《高陡构造目标导向地震采集关键技术与应用指南》

ICS75.020

CCSE90/99

T

团体标准

T/CIXXX-2023

高陡构造目标导向地震采集关键技

术与应用指南

Technicalspecificationforhigh-precisiondesignof3Dseismic

acquisitiongeometries

（征求意见稿）

2023-X-X发布2023-X-X实施

中国国际科技促进会 发布

高陡构造目标导向地震采集关键技术与应用指南

1范围

本指南规定了地质目标导向三维地震采集设计的技术规程、技术要求和精度指标。为了

规范地质目标导向三维地震采集设计的技术规程、技术要求和精度指标，特制定该标准，有

力促进三维高精度地震采集技术在我国东部断陷盆地油气勘探、西部高陡构造油气勘探、以

及煤田及煤层气地球物理勘探的推广应用。高精度三维地震采集设计是一种基于复杂介质模

型波动方程延拓的地震采集设计方法，具体做法为：将地面观测台阵向下数值延拓至地质目

标处进行激发排列与接收排列的共聚焦分析，拾取聚焦能量强对应的激发-接收射线对，据

此优化地面观测布阵，形成非规则稀疏地面采样网络，建立强化目标定向探测的低成本高质

量地震采集技术。本规范拟制订的标准构成由以下五个部分组成：（1）适用范围、规范性

引用文件、术语和定义；（2）三维速度建模；（3）地面规则密集观测台阵射线追踪延拓；

（4）激发系统与接收系统聚焦分析；（5）强聚焦能量射线炮-检对拾取，建立强化目标定

向探测的非规则稀疏地面采样网络。

其它三维地震采集设计技术参照使用。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款，其中，注日期

的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括

所有的修改单）适用于本文件。

GB/T33583-2017陆上石油地震勘探资料采集技术规程

SY/T5454-2017井中地震资料采集技术规程

NB/T10010-2014煤层气地震勘探资料采集规范

SY5391-1991DSC地震数据采集站

SY/T5391-2007石油地震数据采集系统

3术语及定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

1

三维地震采集

三维地震勘探是石油与天然气勘探的主要工具，其主要过程包括：数据采集、数据处理、

数据解释。三维地震数据采集需进行三个主要步骤：地震采集设计、根据设计方案在野外布

设震源和检波器，地震波的激发和接收。地震采集设计通常在室内进行，目标是确定震源和

检波器的最佳布设位置。陆上地震勘探的震源通常采用炸药或可控震源，并沿地震测线等间

距布置多个检波器来接收地震波信号，现代地震勘探中检波器的数量通常为1000—10000个。

震源位置激发地震波，地震波遇岩层界面反射回来被检波器接收并传到记录仪器，记录仪器

将检波器传来的信号记录下来，即可获得用以研究地下油气埋藏情况的地震数据。

3.2

高陡构造目标导向地震采集

数据采集是地震勘探的关键技术环节，经历了从常规三维到高密度三维，目前进入“两

宽（宽频、宽方位）一高（高密度）”时代，引领勘探地震学技术发展。然而，多年来的地

震勘探实践表明，“两宽一高”地震采集模式由于基于平缓层状介质地震波传播理论，针对

上述双复杂地区的勘探需求，其瓶颈在于：（1）对高陡构造大角度反射波的采集能力严重

不足，高陡构造反射能量弱；（2）缺乏规避复杂地表、浅层火成岩、不规则盐丘、推覆体

等屏蔽影响的有效手段。采集参数设计主要依赖经验，地面采集设计无法深入地下确保深部

目标的有效照明，地质目标导向性差；地震激发-接收布设台阵规则密集采集，普遍认为越

