丁 偉,胡立新,何京國(guó),趙國(guó)勇,段衛(wèi)星,劉麗娟

(中國(guó)石油化工集團(tuán)公司石油工程地球物理有限公司勝利分公司,山東東營(yíng)257100)

隨著可控震源技術(shù)的逐漸發(fā)展,目前震源車能駛?cè)氲牡貐^(qū),如平原、城鎮(zhèn)、一般山地、山前帶、丘陵、沙漠等,基本上就可以采用可控震源采集資料。從2013年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看,國(guó)外陸上地震勘探工作量的75%是采用可控震源完成的；國(guó)內(nèi)陸上可控震源地震采集工作量在30%左右,并呈逐年上升的趨勢(shì)。國(guó)外相繼研發(fā)并廣泛應(yīng)用了基于提高采集效率的高密度、高品質(zhì)的可控震源地震采集技術(shù),而國(guó)內(nèi)這方面的研究相對(duì)較少。2013年在我國(guó)西部HS地區(qū)開(kāi)展了可控震源高效地震采集試驗(yàn)和應(yīng)用研究,這是在西部山前帶三維地震勘探中首次規(guī)模化應(yīng)用可控震源高效采集技術(shù),取得了較好的效果。

西部HS地區(qū)地表以礫石戈壁為主,表層礫石覆蓋厚度較大,低、降速層厚度一般在4～30m,高速層速度在2000m/s左右。上部地層受構(gòu)造活動(dòng)影響較小,為單傾斜坡特征,構(gòu)造與斷裂不發(fā)育,主要包括三疊系、侏羅系、白堊系泛湖盆正常沉積地層,屬于第一勘探目標(biāo)層。下部地層主要是二疊系-石炭系,構(gòu)造變形強(qiáng)烈,以逆掩推覆褶皺和沖斷為主要構(gòu)造特征,屬于第二勘探目標(biāo)層?？碧侥康膶勇裆羁缍却?420～6575m)和構(gòu)造復(fù)雜是制約本區(qū)淺、中、深一體化勘探的主要地質(zhì)問(wèn)題。因此,HS地區(qū)采用的地震采集方法既要有利于提高采集效率,又要能夠提高“淺、中、深”目的層地震成像質(zhì)量。

1 可控震源高效采集觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

可控震源高效采集觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)從有利于提高成像質(zhì)量入手,依據(jù)勘探地質(zhì)目標(biāo)和可控震源間噪聲干擾水平與壓噪能力來(lái)開(kāi)展[1-2],同時(shí)要有利于提高可控震源的采集效率。針對(duì)HS地區(qū)山前帶地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、資料信噪比低等特點(diǎn),設(shè)計(jì)了40線6炮“鋸齒”型觀測(cè)系統(tǒng),面元大小25m×25m,覆蓋次數(shù)達(dá)1680次(面元屬性分析見(jiàn)圖1所示),道密度為268.8×104道/km2。

分析圖1a可見(jiàn),可控震源激發(fā)的路線適合于可控震源高效采集；從面元屬性分析(圖1b至圖1e)來(lái)看,方位角和炮檢距分布較為均勻；從疊前時(shí)間偏移響應(yīng)(圖1f)來(lái)看,其旁瓣小、聚焦性好。由圖1可以得出結(jié)論：上述觀測(cè)系統(tǒng)面元小、炮點(diǎn)密度高、方位角寬、面元屬性均勻,且具有較好的疊前偏移響應(yīng),能夠兼顧淺、中、深各主要目標(biāo)層,滿足山前復(fù)雜構(gòu)造的疊前偏移成像要求。與常規(guī)炸藥震源采集的高精度三維觀測(cè)系統(tǒng)相比[3],該觀測(cè)系統(tǒng)炮密度、道密度、覆蓋次數(shù)更高,炮排距更小,屬性更好。

圖1 高效采集觀測(cè)系統(tǒng)及面元屬性分析a 局部炮點(diǎn)平面設(shè)計(jì); b 玫瑰圖; c 炮檢距分布; d 方位角分布; e 炮檢距分布; f 疊前時(shí)間偏移響應(yīng)

