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[摘要]三维地震反射方法在油气，煤田勘探领域应用非常广泛，针对不同要求采用不同面积的观察系统对三维勘探结果的影响很大，本文介绍了二种三维地震的野外数据采集的观察系统。
[关键词]三维地震 工程物探 观测系统
[中图分类号] P315 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-11-128-2
0前言
三维地震勘探技术是从二维地震勘探逐步发展起来的，是地球物理勘探中最重要的方法，也是当前全球石油、天然气、煤炭等地下天然矿产的主要勘探技术，是一项集物理学、数学、计算机学为一体的综合性应用技术，其应用目的是为了使地下目标的图像更加清晰、位置预测更加可靠。众所周知：三维地震勘探在查明小断层，小构造的能力和精度方面明显高于二维，地震由二维转向三维的大趋势己不容置疑。借助于三维图像，解释人员可以对地质变量的分布和变化趋势产生直观的理解，对工程物探方面有着重要的指导意义。
1三维野外区域的确定
1.1三维地震工区的确定
确定进行三维地震工作的根据是地下地质、地震条件和地面地形地貌条件，并以前者为主。工区的观测面积要根据构造的大小、目的层的深度和倾角与走向来决定。决定工区观测范围时还要考虑需要满足覆盖次数的地下范围和偏移前后数据占有空间的大小。三维地震工作在勘探开发的哪个阶段采用，也要根据当地的具体情况而定。
1.2三维工区面积的确定
要在某个地区进行三维地震勘探一经确定之后，就要对这个地区的三维地震数据采集工作进行施工设计。而首先就是要确定工区面积的大小。一般来说，所要搞清的地下地质构造越大，地面工区面积就越大；深度和倾角越大，地面工区面积也越大。所以要确定地面工区面积的大小，首先要确定地下勘探面积（满覆盖面积），然后计算偏移范围，最后才能确定地面施工面积。
1.2.1地下满覆盖面积的确定
地下满覆盖面积的大小，可预先根据有利区的范围，在以往的构造图上粗略确定，然后考虑其它影响因素（降低勘探费用，工区规化要整齐等），最后确定地下满覆盖面积。
1.2.2偏移范围的确定
地下满覆盖面积初步确定后，应考虑各目的层由于向工区外倾斜的倾角引起地面接收范围的扩大。即为偏移范围（即四周镶边的宽度）。偏移范围也可以理解为倾斜地层（反射同相轴）在偏移处理中使其恢复到正确的地下位置所应移动的水平距离。
对于一个倾斜反射同相轴进行偏移时的最大水平距离M，可用下式计算
式中t0——地震波的双程法线旅行时；V——地震波的传播速度；φ——最深目的层的最大倾角。
这些参数的意义如图1-2-1所示。设计时可根据公式（1-2-1） 计算出探区四周应偏移的范围。见图1-2-2。
2三维地震观测系统
三维数据采集过程中，应根据地质任务要求，综合考虑地形、地物、交通条件以及装备等各种因素，选择最优化参数来合理设计观测系统。
2.1观测系统的设计原则
设计观测系统的主要原则如下。
（1）在一个炮点道集或一个共CDP点道集内应当有均匀分布的地震道。炮检距应当是从小到大均匀分布，能够保证同时勘探浅、中、深各个目的层。使观测系统即能保证取得各目的炮点△接收点CDP点。图2-2-1是三维CDP道集及方位分布图层的有用反射波信息。
（2）在一个CDP道集内各炮检距连线的方位方向应当尽可能地比较均匀地分布在共中心点的360°的方位上。这样一个面元（共反射点）上的地震道是从各个方向入射到这个面元上的。使三维的共中心点叠加具有真实显示三维反射波的特点。
（3）地下各点的覆盖次数应尽可能相同或接近，在全区范围内分布是均匀的。
（4）三维观测系统如果地面条件允许，我们将采用规则的测网进行观测。如果地面条件受限，我们将采用不规则的测网进行观测。
2.2观测系统的类型与选择
