此我们就让检波线距尽可能地大。
在所有的正交观测系统中，过大地偏离炮点到检波点的对称性是很不明智的。由于非对称性的增加将会改变偏移响应的子波脉冲，这将导致在沿着正交的两个方向出现所不期望的分辨率差异。
很多勘探都使用了不同的炮点和检波点间隔。这种做法会造成在炮线和检波线方向上的有不同的分辨率。这样将会造成一个真实的3D构造在各种方向上不均衡的成像。内插将不能纠正这个问题。那些在野外没有被记录的东西(在两个方向上小的空间波长)不能用处理技术来恢复。
12．备选的每一个观测系统也能测试他们对各种类型噪音的响应——线性噪音、环境背景的随机噪音、多次波等等。当炮线和接收线在为了回避障碍物而有小的移动的时候，将需要对这些备选的观测系统进行测试。在噪音衰减方面做的最好的一个将是唯一“胜出的”观测系统。当然所有的候选观测系统都选定了最佳的面元尺寸、所需要的覆盖次数等等。这个“胜出者”还要具有最佳的成像属性。
13．现在则可以评估“胜出的”观测系统的投入和各项费用了。根据估算的结果(高于或低于预算)可以做些小的改动。如果需要做大的改变，则首先考虑牺牲的是Fmax，这样会降低我们所期望的高频导致我们选择较大的面元从而实现花费较低的勘探。另外一个可以牺牲的是期望的信噪比(S／N)，换句话讲就是降低覆盖次数。
14．通常情况下这些问题在设计结束后是没有答案的，野外试验能最终解决这些问题。例如，炸药震源的费用取决于炮井的深度。而只有在野外进行系统的试验才能完全的回答最佳的炮井深度问题和药量问题。
因而，在正式勘探施工前的野外试验通常用来回答如下问题：
震源参数(炮井的深度和药量的多少；可控震源的参数——震源强度、扫描频率、组合参数等等)。
接收参数(检波器埋或者不埋，检波器类型等等)
组合参数——炮点和检波点两者都要考虑，用来压制炮产生的面波。
记录增益能优化目的层频率的采样。
传统的三维设计方法其本质没有任何错误(Cordsen等人，2000)，但我们下面的设计更为合理，可以更精确地描述目标，而且可以更“巧妙”实现三维采集要达到的目的。
方 法
设计适宜观测系统的步骤如下：
1．定义要分辨主要目的层厚度所需要的最大频率(Fmax)，可以从测井曲线合成记录获得。
2．估算从地表到目的层间隔的平均非弹性衰减系数Q(品质因素)——合适的Q因子是从零偏移距的VSP的下行波频谱比中求得的。
3．从估算的Q值可以做出一个有效频率与时间或者深度的关系图，这个图由发散损失、传播和反射损失以及非弹性衰减因子决定，与近地表振幅相比，一旦高频信号下降接近110dB或者更低，它被认为丢失，因为它被使用5位或更少的数字记录，如进行反褶积运算，将会强烈破坏这个不当的数值(24位记录系统其动态范围仅为138dB，而且5位或少于5位=30dB)。注意：仪器前放增益(从0-60dB)“提升到”110dB，对于记录工区内感兴趣的目的层信号是有用的(从浅层到深层目标)，从而保证记录到所有重要目的层(反射)的信号。
4．应用石油物理信息(声阻抗与孔隙度的关系图)建立检测准则——即我们希望能看到的主要目的层的最微小的变化。例如5％孔隙度的变化可以在地震道声阻抗上显示8％的变化。如果地震噪音水平比这个值高，那么，我们则不能观测到这个改变，因此，我们可以建立目标所期望的信噪比。
5．从对整个衰减过程的研究(如上第3点所提)，我们可以估算出在目标层能看到的最大频率。这个频率也许比Fmax低(如上1)，在这种情况下，我们得到没有选择，只能接受新的(较低)Fmax，因为地球自己阻止我们从目的层得到任何更高的频率。
现在我们则可以计算所需的震源能量。在海洋环境下，计算则非常简单。周围环境的噪音水平通常我们都可知的(几微巴的噪音)而且震源的能量也是可以用相似的单位测量(巴／米)。因此一旦检测准则知道后，就可以计算所需的能量使信号高于周围的环境噪音水平。在陆上的情况则不是这么简单，通常野外试验是用来确定震源能量的必要方法——即合适的能量能给我们提供目的层的最高频率。
