陳敬國，劉宏飛，劉　璐，石林菁敏

(中國石油集團東方地球物理勘探有限責(zé)任公司華北物探處，河北省任丘 062552)

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可控震源在復(fù)雜障礙區(qū)地震勘探中的應(yīng)用及效果

陳敬國，劉宏飛，劉璐，石林菁敏

(中國石油集團東方地球物理勘探有限責(zé)任公司華北物探處，河北省任丘 062552)

中國東部平原區(qū)復(fù)雜的地表障礙給三維地震勘探的炮檢點放樣帶來較大困難，尤其是炸藥震源激發(fā)很難達到設(shè)計需要的炮點密度，使炸藥震源應(yīng)用受到極大限制。為提高采樣密度，降低炸藥震源勘探中的安全風(fēng)險，在東部平原復(fù)雜障礙區(qū)開展了可控震源激發(fā)的三維地震勘探攻關(guān)試驗。依托低頻可控震源、高精度航空拍攝、檢波器打眼機等資源設(shè)備和技術(shù)支撐，安全、優(yōu)質(zhì)、高效地完成了地震采集。結(jié)果顯示，雖然炸藥震源激發(fā)的單炮能量和信噪比高于可控震源激發(fā)，但經(jīng)過高覆蓋、高炮道密度的資料疊加處理后，可控震源激發(fā)地震勘探的深層信息得到了增強。經(jīng)過疊加和偏移精細處理后，新采集的資料品質(zhì)穩(wěn)定性好、能量足、波組特征清晰、目的層連續(xù)性好、信噪比高、頻帶寬，能夠很好地滿足資料處理、解釋的需求。

復(fù)雜障礙區(qū)；可控震源；地震勘探；航空拍攝；檢波器

渤海灣盆地高勘探程度含油氣凹陷的二次三維地震勘探已經(jīng)結(jié)束，但由于新的油氣接替凹陷正在探索之中，所以老油氣區(qū)的綜合挖潛工作就顯得極為重要[1]。炸藥震源激發(fā)技術(shù)目前已非常成熟、完備，但炸藥震源激發(fā)二次地震勘探資料品質(zhì)提升有限；同時隨著新的《安全生產(chǎn)法》和《環(huán)境保護法》的頒布實施，綠色勘探大勢所趨，炸藥震源的安全性、環(huán)保性受到嚴峻挑戰(zhàn)，可控震源勘探方法逐漸走上了歷史舞臺。

近年來，渤海灣盆地冀中坳陷同口洼槽及周邊發(fā)現(xiàn)一批有利勘探目標，表明該區(qū)有較大的勘探潛力，是蠡縣斜坡實現(xiàn)儲量接替和形成規(guī)模儲量的現(xiàn)實地區(qū)，有必要對其開展進一步的地震勘探。但該區(qū)所處的華北探區(qū)地表情況較為復(fù)雜，障礙物類型多，村莊連片，水系發(fā)達，樹林苗圃密布，炸藥震源激發(fā)的炮點密度難以達到設(shè)計需求。因此在同口西實施了渤海灣地區(qū)第一塊復(fù)雜障礙區(qū)低頻可控震源寬頻激發(fā)三維地震采集攻關(guān)項目。

項目緊密圍繞地質(zhì)需求，依托低頻可控震源、高精度航空拍攝(簡稱航拍)和檢波器打眼機等資源設(shè)備和技術(shù)支撐，通過超前精細謀劃準備、強化質(zhì)量意識、嚴格過程控制、創(chuàng)新質(zhì)量管理，安全、優(yōu)質(zhì)、高效地完成了項目運作，實現(xiàn)了低頻可控震源激發(fā)技術(shù)、航拍技術(shù)和接收技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，實現(xiàn)了中國東部復(fù)雜障礙區(qū)可控震源激發(fā)的規(guī)?；a(chǎn)，為在東部復(fù)雜障礙區(qū)推廣可控震源激發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

1 面臨的主要問題

1.1 資料品質(zhì)提升難度大

同口西地區(qū)屬于饒陽凹陷蠡縣斜坡高勘探程度區(qū)和保定洼槽的過渡地帶，以往勘探采用井炮(炸藥震源)激發(fā)，整體資料品質(zhì)較好，信噪比較高、大套波組特征明顯。本次勘探的主要目的是搞清古近系沙河街組第一段附近尾砂巖薄層的展布特征及保定洼槽的基底(潛山頂面)特征，采集的主要任務(wù)是提高尾砂巖的分辨率和洼槽基底的信噪比。在老油區(qū)進行巖性與構(gòu)造的復(fù)合勘探對技術(shù)和施工要求極高，再次采用井炮激發(fā)資料品質(zhì)提升難度較大。