三维地震观测系统的类型很多，但基本上可分为规则观测系统和不规则观测系统。规则观测系统用于地面施工条件好，无施工障碍的地区。不规则观测系统用于地面施工条件不好，有施工障碍的山区、水泡等地区。规则观测系统，即炮点网格和检波点网格按一定的规律有规则的分布，下面介绍几种基本的和常用的类型。
2.2.1十字型观测系统
十字型观测系统其特点是激发点排列与接收点排列相互垂直，形成一个正交的“十”字排列（图2-2-1）。×炮点△接收点CDP点。图2-2-1正交（十字）观测系统的一个基本观测网示意图。施工时，接收点排列不动，炮点沿炮线逐点激发。在每一炮点与接收点之间，对应的反射是一个点；在每一炮点与接收排列之间，对应的反射点是一条线；而一排炮点与一排接收点之间，对应的反射点分布在一个面积上。设炮点数为S，接收点数为R，炮点距为 dx，接收点距为dy，那么这样的一个基本测网完成后，可得到（S-1）（R-1）dxdy面积上的单次覆盖面积。在这个面积上，得到以反射振幅为特征的一个（x，y，t，A）的三维数据体。
要想进行多次覆盖观测就必须把整个十字排列沿检波点方向及炮点方向移动，按二维直线观测计算覆盖次数的方法分别计算x方向的覆盖次数Nx和y方向的覆盖次数Ny。最终得到的覆盖次数N=Nx·Ny。排列中心可有空白面积。十字型排列观测系统一般用于地震仪道数不多的情况。
2.2.2组合型观测系统
组合型观测系统，从炮点和接收点分布关系上，可基本分为垂直型、平行型和斜交型三类。
（1）垂直型观测系统
该系统一般由十字型观测系统组合或衍生而来，主要有垂直式栅状系统和地震线束观测系统。垂直式栅状系统如图2-2-2所示。可作为小面积三维观测网，将地下网格面积分布在需要勘探的地区。 地震线束观测系统是是由多条平行的接收排列和垂直的炮点排列组成。接收排列线数的多少与仪器的道数和排列长度有关。具体设计时要考虑最大炮检距、最小炮检距、道距等因素。其基本形式如图2-2-3、图2-2-4、图2-2-5所示。野外观测时，接收排列不动，一排炮点逐点激发后，就完成一次基本测网。这种观测系统的一个基本测网完成后，在中部已有横向上的满覆盖次数，两侧的覆盖次数还不满。应在纵向和横向上移动这个基本测网（或称三维排列）。首先将炮点排列和接收排列同时沿前进方向滚动，再进行下一排炮点的激发，直到完成整条线束面积。然后再垂直于原滚动方向整个移动炮点排列及接收排列，重复以上步骤进行第二束线、第三束线……的施工，直到完成整个探区面积的多次覆盖观测。图2-2-4四线六炮端点激发地震线束观测系统图2-2-5六线四炮端点激发地震线束观测系统这种观测系统的优点是：可以获得从小到大均匀的炮检距和均匀的覆盖次数，适应于复杂地质条件的三维地震勘探。
不同地质任务的要求，一是在有障碍物的地区，炮点有较大的可移动范围（炮点一般不会进入接收排列之中，而且也不会产生过大的炮检距），有利于提高采集质量，并便于野外施工。二是具有较小的最大非纵距（即横向最大炮检距），不仅相应地减×炮点○检波点，如图2-2-6平行线型观测系统减小了非纵观测误差，而且测线与非纵炮检方向（地震射线方向）之间的夹角相应较小，在检波器较少的情况下便于组合设计和提高组合效果。三是在相同的勘探面积内，此种系统较四线六跑系统的炮点数量少1/3，因此相应地减少了压地面积并降低了农作物的影响，提高三维勘探效果。
（2）平行线型观测系统平行线型观测系统的炮点线与接收排列线彼此平行布置，如图2-2-6所示。
（3）路线型观测系统又称宽线剖面，工作时沿测线布置接收点，炮点则设在与测线交叉的线上，可以是正交线也可以组成任意角度的线，如图2-2-7。适当选择激发点距和接收点距，可以得到测线附近条带上的满足多次覆盖的反射资料，处理后，能确定地下反射界面的位置、倾角和倾向，尤其在大面积障碍区进行施×炮点○检波点。
