基于成本分析的高密度勘探觀測系統優化設計與評價

楊麗瑩, 許海州, 王豆豆

(1.中國石油化工股份有限公司 石油物探技術研究院，南京 211103；2.四川第四紀能源科技有限公司,成都 610000)

0 引言

隨著油氣勘探開發逐漸向精細、深層和特殊巖性體方向發展，油氣開發人員對地震資料的處理效果和成像質量也有了更高的要求。為了在儲層預測、油藏描述和巖性分布中表現出更高的信噪比和分辨率，作為地震勘探的第一步，地震資料采集顯得尤為重要。其中，高密度采集對地質構造復雜地區的精細勘探問題有明顯幫助。高密度觀測系統在多個實際工區的應用表明，經高密度觀測系統采集的資料較老成果在信噪比和分辨率上有明顯提高。顯然優秀的觀測系統會得到更高品質數據，同時我們不得不考慮采集成本的問題，因此，最優性價比的觀測系統設計是重中之重。

觀測系統的質量評價分析以及觀測系統經濟性的評價分析,對于深層勘探有著舉足輕重的作用。王超越等[1]認為在高密度地震觀測系統設計中，炮檢距均勻性也是評價觀測系統的重要指標之一，均勻的炮檢距有利于減少噪音干擾，幫助接收中、深層反射波。除此之外，宋紅玲[2]認為勘探成本也是一個需要解決的問題，勘探成本與觀測系統的各種參數選取有著直接的關系(如覆蓋次數、排列線道數、炮間距、道間距和最大炮檢距等);趙虎等[3]也經過研究實踐論證出觀測系統的設計好壞是決定采集數據質量的關鍵因素，其受多個屬性參數綜合作用，衡量的標準可以用觀測系統綜合質量因子C來判斷,綜合質量因子值越大，表示觀測系統質量越好;徐峰等[4]認為觀測系統中的炮檢距、接收線數和炮密度也對實際勘探地震資料采集質量有重要意義;王書文等[5]首次提出觀測系統受綜合質量因子影響的同時，也影響著地震資料的成像質量(回采工作面地震CT成像質量)，單位面積的覆蓋率與地震資料的成像質量成正比。

隨著勘探深度和難度地增大，觀測系統的設計與性價比有了越來越嚴格的要求，觀測系統設計也在實用化地震勘探中處于重中之重。諸如李萬萬[6]提出的基于波動方程正演的地震觀測系統設計、李忠熊等[7]提出的高密度高覆蓋寬線采集技術、張友焱等[8]提出的利用高精度遙感信息輔助設計檢波器點位。相信對于未來的觀測系統設計，是一個從二維到三維，從高成本到低成本，從二維評價開發到三維評價開發的過程。

1 方法原理

本次研究主要集中在總成本(每平方公里)的對比分析從而確定不同地質條件下的適合的最優觀測系統

本次研究主要是在已知道間距Δx、炮點距Δy、輸入縱向和橫向覆蓋次數fx和fy、接收線數R、接收線距dR以及炮線距ds五個等參數，來確定一個三維觀測系統并得到相關參數(如總的接收線數、每條接收線道數、總覆蓋次數和工區單位面積炮點數等參數)。得到三維觀測系統相關參數后，結合所給的與成本有關參數(如勘探許可成本CPER，每道測量成本CSSV等)，計算出該觀測系統的各項成本及總成本。

趙虎等[9]提出三維觀測系統的成本可分成多項小成本：前期準備成本、野外施工成本和現場處理成本。其中前期準備成本包括勘探許可成本、鉆井成本、測量成本以及清理成本。野外施工成本包括儀器成本和地震隊日常施工成本。

在設計三維觀測系統過程中，給定道間距Δx和炮點距Δy，將縱向和橫向覆蓋次數fx和fy，接收線數R，接收線距dR以及炮線距ds五個參數作為變量。根據以上幾個變量，代入表1中的計算公式可以得到觀測系統的其他參數(表1)。在得到一個觀測系統的各種參數之后，結合所給的與各項成本有關的參數(表2),可以計算出該觀測系統的各項成本與總成本,如表3所示?？偝杀緸楸?中各項成本的總和。即從表3中的勘探許可成本一直累加到處理成本。據以上參數及公式，可以計算出觀測系統的各項參數，將所給參數作為輸入變量，各項細分成本和總成本作為輸出變量，計算出所設計三維觀測系統的細分成本以及總成本?？偨Y規律，為不同地質條件的勘探確定最優觀測系統的設計方案。