2 可控震源高效采集方法

可控震源高效采集方法是：依據(jù)觀測(cè)系統(tǒng)和地表?xiàng)l件,重點(diǎn)考慮目的層反射資料質(zhì)量、震源間噪聲干擾水平與壓噪能力,投入足夠數(shù)量的震源和采集設(shè)備以及相關(guān)配套軟、硬件,合理設(shè)計(jì)可控震源采集面上的分布與工作方式[4],通過(guò)儀器、震源、排列等工序之間協(xié)調(diào)一致，密切配合,實(shí)現(xiàn)可控震源高效采集。

HS地區(qū)采用可控震源高效同步滑動(dòng)掃描方法(圖2和圖3),掃描長(zhǎng)度為16s,聽(tīng)時(shí)間為8s,滑動(dòng)時(shí)間為12s。將10臺(tái)可控震源間隔12km分成2組,每組5臺(tái)震源(第1組為V1至V5,第2組為V6至V10),分別分布在5束測(cè)線內(nèi),每組內(nèi)的震源進(jìn)行滑動(dòng)掃描或交替掃描,并且其中的1臺(tái)與另一組的任意一臺(tái)震源配對(duì)進(jìn)行同步掃描。每臺(tái)可控震源準(zhǔn)備就緒后即進(jìn)入震源任務(wù)序列。在震源任務(wù)序列中,同步掃描優(yōu)先權(quán)最高,其次是滑動(dòng)掃描,優(yōu)先權(quán)最低的是交替掃描。優(yōu)先權(quán)最高的可控震源優(yōu)先啟動(dòng)掃描，兩組震源之間任意兩臺(tái)震源優(yōu)先配對(duì)同時(shí)(同步)掃描,每組震源之間按可控震源間距匹配相應(yīng)的滑動(dòng)時(shí)間進(jìn)行滑動(dòng)掃描。兩組震源之間的兩臺(tái)震源距離小于12km時(shí),亦采取滑動(dòng)掃描；兩臺(tái)震源距離小于150m時(shí),采取交替掃描。參與高效采集的可控震源按照“動(dòng)態(tài)配對(duì)管理規(guī)則”自動(dòng)選擇同步掃描、滑動(dòng)掃描或交替掃描,充分利用生產(chǎn)資源,提高地震采集效率。

圖2 可控震源高效采集方法

圖3 可控震源高效采集掃描方式

3 可控震源高效采集特征噪聲及壓制方法

3.1 可控震源高效采集特征噪聲

可控震源高效同步滑動(dòng)掃描方法主要產(chǎn)生兩種特征干擾,“交涉干擾”和“諧振干擾”,且在單炮記錄中分布比較廣泛[5-9]。圖4a，圖4b和圖4c分別是HS地區(qū)野外生產(chǎn)可控震源單臺(tái)單次掃描記錄、同步掃描記錄和滑動(dòng)掃描記錄,明顯可見(jiàn)圖4a 和圖4c上存在可控震源自身產(chǎn)生的“諧振干擾”(圖中①處),圖4b上存在可控震源之間同步掃描產(chǎn)生的“交涉干擾”(圖中②處),圖4c上存在滑動(dòng)掃描產(chǎn)生的“諧振干擾”(圖中③處)。同步“交涉干擾”表現(xiàn)為強(qiáng)相干性的線性干擾,相對(duì)于“諧振干擾”影響范圍大,出現(xiàn)的位置取決于同步震源距離的遠(yuǎn)近。本工區(qū)同步震源距離12km時(shí),“交涉干擾”主要出現(xiàn)在地震記錄中的遠(yuǎn)偏移距和深層,干擾第二勘探目標(biāo)層反射。從頻譜分析(圖5a至圖5c)來(lái)看,高效采集噪聲頻率與地震波頻率完全重合,需要通過(guò)后續(xù)的特殊處理加以壓制。

3.2 高效采集特征噪聲壓制[10-16]

在單炮記錄中,同步交涉干擾的角度和出現(xiàn)位置不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè),采用常規(guī)噪聲壓制方法無(wú)法進(jìn)行有效識(shí)別和壓制。但炮域相干性很強(qiáng)的同步交涉干擾在CMP域表現(xiàn)為能量較強(qiáng)且孤立的隨機(jī)噪聲,因此可以在CMP域應(yīng)用異常振幅識(shí)別與衰減技術(shù)對(duì)孤立的強(qiáng)振幅噪聲進(jìn)行壓制。如圖6所示,原始單炮記錄有較強(qiáng)的同步交涉干擾,在炮域經(jīng)常規(guī)去噪之后同步交涉干擾幾乎沒(méi)有得到有效衰減,但經(jīng)CMP域異常振幅識(shí)別與衰減之后,同步交涉干擾得到了較好的壓制。