三维地震是高精度、高分辨率的勘探技术，有显著的经济效益。选好三维观测系统更为重要，它会直接影响成果的质量但要真正达到预期的勘探效果，只有在搞好野外资料采集，才能在接下来的资料处理和资料解释上达到预期的效果。所以野外资料采集是三维地震工作的基础，它直接关系到三维资料的效果。
[关键词]三维地震 工程物探 观测系统
[中图分类号] P315 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-11-128-2
0前言
三维地震勘探技术是从二维地震勘探逐步发展起来的，是地球物理勘探中最重要的方法，也是当前全球石油、天然气、煤炭等地下天然矿产的主要勘探技术，是一项集物理学、数学、计算机学为一体的综合性应用技术，其应用目的是为了使地下目标的图像更加清晰、位置预测更加可靠。众所周知：三维地震勘探在查明小断层，小构造的能力和精度方面明显高于二维，地震由二维转向三维的大趋势己不容置疑。借助于三维图像，解释人员可以对地质变量的分布和变化趋势产生直观的理解，对工程物探方面有着重要的指导意义。
1三维野外区域的确定
1.1三维地震工区的确定
确定进行三维地震工作的根据是地下地质、地震条件和地面地形地貌条件，并以前者为主。工区的观测面积要根据构造的大小、目的层的深度和倾角与走向来决定。决定工区观测范围时还要考虑需要满足覆盖次数的地下范围和偏移前后数据占有空间的大小。三维地震工作在勘探开发的哪个阶段采用，也要根据当地的具体情况而定。
1.2三维工区面积的确定
要在某个地区进行三维地震勘探一经确定之后，就要对这个地区的三维地震数据采集工作进行施工设计。而首先就是要确定工区面积的大小。一般来说，所要搞清的地下地质构造越大，地面工区面积就越大；深度和倾角越大，地面工区面积也越大。所以要确定地面工区面积的大小，首先要确定地下勘探面积（满覆盖面积），然后计算偏移范围，最后才能确定地面施工面积。
1.2.1地下满覆盖面积的确定
地下满覆盖面积的大小，可预先根据有利区的范围，在以往的构造图上粗略确定，然后考虑其它影响因素（降低勘探费用，工区规化要整齐等），最后确定地下满覆盖面积。
1.2.2偏移范围的确定
地下满覆盖面积初步确定后，应考虑各目的层由于向工区外倾斜的倾角引起地面接收范围的扩大。即为偏移范围（即四周镶边的宽度）。偏移范围也可以理解为倾斜地层（反射同相轴）在偏移处理中使其恢复到正确的地下位置所应移动的水平距离。
对于一个倾斜反射同相轴进行偏移时的最大水平距离M，可用下式计算
式中t0——地震波的双程法线旅行时；V——地震波的传播速度；φ——最深目的层的最大倾角。
这些参数的意义如图1-2-1所示。设计时可根据公式（1-2-1） 计算出探区四周应偏移的范围。见图1-2-2。
2三维地震观测系统
三维数据采集过程中，应根据地质任务要求，综合考虑地形、地物、交通条件以及装备等各种因素，选择最优化参数来合理设计观测系统。
2.1观测系统的设计原则
设计观测系统的主要原则如下。
（1）在一个炮点道集或一个共CDP点道集内应当有均匀分布的地震道。炮检距应当是从小到大均匀分布，能够保证同时勘探浅、中、深各个目的层。使观测系统即能保证取得各目的炮点△接收点CDP点。图2-2-1是三维CDP道集及方位分布图层的有用反射波信息。
（2）在一个CDP道集内各炮检距连线的方位方向应当尽可能地比较均匀地分布在共中心点的360°的方位上。这样一个面元（共反射点）上的地震道是从各个方向入射到这个面元上的。使三维的共中心点叠加具有真实显示三维反射波的特点。
（3）地下各点的覆盖次数应尽可能相同或接近，在全区范围内分布是均匀的。
（4）三维观测系统如果地面条件允许，我们将采用规则的测网进行观测。如果地面条件受限，我们将采用不规则的测网进行观测。
2.2观测系统的类型与选择
三维地震观测系统的类型很多，但基本上可分为规则观测系统和不规则观测系统。规则观测系统用于地面施工条件好，无施工障碍的地区。不规则观测系统用于地面施工条件不好，有施工障碍的山区、水泡等地区。规则观测系统，即炮点网格和检波点网格按一定的规律有规则的分布，下面介绍几种基本的和常用的类型。