表1 參數計算公式

表2 成本參數

表3 成本計算公式

根據參考文獻[3]對綜合質量因子的分析闡述，該參數可盡最大可能綜合觀測系統的各項重要參數的特點，從宏觀角度對觀測系統的優劣進行分析。綜合質量因子C計算公式如式(1)。

(1)

式中:NMaxFold為滿覆蓋次數(最大覆蓋次數)；NReFold為參考覆蓋次數，為一常數;ΔNMaxFold為滿覆蓋次數區域中最大與最小覆蓋次數的差值；ηMaxOffsetCor為炮檢距非均勻性系數與參考非均勻系數的比值；ΔηMaxOffsetCor為滿覆蓋次數區域中最大和最小ηMaxOffsetCor的差值；γMaxOcc為最大所占比例，即為有色區域與整個區域的比值的最大值；ΔγMaxOcc為最大和最小γMaxOcc的差值；K為常數，為了調節綜合質量因子C。式(1)用NMaxFold和NReFold兩個主要參數實現了對觀測系統的分析與評價,且綜合質量C越大，一定程度上說明了觀測系統越好[3]。綜合質量因子較為全面和詳細的評價了觀測系統，對于設計改進地震觀測系統有很好地幫助。

2 實際工區應用

2.1 不同接收線距的觀測系統性價比評價

在同一地震勘探區域設計了五套觀測系統，這五套觀測系統總體相近，但是接收線距不同，接收線距最小為100 m，間隔為50 m逐步遞增。其中，觀測系統的其他關鍵參數相同，例如：接收線數為36線，單線接收道數為420道，炮線距為150 m，道間距為25 m，炮點距為50 m，覆蓋次數630次。最后得到五套觀測系統的總成本見表4。

表4 不同接收線距觀測系統的總成本

分別對這五套觀測系統的總成本變化成圖進行分析。建立接收線距和總成本之間的關系,如圖1所示。

圖1 總成本隨接收線距變化規律圖

從計算結果可以看出，保持其他參數不變，隨著接收線距增加，觀測系統的總成本減??；同時，圖1更加清晰直觀地反映了總成本與接收線距的關系。據此，可以初步得出觀測系統的總花費隨著接收線距的增大而減小。需要注意的是，從圖1中我們看出總成本隨接收線距的變化并非一條規則直線，而是一條不規則變化的曲線，也就是說總成本與接收線距的變化并非簡單反比關系。

將總成本隨觀測系統接收線距的變化和綜合質量因子隨觀測系統接收線距的變化進行統一成圖(圖2)。

圖2 總成本和綜合質量因子圖

因此可以得出結論：在同一工區進行地震勘探時，對于觀測系統的設計選擇，應該選擇成本與質量都能滿足的觀測系統。在這里，優先選擇接收線距為250 m的觀測系統。

2.2 不同接收線數的觀測系統性價比評價

在同一地震勘探區域設計了五套觀測系統，這五套觀測系統總體相近，但是接收線數不同。這五套觀測系統的接收線數以32線為首項，每次增加2條線。其中，觀測系統的其他關鍵參數相同，例如：接收線距為150 m，單線接收道數為420道，炮線距為150 m，道間距為25 m，炮點距為50 m。最后得到五套觀測系統的總成本如表5所示。

分別對這五套觀測系統的總成本變化變化成圖進行分析,將接收線數作為自變量，總成本作為因變量成圖見圖3。

從計算結果(表5)可以看出，保持其他參數不變，隨著接收線數增加，觀測系統的總成本增大；同時如圖3所示，更加清晰直觀地反映了總成本隨著接收線數變化的趨勢。據此，可以初步得出觀測系統的總花費隨著接收線數的增大而增大。需要注意的是，從圖3可以看出總成本隨接收線數的變化近似于一條規則的直線，而非曲線或者折線，這是因為自變量接收線數的變化是按照等差數列的形式來變化的，因此，總成本與接收線數的變化成正比關系。

表5 不同接收線數觀測系統的總成本

圖3 總成本隨接收線數變化規律圖

從圖4可知，隨著觀測系統的接收線數增大，總成本漸漸變高，綜合質量因子漸漸變大；成本變高增加了勘探成本，綜合質量因子變大提升了觀測系統的質量。觀測系統的接收線數增大導致的總成本變化和綜合質量因子的變化相同，前者不利于野外地震勘探成本節省原則，而后者有利于地震勘探工作。這就需要根據具體工區的地質條件和要求的勘探成像精度與質量因地制宜。

