李　俊，張　坤，周　旭，張　巖

(中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司,河北涿州 072751)

塔中沙漠區(qū)可控震源寬線采集試驗(yàn)

李俊，張坤，周旭，張巖

(中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司,河北涿州 072751)

摘要：塔中沙漠區(qū)奧陶系碳酸鹽巖勘探需要通過高密度寬方位三維采集來提高勘探精度?；诟呙芏葘挿轿徊杉瘜?duì)提高采集效率和降低勘探成本的需求，開展了可控震源寬線采集試驗(yàn)，以研究沙漠區(qū)應(yīng)用可控震源并實(shí)施高效采集的可行性。利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了震源臺(tái)數(shù)、覆蓋次數(shù)等施工參數(shù)的對(duì)比、炸藥和可控震源資料的對(duì)比、可控震源施工效率及影響因素分析。研究表明，可控震源在塔中沙漠區(qū)應(yīng)用是可行性的。在組合臺(tái)數(shù)和覆蓋次數(shù)乘積相等的前提下，單臺(tái)激發(fā)高覆蓋觀測與多臺(tái)震源組合激發(fā)較低覆蓋次數(shù)觀測的剖面效果基本相當(dāng)。為得到與炸藥激發(fā)相當(dāng)水平的資料，單臺(tái)可控震源采集的覆蓋次數(shù)至少要達(dá)到炸藥激發(fā)覆蓋次數(shù)的11倍以上。可控震源在沙漠區(qū)施工時(shí)，通行條件是影響效率的關(guān)鍵，再配置足夠的震源，能夠進(jìn)行高效采集。

關(guān)鍵詞：沙漠區(qū)；低信噪比；可控震源；激發(fā)方法；覆蓋次數(shù)

A Test for Vibroseis Wide-line Acquisition in Central Tarim Desert Area

Li Jun, Zhang Kun, Zhou Xu, Zhang Yan

(BureauofGeophysicalProspectingINC.,ChinaNationalPetroleumCorporation,Zhuozhou,Hebei072751，China)

Abstract:The high-density wide-azimuth 3D acquisition method is needed to improve the survey accuracy for the exploration of the Ordovician carbonate rocks in Central Tarim Desert Area. Since high-density wide-azimuth acquisition demands for increasing acquisition efficiency and reducing exploration cost, we carried out a pilot vibroseis acquisition test using wide lines to study the feasibility of performing high-efficiency acquisitions with vibrators in desert area. Based on the test data, we compared the operation parameters including the number of vibrators and folds, the charge and vibrator data, and analyzed the vibroseis efficiency and influencing factors. Results indicated that vibrator could be applied in Central Tarim Area. In the premise of equal product of the number of vibrators and the selection of folds, single source high-fold observation and multi-source low-fold observation had equivalent effect. To get data similar to charge stimulation, the fold of single-vibrator vibroseis acquisition was at least 11 times higher than that of charge stimulation. When operating in desert area with vibroseis, passing condition is key to efficiency. Integrated with enough vibroseis, we could carry out high-efficiency acquisition.

Key words:desert area; low S/N ratio; vibroseis; shooting method; fold

利用離散地震波場準(zhǔn)確重建地下連續(xù)波場的理想條件是地震采集能夠?qū)ξ寰S疊前波場W(t，xr，yr，xs，ys)(其中，t為時(shí)間；xr、yr為接收點(diǎn)x、y坐標(biāo)；xs、ys為激發(fā)點(diǎn)x和y坐標(biāo))進(jìn)行充分采樣，采用小點(diǎn)距、小線距的高密度寬方位觀測系統(tǒng)是更接近理想條件的采集方案[1-5]，但這種方案對(duì)采集裝備和勘探投入都有很高的要求。地震裝備技術(shù)的快速發(fā)展使儀器帶道能力大幅度提升，使得高密度寬方位地震采集的實(shí)施具備了可行性；但受成本制約，高密度寬方位地震采集技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用仍然面臨巨大的阻力?？煽卣鹪锤咝Р杉夹g(shù)的出現(xiàn)及快速發(fā)展有效地緩解了高密度寬方位采集的成本壓力，受到了越來越多的關(guān)注[6-9]。

