三维观测系统属性分析研究_黄迎雪

２ 基 于 炮 检 距 变 化 率 的 观 测 系 统优化模型
通过前面的 分 析 可 知，要 求 炮 检 距 分 布 均 匀
即要求相邻炮检对之间炮检距的变化量尽可能接
近最大炮检距与 总 的 覆 盖 次 数 的 比 值，或 者 说 它
们的变化率 与 该 比 值 的 方 差 越 小 越 好。 另 外，在来自百度文库
第９卷 第１期 ２０１２年１月
ＣＨＩＮＥＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＳ
Ｖｏｌ．９，Ｎｏ．１ Ｊａｎ．，２０１２
文 章 编 号 ：１６７２—７９４０（２０１２）０１—００２５—０４
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－７９４０．２０１２．０１．００６
２）炮 检 距 的 均 匀 性 分 析 。 对 于 一 个 三 维 观 测 系统 来 说，炮 检 距 的 均 匀 分 布 对 多 次 波、地 滚 波、 各 种 相 干 、随 机 噪 声 的 压 制 和 衰 减 ，以 及 速 度 分 析 的 精 度 是 极 为 重 要 的 ；否 则 会 引 起 倾 斜 信 号 、震 源 噪 声 ，甚 至 一 次 波 发 生 混 叠 ，致 使 速 度 分 析 发 生 错 误。因此设计观测系统的原则是使目的层位于最 大 炮 检 距 和 最 小 炮 检 距 之 间 ，使 炮 检 距 均 匀 分 布 ， 且近、中、远 炮 检 距 的 覆 盖 次 数 均 匀，避 免 面 元 内 “成 对 ”炮 检 距 出 现 。
２６ 工 程 地 球 物 理 学 报 （Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃｓ） 第９卷
验来确定，而在通 用 的 绿 山 和 克 浪 等 公 司 的 设 计 软 件 也 没 有 提 供 一 个 定 量 分 析 评 判 的 标 准 ，因 此 ， 对观测系统的属性分析有必要建立一些量化的分 析 手 段 ，或 更 加 直 观 的 图 形 评 判 方 法 ，或 从 最 优 化 目标函数的角度去获得观测系统的最佳属性分布 和最合理的参数。
法和手段。
关 键 词 ：三 维 观 测 系 统 ；最 大 炮 检 距 ；优 化 设 计
中 图 分 类 号 ：Ｐ６３１．４
文 献 标 识 码 ：Ａ
收 稿 日 期 ：２０１１－０７－２０
Ｏｎ Ａｔｔｒｉｂｕｔｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ３Ｄ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ
最 大 、最 小 炮 检 距 、面 元 大 小 和 总 的 覆 盖 次 数 论 证
确定以后，相邻炮 检 对 之 间 炮 检 距 的 变 化 量 就 已
经 确 定 了 。 ［４，５］
为此，对于陆 地 震 采 集 所 广 泛 使 用 的 线 束 状
正交观测系统，可 以 建 立 一 个 基 于 炮 检 距 属 性 分
道集内炮检对的 序 号；目 标 函 数 是 要 设 计 的 观 测
系统参数的函数 。 ［６～８］
３ 最 大 炮 检 距 在 面 元 中 分 布 均 匀性的实例应用
选用一个根据地质目标和先前资料已进行了 参数论证的工区来进行观测系统属性分析和优化 设计试验。由参数论证 得 ［９，１０］ 到 的 观 测 系 统 设 计 要 求 如 下 ：面 元 网 格 为２５ｍ×５０ｍ；覆 盖 次 数 为３６ 次；最大炮检 距 范 围 为 ３８００ｍ 左 右；最 小 炮 检 距 为１５０ｍ；最 大 非 纵 距 小 于 或 等 于２８００ｍ。 以 论 证 参数为约束条件，在 炮 检 距 分 布 的 最 优 化 设 计 中 挑选出如图 １ 所 示 的 两 个 观 测 系 统 进 行 对 比 分 析。表１列出了中间满覆盖区域的面元上炮检距 分布 的 最 优 化 目 标 函 数 值。 从 表 １ 可 以 看 出，６ 线１０炮观测 系 统 的 炮 检 距 分 布 总 体 上 要 优 于 ６ 线９炮观测系统的炮检距分布。图２为采用本文 提出方法制作的相邻炮检距的变化率分布曲线， 从中也可看出，６线１０炮观测 系 统 的 相 邻 炮 检 距 的 变 化 率 在 均 值 （１０５ｍ）附 近 的 波 动 要 小 于 ６ 线 ９ 炮观测系统的相邻炮检距的变化率的波动。图３ 是采用绿山软件绘出的中间满覆盖区域相同位置 的８个面元的炮 检 距 分 布 柱 状 图，进 一 步 说 明 前 面分析的正确性。