2.2.1十字型观测系统
十字型观测系统其特点是激发点排列与接收点排列相互垂直，形成一个正交的“十”字排列（图2-2-1）。×炮点△接收点CDP点。图2-2-1正交（十字）观测系统的一个基本观测网示意图。施工时，接收点排列不动，炮点沿炮线逐点激发。在每一炮点与接收点之间，对应的反射是一个点；在每一炮点与接收排列之间，对应的反射点是一条线；而一排炮点与一排接收点之间，对应的反射点分布在一个面积上。设炮点数为S，接收点数为R，炮点距为 dx，接收点距为dy，那么这样的一个基本测网完成后，可得到（S-1）（R-1）dxdy面积上的单次覆盖面积。在这个面积上，得到以反射振幅为特征的一个（x，y，t，A）的三维数据体。
要想进行多次覆盖观测就必须把整个十字排列沿检波点方向及炮点方向移动，按二维直线观测计算覆盖次数的方法分别计算x方向的覆盖次数Nx和y方向的覆盖次数Ny。最终得到的覆盖次数N=Nx·Ny。排列中心可有空白面积。十字型排列观测系统一般用于地震仪道数不多的情况。
2.2.2组合型观测系统
组合型观测系统，从炮点和接收点分布关系上，可基本分为垂直型、平行型和斜交型三类。
（1）垂直型观测系统
该系统一般由十字型观测系统组合或衍生而来，主要有垂直式栅状系统和地震线束观测系统。垂直式栅状系统如图2-2-2所示。可作为小面积三维观测网，将地下网格面积分布在需要勘探的地区。 地震线束观测系统是是由多条平行的接收排列和垂直的炮点排列组成。接收排列线数的多少与仪器的道数和排列长度有关。具体设计时要考虑最大炮检距、最小炮检距、道距等因素。其基本形式如图2-2-3、图2-2-4、图2-2-5所示。野外观测时，接收排列不动，一排炮点逐点激发后，就完成一次基本测网。这种观测系统的一个基本测网完成后，在中部已有横向上的满覆盖次数，两侧的覆盖次数还不满。应在纵向和横向上移动这个基本测网（或称三维排列）。首先将炮点排列和接收排列同时沿前进方向滚动，再进行下一排炮点的激发，直到完成整条线束面积。然后再垂直于原滚动方向整个移动炮点排列及接收排列，重复以上步骤进行第二束线、第三束线……的施工，直到完成整个探区面积的多次覆盖观测。图2-2-4四线六炮端点激发地震线束观测系统图2-2-5六线四炮端点激发地震线束观测系统这种观测系统的优点是：可以获得从小到大均匀的炮检距和均匀的覆盖次数，适应于复杂地质条件的三维地震勘探。
不同地质任务的要求，一是在有障碍物的地区，炮点有较大的可移动范围（炮点一般不会进入接收排列之中，而且也不会产生过大的炮检距），有利于提高采集质量，并便于野外施工。二是具有较小的最大非纵距（即横向最大炮检距），不仅相应地减×炮点○检波点，如图2-2-6平行线型观测系统减小了非纵观测误差，而且测线与非纵炮检方向（地震射线方向）之间的夹角相应较小，在检波器较少的情况下便于组合设计和提高组合效果。三是在相同的勘探面积内，此种系统较四线六跑系统的炮点数量少1/3，因此相应地减少了压地面积并降低了农作物的影响，提高三维勘探效果。
（2）平行线型观测系统平行线型观测系统的炮点线与接收排列线彼此平行布置，如图2-2-6所示。
（3）路线型观测系统又称宽线剖面，工作时沿测线布置接收点，炮点则设在与测线交叉的线上，可以是正交线也可以组成任意角度的线，如图2-2-7。适当选择激发点距和接收点距，可以得到测线附近条带上的满足多次覆盖的反射资料，处理后，能确定地下反射界面的位置、倾角和倾向，尤其在大面积障碍区进行施×炮点○检波点。
三维地震是高精度、高分辨率的勘探技术，有显著的经济效益。选好三维观测系统更为重要，它会直接影响成果的质量但要真正达到预期的勘探效果，只有在搞好野外资料采集，才能在接下来的资料处理和资料解释上达到预期的效果。所以野外资料采集是三维地震工作的基础，它直接关系到三维资料的效果。