目前，在一些復(fù)雜區(qū)域可控震源的應(yīng)用較少，缺乏施工經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際資料，決策者沒有充分的依據(jù)選擇可控震源來進(jìn)行規(guī)?；┕?，塔中沙漠區(qū)就是典型區(qū)域。該區(qū)地表被第四系巨厚松散沙層覆蓋，地形起伏劇烈、表層松軟，通行條件差；近地表吸收衰減和散射作用強(qiáng)，且目的層奧陶系碳酸鹽巖埋藏深度大、內(nèi)幕速度差異小，反射能量弱，存在較為嚴(yán)重的低信噪比問題。區(qū)內(nèi)以往地震勘探全部采用炸藥激發(fā)，可控震源能否實(shí)施、能否得到滿足地質(zhì)需求的資料尚不明確。為此，開展了塔中沙漠區(qū)可控震源寬線采集試驗(yàn)，從而對(duì)可控震源采集的可行性進(jìn)行了研究。

1 試驗(yàn)區(qū)

試驗(yàn)區(qū)選擇在塔克拉瑪干大沙漠腹地，工區(qū)地表為條帶狀沙丘，海拔為1041～1081m，測線近平行于沙丘走向布設(shè)，測線通行方向上地面坡度在15°以內(nèi)。近地表存在穩(wěn)定的潛水面，埋深4～40m。目的層中—上奧陶統(tǒng)底界埋深約6000m，在剖面上的反射時(shí)間大致為3.75～4.0s。

2007年區(qū)內(nèi)曾采用炸藥潛水面下激發(fā)的方式進(jìn)行三維地震資料采集。三維觀測系統(tǒng)參數(shù)為：12線12炮216道、50m道距、50m炮點(diǎn)距、300m接收線距、450m炮線距、72次覆蓋。

2 試驗(yàn)及對(duì)比方案

2.1 試驗(yàn)采集方案

觀測系統(tǒng)參數(shù)：采用寬線觀測方式進(jìn)行采集，共鋪設(shè)接收線2條、炮線3條，炮點(diǎn)和接收點(diǎn)間距為30m，炮線和接收線間距為90m(圖1)，采集時(shí)每炮均采用2線400道中間放炮觀測系統(tǒng)接收。

圖1　試驗(yàn)采集方案示意圖Fig.1　Sketch map of acquisition schemes used in the test

激發(fā)參數(shù)：采用KZ28大噸位可控震源激發(fā)，1～4臺(tái)組合、震動(dòng)1次、驅(qū)動(dòng)幅度為60%、掃描長度為16s、掃描頻率為6～64Hz。其中炮線1采用2臺(tái)組合激發(fā)，炮線2采用3臺(tái)組合激發(fā)，炮線3分別采用1臺(tái)、4臺(tái)組合各施工1次。

檢波組合參數(shù)：20個(gè)檢波器面積組合。

2.2對(duì)比方案及思路

主要從兩個(gè)方面對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析。

2.2.1 可控震源臺(tái)數(shù)及覆蓋次數(shù)對(duì)比

將1～4臺(tái)激發(fā)的可控震源線試驗(yàn)資料進(jìn)行處理，分別得到100次、200次和400次覆蓋的剖面。通過相同覆蓋次數(shù)不同激發(fā)臺(tái)數(shù)的資料對(duì)比，分析可控震源激發(fā)臺(tái)數(shù)對(duì)資料的影響；通過相同激發(fā)臺(tái)數(shù)不同覆蓋次數(shù)的資料對(duì)比，分析覆蓋次數(shù)對(duì)資料的影響；通過對(duì)比資料品質(zhì)相當(dāng)時(shí)的采集參數(shù)，分析采集參數(shù)之間的匹配關(guān)系。

2.2.2 炸藥和可控震源激發(fā)效果對(duì)比

將采集的試驗(yàn)資料與以往相同位置炸藥激發(fā)資料進(jìn)行對(duì)比，分析兩種激發(fā)方式得到的資料差異；以炸藥激發(fā)資料效果為標(biāo)準(zhǔn)，將不同采集方案得到的可控震源資料與之進(jìn)行對(duì)比，分析確定與炸藥激發(fā)等效的可控震源采集方案。

3 試驗(yàn)資料分析

3.1 不同采集參數(shù)的可控震源資料對(duì)比分析

(1)

式中SN——疊加后的剖面信噪比；

n——可控震源組合臺(tái)數(shù)；

m——觀測系統(tǒng)覆蓋次數(shù)；

k——常數(shù)，可看作單臺(tái)可控震源采集得到的原始資料信噪比。

圖2　可控震源激發(fā)不同采集參數(shù)的疊前時(shí)間偏移剖面圖Fig.2 Prestack time migration sections using different vibroseis acquisition parameters