宽越密就越好，导致采集实施成本过高，投入产出比较低。总之，常规“两宽一高”地震采

集技术对深部地质目标缺乏针对性技术措施，盲目性强，长期面临在哪采和采多少的科技难

题。高陡构造目标导向地震采集是一种基于复杂地下构造波动方程延拓的地震采集理论方法，

其核心思想是将地面观测台阵向下数值延拓至地质目标处进行激发排列与接收排列的共聚

焦分析，拾取聚焦能量强对应的激发-接收射线对，据此优化地面观测布阵，形成非规则稀

疏地面采样网络，建立强化目标定向探测的低成本高质量地震采集技术，为地下复杂构造介

质“两宽一高”高精度三维地震采集提供理论支撑。

3.3

三维速度建模

三维速度建模是进行高精度三维地震采集设计的基础。三维速度建模通常基于地震采集

施工区前期的二维或三维地震勘探普查成果，利用地震剖面解释格架和地震成像偏移速度，

采用人机交互方式和自动插值，建立地下构造的三维地震速度模型。

3.4

采集系统射线追踪延拓

2

采集系统是震源激发和检波器排列的组合。射线追踪延拓也可称为基于射线理论的波场

延拓或波场外推，即利用接收器接收到的波场信息通过运算，得到地层某深度上地震波场的

过程。采集系统波动方程延拓是将地面观测台阵向下数值延拓至地质目标处进行激发排列与

接收排列的聚焦成像分辨分析，以建立了地震采集系统与成像系统之间的理论联系。地面规

则密集观测台阵三维延拓采用常规射线追踪技术，其计算效率是目前延拓类算法最快的（计

算量不到波动方程延拓的十分之一），可以在台式机或笔记本上运行。

3.5

成像分辨率

成像分辨率一直是地震勘探的核心研究内容之一，其目标为地质体的可识别性。由于地

震勘探一般在地表或接近地表进行观测，所以地震剖面在垂向和横向上通常具有不同的分辨

率。垂向分辨率的定义为地震剖面中分辨两个相邻同相轴的能力，横向分辨率的定义为地震

剖面中同一个同相轴上的邻近绕射体的能力。垂直分辨率主要通过地震波相位进行识别，与

地震子波的有效频率成分(信噪比大于某一阈值)的能量分布特征有关。当子波越接近与零相

位时，垂直分辨率越高。垂直分辨率数值还取决于所采用的分辨率准则，比如Rayleigh准

则、Ricker准则或Widess准则。对不同的地质条件，采用不同的分辨率准则，垂直分辨率

数值也会相应的发生变化。从开始研究地震分辨率至今，绝大多数关于分辨率的研究集中在

垂直分辨率，较少有关于横向分辨率的讨论。与垂直分辨率需分辨出两个邻近同相轴的目标

不同，横向分辨率的目标是分辨出同一同相轴上的两个临近的绕射体。在偏移后，沿着同相

轴方向上子波的相位基本相同，横向分辨率不再存在子波的相位差。因此，横向分辨率主要

依靠子波的振幅变化，其分辨率数值实质体现为不同频率成分分辨率的叠加效应。当最大有

效频率越大，高频成分地震波能量越强时，横向分辨率越高。

3.6

成像清晰度及偏移噪声

严格的空间分辨率必须用矩阵来描述。但绝大多数有关分辨率的研究都仅限于讨论分辨

率矩阵中心部分的子波主瓣宽度，忽略了旁瓣对分辨率的影响。同时，上述分辨率研究均仅

针对均匀介质，没有考虑复杂介质对分辨率的影响。但实际应用中，简单模型得到的分辨率

结论经常不能适用于复杂介质，尤其对于深层复杂地质目标。当目标越深，介质越复杂，旁

瓣的能量就会更强，偏移噪声也更大，更可能会干扰主瓣有效信号的识别，进而影响空间分

辨率的稳定性。可以说，旁瓣是空间分辨率稳定性评价的关键。为了加入对旁瓣影响的讨论，

3

我们将成像清晰度定义为子波主瓣宽度和主瓣能量占总能量的比值，以实现对偏移噪声的定

量描述。

4缩略语

下列缩略语适用于本文件。

Fermat原理：费马最短时间原理

Ricker子波：雷克子波

5高陡构造目标导向地震采集关键技术与应用指南