圖4 總成本和綜合質量因子圖

2.3 不同炮線距的觀測系統性價比評價

在同一地震勘探區域設計了五套觀測系統，參數一致，但是炮線距不同。五套觀測系統的炮線距以100 m為首項，變化間隔為50 m。其中，觀測系統的其他關鍵參數相同(接收線距為150 m，單線接收道數為420道，接收線數36線，道間距為25 m，炮點距為50 m)。最后得到五套觀測系統的總成本如表6所示。

表6 不同炮線距觀測系統的總成本

這五套觀測系統的總成本變化成圖進行分析,將炮線距作為自變量，總成本作為因變量成圖(圖5)。

圖5 總成本隨炮線距變化規律圖

從計算結果表6可以看出，保持其他參數不變，隨著炮線距增加，觀測系統的總成本減??；同時圖5更加清晰直觀地反映了總成本隨著炮線距的變化趨勢。據此，可以初步得出觀測系統的總花費隨著炮線距的增大而減小。從圖5中看出，總成本隨接收線距的變化不是一條規則的直線，而是一條不規則變化的曲線。

從圖6可知，隨著觀測系統的炮線距增大，總成本漸漸降低，綜合質量因子漸漸變??；雖然總成本變低減少了勘探成本，但是同時綜合質量因子降低也導致了觀測系統的質量的降低。觀測系統的炮線距增大導致的總成本變化和綜合質量因子的變化相同，前者有利于野外地震勘探成本節省原則，而后者不利于地震勘探工作，影響后期室內數據處理工作的質量、精確度和分辨率。這就需要根據具體工區的地質條件和要求的勘探成像精度與質量因地制宜。

圖6 總成本和綜合質量因子圖

據此，在設計選擇觀測系統的時候，其他參數不變的情況下，不影響成像質量和地震資料分辨率的前提下，可以優先選擇炮線距較大的觀測系統，以此來控制地震勘探過程中野外數據資料采集的總成本。

2.4 不同接收道數的觀測系統性價比評價

在同一地震勘探區域設計了十套觀測系統，十套觀測系統參數一致，但是接收道數不同。單線接收道數以396道為首項，變化間隔為24道。其中，觀測系統的其他關鍵參數相同(接收線距為150 m，炮線距為150 m，接收線數36線，道間距為25 m，炮點距為50 m)。

將接收道數作為自變量，總成本作為因變量成圖(圖7)。從計算結果(表7)可以看出，保持其他參數不變，隨著接收道數增加，觀測系統的總成本在變大；同時由圖7更加清晰直觀地反映了總成本隨著接收道數變化的趨勢。據此，可以初步得出觀測系統的總花費隨著接收道數的增大而增大。

圖7 總成本隨接收道數變化規律圖

表7 不同接收道數觀測系統的總成本

從圖8可知，隨著觀測系統的接收道數增大，總成本漸漸變高，綜合質量因子漸漸變大；成本變高增加了勘探成本，綜合質量因子變大提升了觀測系統的質量。因此，在設計選擇觀測系統的時候，其他參數不變的情況下，不影響成像質量和地震資料分辨率的前提下，可以優先選擇接收道數較小的觀測系統，以此來控制地震勘探過程中野外數據資料采集的總成本。

圖8 總成本和綜合質量因子圖

3 結論與展望

通過本次研究可得觀測系統的四個主要參數能夠計算出觀測系統的最后的總成本。其他條件不變時，增大炮線距、接收線距，觀測系統的總花費降低；增大接收道數、接收線數，觀測系統的總成本升高。當其他條件不變時，增大接收線距、接收線數、接收道數的時候，觀測系統的綜合質量因子增大；增大炮線距的時候，觀測系統的綜合質量因子減小。因此可以通過建立數學模型的方式，利用觀測系統的主要參數計算出觀測系統最后的總成本和綜合質量因子，能夠科學有效地對觀測系統進行性價比評價分析，從而達到選取深層勘探最優性價比觀測系統的目的，該方法可用于實際生產。

在今后設計觀測系統時，可以設計出多套參數不同的觀測系統，這些參數都能夠滿足地質任務需求，在選取時，可以利用高密度勘探最優性價比觀測系統評價分析的方法，對每一套觀測系統參數進行計算，得到各個觀測系統的總成本與綜合質量因子，然后再選取最合適具體地質條件和采集任務的觀測系統。