第１期 黄迎雪 等：三维观测系统属性分析研究
２７
图 １ 两 个 观 测 系 统 的 炮 点 与 检 波 点 位 置 关 系 Ｆｉｇ．１ Ｓｈｏｔｐｏｉｎｔｓ ａｎｄ ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ
图 ２ 相 同 面 元 内 相 邻 炮 检 距 的 变 化 率 分 布 特 征 Ｆｉｇ．２ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｉｇｈｂｏｒ ｏｆｆｓｅｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｉｎ
１ 引 言
观测系统的参数选择是在基本参数论证的前
提 下 ，通 过 选 择 多 套 束 状 方 位 角 、炮 检 距 和 覆 盖 次 数分布的对比分析来确定。通常将这类分析工作 称为观测系统的属性分析。对于观测系统的属性 优劣的判断一般是通过设计人员的观察和实际经
作者简介：黄迎雪（１９８５－），女，湖 北 孝 感 人，硕 士 研 究 生，主 要 研 究 方 向 为 石 油 地 震 勘 探 的 理 论 和 方 法 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｉｎｇｘｕｅ９２０＠ １６３．ｃｏｍ
３）炮 检 覆 盖 的 均 匀 性 分 析 。 炮 检 覆 盖 的 均 匀 性是指既要考虑 覆 盖 次 数 和 炮 检 距 均 匀 性，又 要 考虑方位角均匀 性 的 一 种 综 合 评 价 方 法，这 是 最 全面的综合指标。炮检覆盖的均匀性采用矢量均 衡原理计算其非均匀系数。
４）方 位 角 的 均 匀 性 分 析 。 窄 方 位 角 排 列 有 利 于 ＡＶＯ 分 析、ＤＭＯ 和 速 度 横 向 变 化 显 著 的 情 况 ，而 宽 方 位 角 采 集 资 料 在 道 集 中 随 着 远 炮 检 距 的 道 数 增 多 ，则 有 利 于 速 度 分 析 及 多 次 波 的 压 制 ，特 别 对 采 集 资 料 岩 性 解 释 至 关 重 要 。 当 然 不 能 片 面 地 说 ，是 宽 方 位 角 好 或 是 窄 方 位 角 好 。 不 同 的 勘 探 目 的 ，需 要 有 针 对 性 地 选 取 不 同 方 位 角 的 观 测 系 统 ；但 无 论 如 何 ，方 位 角 的 均 匀性也是 评 价 一 个 三 维 观 测 系 统 的 重 要 因 素。 而对于方位角的均匀性也要从微观和宏观两个 层 面 进 行 分 析 。 ［３］
未提供一个定量分析评判的标准。本文从炮检距分布合理性的定量化判断及其观测系统参数的最优化设计
出发，提出了采用面元内相邻炮检距的变化率来判断最大 炮 检 距 分 布 的 均 匀 性 ，利 用 炮 检 距 变 化 的 方 差 最 小
化作为观测系统参数优化选择的目 标 函 数，在 一 定 程 度 和 部 分 环 节 上 为 观 测 系 统 的 优 化 设 计 提 供 了 新 的 方
Ｈｕａｎｇ Ｙｉｎｇｘｕｅ１，Ｄａｉ Ｊｉｎｚｈｉ ２，Ｈｕａｎｇ Ｐｅｎｇ２
（１．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ Ｏｉｌ ａｎｄ Ｇａｓ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｇｚｈｏｕ Ｈｕｂｅｉ ４３４０２３，Ｃｈｉｎａ；
布 均 匀 的 最 优 化 目 标 函 数 ，即
∑（ ） ｎ
ｍｉｎ（σ）＝
１ ｎ－１ｉ＝２
Ｋｉ，ｊ－１
－
Ｘｍａｘ －Ｘｍｉｎ Ｆ３Ｄ
２
（１）
其中：Ｆ３ Ｄ 为 设 计 的 满 覆 盖 次 数；Ｘｍａｘ为 已 论
证的最 大 炮 检 距；Ｘｍｉｎ 为 已 论 证 的 最 小 炮 检 距；
Ｋｉ，ｊ－１ 为道集内相邻 两 道 炮 检 距 的 变 化 率；ｉ，ｊ 为
三维观测系统属性分析研究
黄 迎 雪１，代 金 芝２，黄 鹏２
（１．长江大学 油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北 荆州 ４３４０２３； ２．山西省煤炭地质１１５勘查院，山西 大同 ０３７００３）
摘 要：三维观测系统的设计及其属性分析研究是地 震 数 据 采 集 的 一 个 重 要 环 节 ，现 有 的 数 据 采 集 软 件 也
观测系统采样均匀性对高精度三维地震采集 资 料 的 空 间 连 续 性 、均 衡 性 ，以 及 对 后 续 资 料 处 理 （叠前偏移）和 综 合 解 释 至 关 重 要［１］，包 括 以 下 几 个方面：