5.1三维速度建模技术规程

三维速度建模是进行高精度三维地震采集设计的基础。三维速度建模通常基于地震采集

施工区前期的二维或三维地震勘探普查成果，利用地震剖面解释格架和地震成像偏移速度，

采用人机交互方式和自动插值，建立地下构造的三维地震速度模型。主要内容包括但不限于：

a)三维层状速度建模：最简单的速度建模方法，适用于没有交叉和回转现象的层状速

度结构，界面通常用三次或更高次函数进行描述；

b)三维块状速度建模：采用点、三角形、面、块来描述三维封闭速度结构；

c)三维地层面速度建模：三维地层面通常由若干个控制点进行描述，控制点坐标数据

来源有两种：解释获得的地层构造成果数据，地震剖面层位数据；

d)三维断层面速度建模：三维断层面通常比较陡，也由若干个控制点进行描述，控制

点坐标数据来源有两种：解释获得的地层构造成果数据，地震剖面层位数据。

e)三维网格速度建模：对如前所述的三维层状、块状、地层面、断层面速度模型进行

网格剖分，采用人机交互方式和自动插值，建立地下构造的三维网格速度模型，为下一步采

集系统波动方程延拓做准备。

f)崎岖地表速度场建立：采用精确的地形高程测量数据，利用崎岖表面微测井调查速

度充填，利用地表地震层析速度充填近地表速度场。鉴于火成岩体常规地震偏移速度偏低，

要求从测井资料拾取火成岩体；若无测井资料，可利用火成岩体声波速度进行充填，建立浅

层火成岩体速度场。

g)三维速度建模精度和范围要求：应根据地质任务、工区及邻区地质与地球物理条件

来选择合适的速度模型精度。与地震波场的偏移延拓不同，采集系统的波动方程延拓主要目

的为传播走时延拓，对速度模型的精度要求稍低，通常情况下3Hz左右的平滑速度场可满足

高精度三维地震采集设计要求。三维地震速度模型范围需要包含所有观测系统炮检点三维空

4

间坐标（比如：经度、维度、高程等），三维地震速度模型网格尺寸需小于采集系统的最小

采样密度（比如：道距、炮距）。

5.2地面规则密集观测台阵三维延拓技术规程

地面规则密集观测台阵三维延拓的目标是将地面观测台阵向下数值延拓至地质目标处

进行激发排列与接收排列的聚焦成像分辨分析，以建立了地震采集系统与成像系统之间的理

论联系。地面规则密集观测台阵三维延拓是获取地质目标处的准确地震波相位信息（误差

<5%），以及相对准确的地震波振幅信息（误差<10%），为后续的聚焦成像分辨分析做准备。

地面规则密集观测台阵三维延拓采用常规射线追踪技术，其计算效率是目前延拓类算法最快

的（计算量不到波动方程延拓的十分之一），可以在台式机或笔记本上运行。主要内容包括

但不限于：

a)试射法射线追踪：先确定震源点位置和初始射线角度，然后通过不断调整射线角度，

最终追踪出经过接收点的射线路径；试射法射线追踪的优点是能够避开射线盲区，缺点是在

复杂模型中收敛较慢，比较耗时。

b)弯曲法射线追踪：先固定震源点和接收点的位置，给定一条初始的射线路径，然后

通过不断迭代更新，直至找出迭代出走时值为最小的，即满足Fermat原理的射线路径；弯曲

法射线追踪的优点是能适应速度变化介质，缺点是网格化近似误差、可能无法找到最小走时

路径、或者出现射线盲区。

c)地面规则密集观测台阵三维延拓的相关参数：采用常规规则三维地震采集设计的参

数，比如：排列长度和宽度、线距和道距等；地震激发子波主频根据地震剖面的主频来确定，

采用零相位Ricker子波。

d)地面规则密集观测台阵三维延拓精度和效率要求：应根据地质任务、工区及邻区地

质与地球物理条件来选择合适的射线追踪延拓算法。采集系统的射线追踪延拓算法能适应速

度变化介质且不出现明显的射线盲区，地震波相位误差<5%，地震波振幅信息<10%，以满足

高陡构造目标导向地震采集系统设计精度需求。高精度采集系统设计通常以迭代优化的方式