對(duì)于諧振干擾,在CMP域也能獲得較理想的去噪效果,如圖7所示。

圖4 可控震源高效采集典型單炮記錄a 單臺(tái)單次掃描記錄; b 同步掃描記錄; c 滑動(dòng)掃描記錄

圖5 可控震源高效采集單炮記錄及其頻譜分析a 單臺(tái)單次諧振頻譜; b 同步掃描交叉干擾頻譜; c 滑動(dòng)掃描諧振頻譜

圖6 CMP域同步交涉干擾壓制a 原始單炮記錄; b 常規(guī)炮域去噪后單炮記錄; c CMP域去噪后單炮記錄

除了在CMP域,高效采集特征噪聲在共檢波點(diǎn)域、共偏移距域、十字排列域等也表現(xiàn)為隨機(jī)噪聲,因此,通過(guò)數(shù)據(jù)域變換進(jìn)行高效采集特征噪聲壓制是比較有效的方法。HS地區(qū)覆蓋次數(shù)高達(dá)1680次,高覆蓋次數(shù)對(duì)高效采集特征噪聲的壓制有較理想的效果。實(shí)踐證明,應(yīng)用數(shù)據(jù)域變換方法去噪以后地震剖面上不會(huì)存留高效采集特征噪聲的影響。

圖7 CMP域壓制諧振干擾a 原始單炮記錄; b 常規(guī)炮域去噪后單炮記錄; c CMP域去噪后單炮記錄

4 可控震源高效采集效果分析

4.1 時(shí)效分析

西部HS地區(qū)可控震源高效采集最高產(chǎn)量13007炮/d,最高時(shí)效718炮/h,平均產(chǎn)量6110炮/d,炮點(diǎn)面積為22.6km2/d,取得國(guó)內(nèi)最高日產(chǎn)、最高時(shí)效、最高平均日產(chǎn)3項(xiàng)記錄。本地區(qū)可控震源常規(guī)采集方法生產(chǎn)效率一般為500炮/d左右,相應(yīng)炮點(diǎn)面積為7.5km2/d,高效采集每天完成的炮數(shù)是常規(guī)采集的12倍左右,每天完成的炮點(diǎn)面積是常規(guī)采集的3倍左右。也就是說(shuō),可控震源高效同步滑動(dòng)掃描方法能夠大幅度提高地震資料采集效率。

4.2 地震剖面效果分析

圖8為HS地區(qū)相同位置可控震源常規(guī)采集(24線9炮、252次覆蓋)與高效采集資料滿覆蓋段剩余靜校正前的疊加剖面。對(duì)比分析可見(jiàn),高效采集剖面(圖8b)信噪比較高,整體質(zhì)量?jī)?yōu)于常規(guī)采集剖面(圖8a),尤其是中淺層(第一勘探目標(biāo)層)優(yōu)勢(shì)明顯,淺層超剝帶和沖斷帶成像更加清晰,達(dá)到了本區(qū)地質(zhì)任務(wù)的要求。

圖8 相同位置常規(guī)采集(a)與高效采集(b)資料疊加剖面對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)可控震源高效采集攻關(guān),在HS地區(qū)資料采集中取得了國(guó)內(nèi)最高日產(chǎn)、最高時(shí)效、最高平均日產(chǎn)3項(xiàng)記錄。同時(shí)，該地區(qū)高效采集資料疊加剖面質(zhì)量整體有較大提高,尤其是中、淺層較常規(guī)采集資料的成像效果優(yōu)勢(shì)明顯。對(duì)于類似HS地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造、勘探面積較小的工區(qū),可控震源高效同步滑動(dòng)掃描方法可望得到較好的推廣應(yīng)用。

致謝:在項(xiàng)目研究中得到了中國(guó)石油化工股份有限公司石油工程地球物理公司韓文功和中國(guó)石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院呂公河的大力支持，在此表示衷心感謝！

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