6．从原始单炮数据估计所期望的信噪比。这个信噪比可以直接从一些典型的试验炮中得到，也可以用叠加(或偏移叠加)信噪比除以叠加剖面的覆盖次数的平方根得到。
因为：
覆盖次数=(最终叠加偏移的信噪比／原始数据的信噪比)2
所以，原始数据的信噪比=偏移信噪比／覆盖次数0.5。
利用现有的叠加的优点就是信噪比的提高在处理时就得到了重视。因此，后续为达到所期望的信噪比而进行的覆盖次数的计算更为可靠。
当我们对该地区一无所知时，一个经验做法是要求叠加信噪比等于4，任何低于此水平的最终叠加偏移将通常意味着解释人员将很难确定潜在的目的层。任何高于此水平的都被视为额外所得。
7．从期望的S／N(以上4所提到的)和估计的原始数据的信噪比(基于现有数据的覆盖次数，以上6提到的)我们能确定所需要的设计的覆盖次数。
8．接着需要计算面元的大小。
用Fmax(所需要的最大频率)，我们能估算出横向和纵向分辨率(Vermeer，2002)。
Rx=(Vrms×0.715)／(2×Fmax×sin(θmax)×cos(i))
在最好的情况下(最大有效偏移孔径，而且是零偏移距的炮-检对)分辨率约等于最大频率的1/4波长。这个分辨率也等于正确记录来自最大倾角处(90°)的最大频率所需的面元尺寸，最大倾角(θmax)，速度(Vrms)，最大频率(非假频)(Famx)和面元尺寸(Δx)有如下关系：
Δx=Vrms／(4×Fmax×sin(θmax)) （1）
因而，最合适的面元尺寸通常用90°倾角和Vrms／(4×Fmax)得到，或者1／4最大频率的波长。
实际中这点通常被放松(经常使用的面元尺寸都比较大)，因为去估算每一个角度用最大频率实际操作确实不现实(没有提及非常昂贵的费用)。例如，一个速度为3000m／s、Fmax为60Hz计算出的较合适的面元尺寸为12.5m，这比在今天大多数陆上勘探所采用的面元都小的多。一个更典型的计算也许是，对于倾角为30°或者更小的地层，我们期望得到最大频率为Fmax=60Hz，这样容许面元尺寸放宽为25m。
倾角(θmax)固定在30°，这个关系基于方程式（1）和各种频率与速度所应用的面元大小(层线)，增长的速度关系到深度的增加，或者时间的增加，由此可得出Fmax在30°倾角随深度而加深的关系，这可用来选择不同的面元尺寸。
大频率一定是能够从地表的震源到达目的层，再返回到地表检波器频率成分。
如果Fmax太高，所选用的面元尺寸则太小，这样将会浪费很多钱用在记录哪些可能得不到的频率上。
相反，如果Fmax太低，面元尺寸将会太大，将会造成从地下接收到的高频是假频，对最终偏移时没有贡献。事实上，第二种情况是世界上大多数地方使用的标准操作程序，换句话讲，大多数勘探都是采样不足。
因而，小面元尺寸通常可以用来提高倾角构造的频率，但是有一定的限定，那就是被大地所吸收衰减的高频不能低于我们所能记录到的水平。
9．最小和最大偏移距的确定(Xmin和Xmax)。这些经常要从处理过程中所用的切除函数来计算，或者根据速度导出的自动拉伸切除计算。一个经验做法是使用动校拉伸切除系数的20％～25％，如果长偏移距能成功应用的话拉伸系数甚至更高，可到30％。最小偏移距则由所感兴趣的最浅目的层决定，而最大偏移距与所要勘探的最深目标相关。这两个值(Xmin和Xmax)将被用于估算炮线距和排列线距(对于最浅目的层的单次覆盖和等线间距，等于Xmin×21/2)以及线束的维(长短与宽窄)。
10．偏移孔径