１）覆 盖 次 数 的 均 匀 性 分 析 。 设 计 一 个 三 维 观 测 系 统 ，首 先 必 须 保 证 它 的 覆 盖 次 数 是 均 匀 的 ；其 次要保证它的最大覆盖次数和满覆盖区域的范围 满足设 计 的 要 求。 通 过 计 算 每 个 面 元 的 覆 盖 次 数 ，可 以 算 出 它 最 大 覆 盖 次 数 和 最 小 覆 盖 次 数 ，并 对整个区域或满覆盖区域的所有面元做一个统计 分 析 ，计 算 出 它 们 的 均 值 和 均 方 差 ，从 而 定 量 地 比 较不同的三维观测系统覆盖次数的均匀性 。 ［２］
２．Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ １１５ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｇｅｏｌｏｇｙ Ｓｈａｎｘｉ，Ｄａｔｏｎｇ Ｓｈａｎｘｉ ０３７００３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔｔｒｉｂｕｔｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ３Ｄｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｏｅｓｎ＇ｔ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｄｉｓｔｉｎ－ ｇｕｉｓｈｉｎｇ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｆｏｒ ｔｈａｔ ｒｅａｓｏｎ，ｓｔａｒｔｉｎｇ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙ ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ ｏｆｆｓｅｔｓ－ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅｎｅｓｓ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｕｍ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｇｅ－ ｏｍｅｔｒｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ａｄｊａｃｅｎｔ ｏｆｆｓｅｔｓ ｗｉｔｈｉｎ ａ ｂｉｎ ｔｏ ｊｕｄｇｅ ｔｈｅ ｕｎｉｑｕｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｘ ｏｆｆｓｅｔｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｉｎｉｍｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｖａｒｉ－ ａｎｃｅ ｏｆ ｏｆｆｓｅｔｓ－ｃｈａｎｇｉｎｇ ｒａｔｅ ｆｏｒ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ， ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｏｏｌ ｆｏｒ ｏｐｔｉｍｕｍ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｔｏ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｄｅｇｒｅｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：３Ｄｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｏｆｆｓｅｔ；ｏｐｔｉｍｕｍ ｄｅｓｉｇｎ
表１ 两个观测系统在满覆盖区域相同的Ｉｎｌｉｎｅ和 ＣＤＰ线上面元的目标函数值对比
Ｔａｂｌｅ １ Ａｉｍ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ Ｉｎｌｉｎｅ ａｎｄ ＣＤＰ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ
满覆盖次数 ６线１０炮 ＣＤＰ７１ ６线１０炮 ＣＤＰ７１ 满覆盖次数 ６线１０炮Ｉｎｌｉｎｅ的 ６线９炮Ｉｎｌｉｎｅ的