孔德政，周　旭，王　琬，李　俊，李值六

(1.中國石油塔里木油田分公司,新疆庫爾勒 841000；2.中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司,河北涿州 072751；3.卡爾加里大學，艾伯塔卡爾加里T2N4V7)

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復雜山地地震勘探多信息智能化選點技術
——以塔里木盆地庫車坳陷阿瓦特山地為例

孔德政1,2，周旭2，王琬3，李俊2，李值六2

(1.中國石油塔里木油田分公司,新疆庫爾勒 841000；2.中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司,河北涿州 072751；3.卡爾加里大學，艾伯塔卡爾加里T2N4V7)

摘要：山地地震勘探經常面臨高大陡峭的山地地形，物理點布設難度較大，其合理性不僅影響地震資料質量，且關系著安全風險和施工效率。以塔里木盆地庫車坳陷阿瓦特山地地震勘探為例，介紹了基于高清遙感數據和表層調查數據庫的多信息智能化選點技術。在工區(qū)表層、地表數字高程和遙感正射影像等數據基礎上，針對工區(qū)特點，考慮影響地震資料質量和施工難度兩方面的關鍵因素，確定約束選點中需要綜合應用的信息，采用“逐點面積尋優(yōu)法”進行多信息綜合的自動選點。通過礦場試驗確定各影響因素權重，點位得分為各影響因素的得分與權重的乘積之和，通過自動篩選點位得分優(yōu)選最佳點位。該技術在庫車坳陷等復雜山地三維地震勘探中應用效果較好，保障了物理點布設的合理性，提高了施工效率，降低了安全風險，節(jié)約了勘探成本。

關鍵詞：復雜山地；三維地震勘探；遙感數據；多信息；逐點面積尋優(yōu)法；自動選點

① “室內踏勘”是相對于野外實地踏勘而言的，是指在室內利用高清遙感數據和數字高程數據，借助相關軟件實現對施工工區(qū)的立體模擬踏勘。

塔里木盆地前陸區(qū)是塔里木油田天然氣主產區(qū)，以山地地貌為主，山體高大、陡峭、起伏劇烈；該區(qū)不僅原始地震資料信噪比低、復雜構造成像精度低，而且物理點布設均勻性及合理性差、設備搬遷難度大、施工效率低、安全風險高[1-4]。物理點布設的合理性不僅影響地震資料質量，而且還關系著安全風險和施工效率等。因此，如何實現物理點的最優(yōu)化布設是復雜山地地震采集中需要考慮的首要問題，是優(yōu)質、高效完成采集任務的關鍵。

在復雜山地三維地震勘探中，物理點的均勻分布對獲得良好的疊前偏移成像效果具有重要意義?？臻g采樣密度越大、分布越均勻，偏移噪聲越小，空間炮、道采樣密度和均勻性直接影響最終的偏移結果。對于資料信噪比低、斷裂發(fā)育、構造高陡的前陸區(qū)，物理點分布不均勻給后續(xù)資料處理解釋帶來的影響更為突出[5-8]。以往研究表明，在跨越地面障礙物時，為避免炮點和接收點的突然跳動而使用平滑連續(xù)的炮線和接收線，有助于減少疊前偏移噪聲[9]。因此，確保物理點的最優(yōu)化布設對塔里木盆地復雜山地三維地震勘探具有重要意義。

2003年，凌云針對塔里木盆地復雜山地地震勘探提出了采用衛(wèi)星照片和大比例尺地形圖進行地震采集預設計的思路和方法，即：劃分障礙物區(qū)、進行炮檢點的變觀設計和覆蓋次論證分析，該方法既節(jié)省費用、人力和時間，又較精確和快速[10]。高精度遙感信息以其精度高、信息豐富的特點成為地表地質條件復雜地區(qū)地震勘探不可或缺的數據，它不僅能滿足室內踏勘①、幫助組織野外生產等，還可以利用高精度遙感信息進行地表巖性分區(qū)，指導表層控制點布設、障礙區(qū)炮點預布設，利用遙感矢量數據體定量優(yōu)選激發(fā)和接收點位置，提高單炮資料品質。因此，利用高精度遙感數據及矢量數據體進行復雜地表區(qū)的地震采集設計是一個發(fā)展趨勢[11-12]。在中國西部的準噶爾盆地和柴達木盆地復雜區(qū)的地震勘探中應用遙感信息進行選線和選點，在提高激發(fā)、接收效果和提供施工便利方面取得了顯著效果[13-14]。

目前塔里木盆地前陸復雜山體區(qū)一般都進行了高精度航拍，需要研究如何在復雜山地三維地震勘探中借助高精度航拍數據實現物理點的快速最優(yōu)化布設，保證采集資料的品質，同時降低施工難度、提高施工效率。本文以庫車坳陷山地地形條件最為復雜的區(qū)域——阿瓦特為例，介紹了多信息智能化的選點技術。

1 阿瓦特山地三維工區(qū)