每一炮都可以产生一个波场，波场要穿透地下而且同时反射向上到在地表被记录。每一道必须记录足够的时间以便能将来自地下反射界面上各点的自反射记录下来，不考虑从炮点到地下反射点再到接收点的距离。而且勘探工区本身在空间上要足够大以便在该区内所有重要的反射都包含在记录区域内(偏移孔径)，对复杂地区，这一步也许需要建立三维模型。
三维模型可通过射线追踪建立合成三维数据体，这个通过射线追踪获得的复杂数据体具备精确的时间和振幅。这能使研究人员能观查到地形对处理的影响一尤其是PSDM(叠前深度偏移)。据此，可以确定任何目的层上的照明度。在地下复杂的区域，对指定的采集观测系统，这样的射线追踪能够建立“可视化”或者其他形式的勘探目标。
偏移孔径(等于要完全记录重要的所有倾斜构造的边缘信息而增加的勘探面积)通常由一个目的层3D“块”模型计算得来。这里标有颜色的目的层显示(这里的颜色是偏移孔径的值)使得我们看到在建议的勘探中需要在每个边缘增加的量，这样就可以得到炮点和接收点的总面积。
11．现在可以提出各种备选的观测系统了。关键的参数如面元尺寸(如上8所提)、覆盖次数(如上7所提)和Xmax(如9所提)一定不能改变。当然炮点和检波点的间隔(SI和RI)是所需要面元大小的两倍。因而仅可变的就是炮线距和检波线距(SLI和RLI)。但是，我们有Xmin2=SLI2+RLI2(假定炮线和检波线的布设是正交的)。在大多数情况下，我们要建立这些“备选”的观测系统，即所有的都能满足期望的面元尺寸和覆盖次数，而且满足Xmin和Xmax的要求并不是很困难的。
我们通常的改变就是线间距(SLI和RLI)，这取决于是炮、检线哪个花费更贵。因此，在靠直升飞机支持的山区地形，炮点通常比检波点的花费更大，因此我们就让炮线距(SLI)尽可能大以便使炮点的数量最少。在OBC勘探时接收点比炮点(气枪)花费更大，因此我们就让检波线距尽可能地大。
在所有的正交观测系统中，过大地偏离炮点到检波点的对称性是很不明智的。由于非对称性的增加将会改变偏移响应的子波脉冲，这将导致在沿着正交的两个方向出现所不期望的分辨率差异。
很多勘探都使用了不同的炮点和检波点间隔。这种做法会造成在炮线和检波线方向上的有不同的分辨率。这样将会造成一个真实的3D构造在各种方向上不均衡的成像。内插将不能纠正这个问题。那些在野外没有被记录的东西(在两个方向上小的空间波长)不能用处理技术来恢复。
12．备选的每一个观测系统也能测试他们对各种类型噪音的响应——线性噪音、环境背景的随机噪音、多次波等等。当炮线和接收线在为了回避障碍物而有小的移动的时候，将需要对这些备选的观测系统进行测试。在噪音衰减方面做的最好的一个将是唯一“胜出的”观测系统。当然所有的候选观测系统都选定了最佳的面元尺寸、所需要的覆盖次数等等。这个“胜出者”还要具有最佳的成像属性。
13．现在则可以评估“胜出的”观测系统的投入和各项费用了。根据估算的结果(高于或低于预算)可以做些小的改动。如果需要做大的改变，则首先考虑牺牲的是Fmax，这样会降低我们所期望的高频导致我们选择较大的面元从而实现花费较低的勘探。另外一个可以牺牲的是期望的信噪比(S／N)，换句话讲就是降低覆盖次数。
14．通常情况下这些问题在设计结束后是没有答案的，野外试验能最终解决这些问题。例如，炸药震源的费用取决于炮井的深度。而只有在野外进行系统的试验才能完全的回答最佳的炮井深度问题和药量问题。
因而，在正式勘探施工前的野外试验通常用来回答如下问题：
震源参数(炮井的深度和药量的多少；可控震源的参数——震源强度、扫描频率、组合参数等等)。
接收参数(检波器埋或者不埋，检波器类型等等)
组合参数——炮点和检波点两者都要考虑，用来压制炮产生的面波。
记录增益能优化目的层频率的采样。
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