從圖2中縱向排列的3組剖面來看，相同覆蓋次數(shù)條件下，隨著可控震源激發(fā)臺(tái)數(shù)的增加，剖面上3.5s和4.0s左右的反射波同相軸連續(xù)性逐步增強(qiáng)。從圖2中橫向排列的3組剖面上看，在可控震源激發(fā)臺(tái)數(shù)相同的條件下，隨覆蓋次數(shù)的增加，剖面上3.5s和4.0s左右的反射波同相軸連續(xù)性同樣呈逐步增強(qiáng)的趨勢。圖2中左下至右上對(duì)角線上的3張剖面成像效果差別不大。在剖面上取3.0～3.2s時(shí)窗，分析有效頻帶10～45Hz的信噪比，得到圖3所示結(jié)果。從圖3上可以看出，隨著可控震源激發(fā)臺(tái)數(shù)或覆蓋次數(shù)的增加，剖面信噪比逐步提高。當(dāng)采用覆蓋次數(shù)與可控震源激發(fā)臺(tái)數(shù)的乘積相同時(shí)，信噪比定量分析結(jié)果大致相等。如4臺(tái)激發(fā)100次覆蓋、2臺(tái)激發(fā)200次覆蓋和1臺(tái)激發(fā)400次覆蓋的剖面信噪比都處在2.62～2.67范圍內(nèi)，差異率最大為1.9%。

圖3　不同采集參數(shù)的疊前時(shí)間偏移剖面信噪比圖Fig.3　S/N ratios of the prestack time migration sections using different acquisition parameters

由上述理論分析與實(shí)際資料對(duì)比可知，可控震源組合臺(tái)數(shù)和觀測系統(tǒng)的覆蓋次數(shù)對(duì)剖面信噪比存在較大影響。單從提高剖面信噪比的能力而言，增加可控震源組合臺(tái)數(shù)和提高覆蓋次數(shù)是等效的。因此，在確定采集方案時(shí)，用提高覆蓋次數(shù)和增加組合激發(fā)臺(tái)數(shù)提高信噪比的這兩種方法可以互換，即提高覆蓋次數(shù)時(shí)可適當(dāng)減少可控震源組合臺(tái)數(shù)，增加可控震源組合臺(tái)數(shù)時(shí)可適當(dāng)降低覆蓋次數(shù)。

3.2 炸藥激發(fā)與可控震源激發(fā)資料對(duì)比

炸藥和可控震源激發(fā)的資料在頻率、能量和噪聲特征等方面都存在較大的差異。理論上，炸藥在較好的彈性介質(zhì)(如水、膠泥、硬巖石等)中激發(fā)，能夠得到具有較寬頻帶、較高主頻的激發(fā)子波，相對(duì)于受掃描頻帶限制的可控震源激發(fā)子波有明顯的優(yōu)勢。但經(jīng)過大地對(duì)激發(fā)子波吸收衰減改造后，實(shí)際采集到的深層地震資料上炸藥和可控震源激發(fā)的地震波頻帶差別并不明顯。在試驗(yàn)區(qū)可控震源激發(fā)的資料上，目的層奧陶系反射波有效頻帶為10～35Hz，與炸藥激發(fā)的頻帶范圍大致相同。

在信噪比方面，由于可控震源激發(fā)的能量相對(duì)較弱，而且淺層多次折射干擾及近地表散射干擾更為發(fā)育，單炮信噪比明顯低于炸藥激發(fā)資料(圖4)。受單炮信噪比的影響，室內(nèi)處理中可控震源資料的去噪和速度分析難度較大，去噪效果和速度分析精度比炸藥激發(fā)所得資料差。最終導(dǎo)致覆蓋次數(shù)大致相同時(shí)，可控震源資料的剖面成像效果明顯不如炸藥激發(fā)的剖面效果(圖5)。

之前的分析表明，通過增加覆蓋次數(shù)或激發(fā)的組合臺(tái)數(shù)能提高可控震源資料的剖面信噪比。從圖6a與圖6b和圖6c與圖6d所知，可控震源激發(fā)高覆蓋采集的資料與井炮激發(fā)低覆蓋資料基本相當(dāng)。由此可得，要達(dá)到與炸藥激發(fā)資料相當(dāng)?shù)钠拭嫘Ч?，可控震源采集的覆蓋次數(shù)m、組合臺(tái)數(shù)n與炸藥采集的覆蓋次數(shù)f之間應(yīng)滿足的關(guān)系為：nm≈11f。

圖4　去除線性干擾后的可控震源和炸藥激發(fā)單炮記錄圖Fig.4　Vibroseis and explosive-shooting single shot records after removing the linear disturbance

圖5　覆蓋次數(shù)基本相當(dāng)時(shí)可控震源激發(fā)和炸藥激發(fā)資料疊前時(shí)間偏移剖面圖Fig.5　Prestack time migration sections from vibroseis and explosive-shooting when folds are equivalent