庫車坳陷阿瓦特山地三維工區(qū)可謂“溝壑縱橫、斷崖林立”(圖1)。工區(qū)內分布有溫宿大峽谷等3條大型地表斷裂，北部是極為高陡的南天山山脈。工區(qū)內山體區(qū)約占92.5%，其中高陡山體比例大，約占79%，相對高差一般在280m以上，局部超過450m。交通條件極差，物理點布設、設備搬遷難度極大。如何在確保地震采集質量的同時提高施工效率和降低安全風險是本次采集的關鍵。

2 實現方法

總體來說，多信息智能化選點技術就是多種高精度地理信息約束的自動化選點技術。它是基于高清航拍數據和以往表層調查數據庫，運用多種高精度多信息智能化的方式，實現物理點的自動、快速、最優(yōu)化設計，即物理點的最優(yōu)化布設，如分布均勻性、連續(xù)性有利于激發(fā)、接收和人員及設備到位。多信息智能化選點流程如圖2所示。

首先，需要收集工區(qū)表層、地表高精度數字高程和遙感正射影像3個方面的數據。表層資料來自工區(qū)內以往的地震勘探，如微測井資料，以及由以往地震數據采用層析等方法建立的表層模型等。地表高精度數字高程和遙感正射影像一般來自航拍，高程精度為1～3m、影像精度為0.2～1m便可滿足高精度選點要求。由高精度數字高程和遙感正射影像形成DEM、DOM、多光譜和SAR，利用DEM提取高程、坡度、破碎度、地表起伏和施工風險分級等矢量專題信息；利用DOM提取探區(qū)巖性、人文障礙矢量專題信息；利用多光譜和SAR可提取植被指數、相對濕度、地表粗糙度矢量專題信息(圖3、圖4)。

其次，針對工區(qū)特點，考慮影響地震資料質量和施工難度兩方面的關鍵因素，確定約束選點中需要綜合應用的信息，如高程、坡度、破碎度和低降速帶厚度等。對阿瓦特山地進行三維地震勘探選點時，根據室內高清踏勘和對以往資料品質的分析，確定了影響上述兩個方面的關鍵因素，即點位所處的高程、地面坡度和低降速帶厚度。

再次，采用“逐點面積尋優(yōu)法”進行多信息綜合自動選點。

其一，對各類信息的所有樣點進行評價打分。例如高程，在給定的選點范圍內，最低高程的點得分為100，最高高程的點得分為0，其間采用線性插值的方式確定得分。

其二，按給定權重進行分值累加。權重反映各影響因素對選點的影響程度，一個工區(qū)中不同地貌區(qū)域各影響因素的權重有所不同，一般通過在不同地表區(qū)域分別試驗，對比選點效果來確定各影響因素的權重。在阿瓦特工區(qū)，通過試驗確定了高陡山區(qū)給定的權重，高程為0.5，坡度為0.4，低降速帶厚度為0.1；在起伏相對較小、斷坎不發(fā)育的山區(qū)給定的權重，高程為0.3，坡度為0.3，低降速帶厚度為0.4。點位的得分即為該點位各影響因素的得分與其權重的乘積之和。

其三，以理論點為中心，在設計允許的范圍內選擇分值最高的點作為最優(yōu)點位。高程越低、坡度越小、低降速帶厚度越小等得分越高，因此選點后，可以將所有難以到位的點都轉移到容易到位的區(qū)域；將難以實現高速層激發(fā)的點轉移到厚度相對較小的區(qū)域。這樣在設定的偏移范圍內，大幅度降低施工難度，降低了安全風險，提高了原始資料品質，保證了選點后物理點分布的均勻性。

最后，在自動選點完成后，需要對自動選點方案進行論證分析和微調。論證分析主要考慮障礙區(qū)的覆蓋次數等是否滿足設計要求；微調主要是對個別“孤立點”進行識別，這些“孤立點”不符合物理點連續(xù)分布的原則，更重要的是它們會大大增加鉆井設備等的搬遷難度，嚴重影響施工效率，甚至是可能無法到達。

3 應用效果

多信息智能化選點技術在阿瓦特山地三維地震采集中取得了較好的效果。

(1)物理點整體布設均勻度高。與老三維炮點布設相比，本次三維炮點布設均勻度得到了大幅度提升，可為后續(xù)疊前偏移處理提供高品質的原始資料(圖5)。

(2)綜合應用信息全面、精度高，智能化的“逐點面積選優(yōu)法”選點速度快、 合理性強，大大降低了選點人員的勞動強度。

(3)布設的點位合理性強。實測點位與預布設點位吻合率高達97.51%，確保了野外一次布點成功率，大大提高了野外布點效率，解決了傳統(tǒng)選點方法中多輪次選點帶來的布點效率低、施工強度大和安全風險大的問題。

(4)合理的點位降低了后續(xù)施工人員和設備的到位難度及安全風險，提高了到位效率，測量、鉆井和采集工序分別比原計劃提前17天、14天和13天完成，節(jié)約了成本。