进行，采集系统射线追踪延拓是其最费时的计算环节，建议采用CPU+GPU异构多核心体系和

分布式并行优化算法，让单次采集系统射线追踪延拓时间<0.002s，以满足高陡构造目标导

向地震采集系统设计效率需求。

5.3激发系统与接收系统聚焦分析技术规程

对延拓至深层地质目标区域各个点的激发与接收排列进行聚焦分析，得到不同炮-检对

对应的聚焦能量，据此识别地面最佳的激发接收位置，以此为中心按照能量递减30%来确定

5

地面最佳的激发接收范围。具体实施过程中，除了常规规则台阵三维地震采集设计的激发点

外，一般需要在台阵范围外补炮，补炮原则可根据目标区域地层倾角来确定。主要内容包括

但不限于：

a）准备三维地震观测系统数据包括：震源点的三维空间坐标、检波点三维空间坐标、

震源点与检波点之间的对应关系；其中，三维空间坐标包括：地表位置水平坐标（比如经度、

维度）、高程。注意：观测系统炮检点三维空间坐标不能超出三维地震速度模型范围，震源

点位置应位于速度模型网格点上，检波点位置可以不必位于速度模型网格点上。

b）根据地质目标和三维地震速度模型，设定目标层深度、地震子波主频、频率采样间

隔、最低频率、最高频率。目标层深度可以为1个或多个，通常情况可设置地震子波主频为

30Hz，频率采样间隔为1Hz，最低频率为5Hz，最高频率为70Hz。

c）基于三维地震速度模型，对延拓至深层地质目标处的激发与接收排列分别进行聚焦

分析，每次聚焦分析相当于一次地震波正向延拓加一次地震波反向延拓，最后将激发点聚焦

分析结果与接收排列聚焦分析结果相乘得到目标点位置的成像分辨率函数，其物理意义为目

标点位置绕射点的偏移成像结果。可以在目标层深度上设置多个深层地质目标，同步进行聚

焦分析，得到目标层深度的偏移成像结果。多地质目标聚焦分析的运算量与单地质目标聚焦

分析相同。

d）基于三维地震速度模型，对延拓至深层地质目标处的激发与接收排列分别进行照明

分析，每次照明分析相当于两次地震波正向延拓，最后将激发点照明分析结果与接收排列照

明分析结果相乘得到目标点位置的照明度函数，其物理意义为目标点位置绕射点的地震波能

量。可以在目标层深度上设置多个深层地质目标，同步进行照明分析，得到目标层深度的偏

移成像结果。多地质目标照明分析的运算量与单地质目标照明分析相同。

e）对延拓至深层地质目标区域各个点的激发与接收排列进行聚焦分析和照明分析，得

到不同炮-检对对应的分辨率函数和照明度函数。基于瑞雷准则对成像分辨率函数进行分辨

率量化分析得到采集系统成像分辨率数值。采集系统成像分辨率数值代表的是零相位子波调

谐厚度（波峰和波谷距离）的1/2.6，即该采集系统所能达到的最佳偏移成像分辨率。根据

主瓣能量与总能量比值对成像分辨率函数进行清晰度量化分析得到采集系统成像清晰度数

值。设定百分比阈值（比如：70%），根据最优成像分辨率、清晰度、照明度数值的百分比

阈值来确定地面最佳的激发接收范围。具体实施过程中，可以在不改变常规规则台阵三维地

震采集设计的条件下，新增加若干震源点，以提高特定地层倾角目标区域的成像分辨率、清

晰度和照明度。

6

5.4建立强化目标定向探测的非规则稀疏地面采样网络

采集施工预算成本是地震采集的关键考虑因素，根据上述计算数据布设的最佳采集台网

一般是非规则的，若预算允许，可在常规设计的基础上，对最佳激发和接收区域进行加密炮

点和检波点，提高目标区域地震数据的信噪比；若为了节省成本，可在常规设计的基础上，

对非最佳激发和接收区域进行减炮点和检波点的稀疏化处理。主要内容包括但不限于：

a）基于百分比阈值的非规则稀疏地面采样网络布设：基于如前所述的设定百分比阈值

（比如：70%），根据最优成像分辨率和清晰度数值的百分比阈值来确定地面最佳的激发接

收范围。注意：此时地震采集台网