圖6　不同激發(fā)方式不同采集參數(shù)的疊前時(shí)間偏移剖面圖Fig.6　Prestack time migration sections acquired using different parameters and different shooting methodsa—井炮高速層激發(fā)72次覆蓋；b—可控震源2臺(tái)組合激發(fā) 400次覆蓋;c—井炮高速層激發(fā)144次覆蓋；d—可控震源4臺(tái)組合激發(fā) 400次覆蓋

綜合上述對(duì)比分析結(jié)果，在塔中沙漠區(qū)采用可控震源采集得到的資料的有效頻帶與炸藥激發(fā)資料差別不大，但單炮的信噪比明顯低于炸藥激發(fā)資料。采用高覆蓋或多臺(tái)組合激發(fā)等提高信噪比的措施后，能夠得到與炸藥激發(fā)資料等效的剖面效果。如果采用單臺(tái)可控震源激發(fā)，要得到與炸藥激發(fā)相當(dāng)水平的資料，可控震源采集的覆蓋次數(shù)要達(dá)到炸藥激發(fā)覆蓋次數(shù)的11倍。

3.3 可控震源施工效率及影響因素分析

沙漠區(qū)通行條件差對(duì)可控震源工作效率有很大影響。從施工現(xiàn)場反饋的信息來看，沙丘坡度大和彎道多是影響可控震源工作效率的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。測試表明，輪式震源的爬坡能力只能達(dá)到15°，拐彎時(shí)需要路面寬度達(dá)到5m以上。施工中需加強(qiáng)選點(diǎn)、線路設(shè)計(jì)和推路工作，使震源道路坡度和拐彎處的寬度滿足通行需要，才能確?？煽卣鹪丛谏衬畢^(qū)有效施工。

對(duì)試驗(yàn)線所有炮點(diǎn)的采集時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出間隔30m的兩個(gè)相鄰炮點(diǎn)的放炮時(shí)間間隔平均為63.55s。將這個(gè)時(shí)間減去可控震源掃描時(shí)間16s和聽時(shí)間7s，可得震源就緒時(shí)間(搬點(diǎn)+起降平板時(shí)間)平均為40.55s。按照這個(gè)時(shí)間推算，配置3組可控震源進(jìn)行交替掃描施工，可達(dá)到156炮/h的生產(chǎn)效率，配置4組震源進(jìn)行滑動(dòng)掃描施工(10s滑動(dòng)時(shí)間)，可達(dá)到360炮/h的生產(chǎn)效率。

4 認(rèn)識(shí)及建議

根據(jù)試驗(yàn)資料的分析結(jié)果，通過合理選擇采集參數(shù)，塔中沙漠區(qū)可控震源施工能夠得到與炸藥激發(fā)等效的剖面效果，通過解決可控震源通行問題，并合理配置資源，能夠?qū)崿F(xiàn)高效采集施工。因此，塔中沙漠區(qū)可控震源施工具有可行性。塔中沙漠區(qū)采用可控震源施工時(shí)，在采集方法選擇和施工組織上需關(guān)注以下幾點(diǎn)：

(1)可控震源施工需要采用比炸藥激發(fā)更強(qiáng)化的采集方案。以得到與炸藥激發(fā)相當(dāng)水平的資料為衡量標(biāo)準(zhǔn)，單臺(tái)可控震源采集的覆蓋次數(shù)至少要達(dá)到炸藥激發(fā)覆蓋次數(shù)的11倍以上。

(2)盡管在組合臺(tái)數(shù)和覆蓋次數(shù)乘積相等的前提下，單臺(tái)激發(fā)高覆蓋觀測與多臺(tái)震源組合激發(fā)低覆蓋次數(shù)觀測的剖面效果基本相當(dāng)，但由于單臺(tái)激發(fā)在提高施工效率、保護(hù)高頻信號(hào)和利用力信號(hào)壓制諧波干擾等方面存在優(yōu)勢，在高精度三維勘探中應(yīng)優(yōu)先考慮采用單臺(tái)激發(fā)高覆蓋觀測的采集方法。

(3)可控震源在沙漠區(qū)施工時(shí)，通行條件是影響效率的關(guān)鍵。在塔中地區(qū)西部沙丘起伏程度與試驗(yàn)區(qū)相當(dāng)、地面相對(duì)高差在40m以內(nèi)的區(qū)域，通過加強(qiáng)選點(diǎn)、線路設(shè)計(jì)和推路工作解決好通行問題，再配置足夠的震源，才能進(jìn)行高效采集。

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作者簡介：第一李俊(1977年生),男,工程師,現(xiàn)主要從事地震采集方法研究工作。郵箱： bgpzx@163.com。

中圖分類號(hào)：P631.4

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