4 結束語

(1)多信息智能化布點技術是復雜山體區(qū)最優(yōu)化布設物理點的有效方法，較傳統(tǒng)的選點方法在質量和效率等方面具有明顯的優(yōu)勢。

(2)根據工區(qū)地貌劃分合適的分區(qū),選擇合適的影響因素并給定合適的權重,是決定選點效果的重要因素。

(3)對于復雜地表區(qū)，應選擇試驗區(qū)進行權重等參數試驗，根據選點效果確定合適的權重參數。

(4)不同地貌區(qū)考慮重點不同，根據工區(qū)實際情況，可以按地貌劃分成多個區(qū)塊,并設置不同的偏移參數進行選點。如低難度區(qū)考慮優(yōu)化激發(fā)條件，而高陡山體區(qū)考慮可實施性等。

(5)選點中采用多種高精度矢量信息，需要進行大量運算，可根據工區(qū)大小選擇合適的計算機配置或者采用分塊選點的方式。

參考文獻

[1]閻世信.山地地球物理勘探技術[M].北京:石油工業(yè)出版社,2000.

[2]熊翥.中國西部地區(qū)物探工作思考[J].石油地球物理勘探,2000,35(2):257-270.

[3]賈承造.前陸沖斷帶油氣勘探[M].北京:石油工業(yè)出版社, 2000.

[4]張研.前陸沖斷帶復雜構造地震成像技術研究[D]. 廣州：中國科學院廣州地球化學研究所,2006.

[5]錢榮鈞.關于地震采集空間采樣密度和均勻性分析[J].石油地球物理勘探,2007,42(2):235-243.

[6]梁向豪,李書君,吳超,等.庫車大北構造帶三維疊前深度偏移處理解釋技術[J].中國石油勘探, 2011，16(5-6):8-13.

[7]鄧志文,倪玉東,陳學強,等.復雜山地三維地震勘探采集技術[J]. 石油物探, 2002, 41(1): 15-22.

[8]碗學儉,葛雪欽,張松平,等.三維觀測系統(tǒng)采樣均勻性分析方法的研究[J].中國石油勘探,2009，14(6): 42-48.

[9]秦廣勝.三維地震觀測系統(tǒng)對疊前成像的影響[D].中國地質大學(北京),2006.

[10]凌云. 塔里木盆地山地地震勘探技術[J]. 中國石油勘探,2003,8(1):25-31 .

[11]孫文珂.十年來物探、化探、遙感工作的進展與今后工作的展望[J].物探與化探,1992, 16(1):3-13.

[12]王咸彬.西部復雜山地地震勘探關鍵技術應用研究[D].四川：成都理工大學,2008.

[13]李獻民,楊萬祥,黃凱.準噶爾盆地南緣復雜區(qū)地震采集技術與成效[J]. 新疆石油地質, 2012,33(6):730-732.

[14]鄒賢華,朱培云,熊翥. 準噶爾盆地南緣山地地震勘探采集方法與技術[J]. 天然氣工業(yè)，2005，25(2):49-52.

Multi-information Intelligent SP Choosing Technology for Seismic Survey in Complex Mountainous Region——A Case Study of Awat Mountainous Region in Kuqa Depression, Tarim Basin

Kong Dezheng1, 2, Zhou Xu2, Wang Wan3,Li Jun2, Li Zhiliu2

(1.PetroChinaTarimOilfieldCompany,Korla,Xinjiang841000,China; 2.BGPINC.ChinaNationalPetroleumCorporation,Zhuozhou,Hebei072751,China;3.UniversityofCalgary,Calgary,AlbertaT2N4V7，Canada)

Abstract:Complex mountainous seismic exploration is often faced with high-step mountain terrains in Tarim Basin, as a result, the rationality of physical point layout does not only affect the quality of seismic data but also relates to safety risks and operation efficiency. Taking the 3D seismic survey of Awat mountainous region in Tarim Basin as an example, we introduced the intelligent SP choosing technology based on high-resolution remote sensing data and surface survey database. On the basis of the such data as the surface structure, surface digital elevation and remote sensing orthophoto of work area, we determined the required information for constraints in choosing, considering the critical factors from the perspectives of data effect and operation difficulty according to the characteristics of the work area. We used the method of “optimization point by point in an area” for multi-information SP choosing. We carried out weight determination of all influential factors through mineral test. The point score is the sum of the score of each factor and the weight product. We selected the optimal point by SP choosing. The technology applied well to 3D exploration in Kuqa and other complex mountainous regions, ensuring the rationality of physical point layout, greatly improving the operation efficiency, reducing safety risks, and saved exploration costs.

Key words:complex mountainous region; 3D seismic survey; remote sensing data; multi-information; optimization method point by point; SP choosing

基金項目：國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”之課題“塔里木盆地庫車前陸沖斷帶油氣開發(fā)示范工程”(2011ZX05046)。

第一作者簡介：孔德政(1980年生)，男，工程師，從事地震勘探方法研究工作。郵箱：kongdezheng@cnpc.com.cn。

中圖分類號：P631.42

文獻標識碼:A