1.2 安全生產(chǎn)保障要求高

炸藥震源作業(yè)安全壓力大。冀中地區(qū)村莊廠礦密集連片，交通發(fā)達，生產(chǎn)工作繁忙，人員流動性強，一旦炸藥丟失，社會危害極大。同時炸藥震源的申購、運輸、儲存、使用、銷毀的環(huán)節(jié)過多、手續(xù)繁雜，安全生產(chǎn)保障要求高。

1.3 環(huán)境保護形勢緊

炸藥震源激發(fā)瞬間爆炸威力極大，大面積的爆破作業(yè)改變了近地表結(jié)構(gòu)，容易造成地下水的流失，同時爆破后留下的殘渣難以降解，產(chǎn)生的氣體溶于水或融入空氣容易污染環(huán)境[2]。隨著新《安全生產(chǎn)法》和《環(huán)境保護法》的頒布實施，綠色勘探呼聲日益高漲，炸藥震源作業(yè)將面臨更加嚴峻的考驗。

1.4 可控震源勘探迫在眉睫

可控震源勘探具有參數(shù)可調(diào)、綠色環(huán)保的優(yōu)勢，是未來陸上地震勘探最主要激發(fā)方式之一。可控震源勘探技術(shù)可以實現(xiàn)冀中探區(qū)“經(jīng)濟、技術(shù)、地質(zhì)效果”一體化，有利于實施大規(guī)?！皟蓪捯桓摺钡牡卣鹂碧健檫M一步挖掘冀中探區(qū)的勘探市場，滿足“設(shè)計部署型”需求，特在同口西地區(qū)聯(lián)合開展了渤海灣地區(qū)第一塊低頻可控震源寬頻激發(fā)的三維高分辨率地震采集攻關(guān)試驗。施工圍繞地質(zhì)需求，超前謀劃、整體設(shè)計、精細策劃施工組織、創(chuàng)新規(guī)劃可控震源施工路線，優(yōu)化項目運作、保證采集資料質(zhì)量，并取得了良好的效果。

2 先進的設(shè)備資源

2.1 低頻可控震源

項目前期投入自主研發(fā)的較新、較先進的低頻可控震源[3]——KZ28(LFV3) (圖1)7臺，后又追加1臺，形成4組可控震源(每組2臺可控震源)的交替掃描施工[4-6]，為三維地震勘探項目的成功奠定了設(shè)備資源基礎(chǔ)。

2.2 高精度航拍照片

可控震源在作業(yè)時間窗口有限的情況下作業(yè)，采集設(shè)備和人力資源有限，對采集效率有較高的要求，高精度的航拍工作則不可或缺。高精度航拍資料具有全面、及時、準確、清晰、自主性強等特點[7]，具體對比情況見表1。

為了及時、準確地獲得更高精度的地表信息，施工前對研究區(qū)進行了航拍，航拍的地表信息更加清晰、準確。為后續(xù)施工組織、可控震源路線設(shè)計等工作打下堅實基礎(chǔ)。

表1　高精度航拍與傳統(tǒng)方法特點對比表

2.3 檢波器打眼機

檢波器埋置要求：做到“平、穩(wěn)、正、直、緊”，目的是保證檢波器與大地的良好耦合，提高地震波的接收效果。傳統(tǒng)的檢波器埋置用鎬刨的方式，不能滿足冬季堅硬地表施工的質(zhì)量和效率要求。針對此問題，研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的檢波器打眼機[8](圖2)，該打眼機可適應(yīng)不同地表要求，保證耦合效果。檢波器打眼機的推廣應(yīng)用增強了接收效果(圖3)，打眼機鉆孔埋置的1串檢波器的接收效果可以達到以往大鎬刨坑埋置的2串檢波器的接收效果，保證了施工質(zhì)量，減少了檢波器和人員的投入數(shù)量，降低了勘探成本，提升了生產(chǎn)效率。

3 創(chuàng)新超前的項目運作意識

3.1 超前謀劃準備

(1)技術(shù)儲備超前。從2012年開始，著手東部復(fù)雜障礙區(qū)可控震源激發(fā)的技術(shù)儲備工作，3年時間完成試驗攻關(guān)項目3個，復(fù)雜障礙區(qū)可控震源激發(fā)由理想變成了現(xiàn)實。

(2)項目部署超前。2013年8月，甲方已經(jīng)開始了同口西地區(qū)地震勘探部署研究工作，并提出了部署建議；我處及時配合開展了區(qū)塊優(yōu)選和可行性論證；2014年10月，正式安排部署。部署建議和正式部署分別比項目開工提前了17個月和3個月。

(3)技術(shù)設(shè)計超前。2014年10月初甲方部署完畢，10月31日我處完成技術(shù)設(shè)計初審，11月5日完成復(fù)審，11月20日完成設(shè)計終審。在正式采集前50天完成了技術(shù)設(shè)計，為項目運作提供了充足的野外準備時間。

(4)準備工作超前。我處在設(shè)計終審?fù)戤吅螅⒓唇M建了有豐富采集施工經(jīng)驗的管理人員與技術(shù)骨干參與項目協(xié)調(diào)組和可控震源路線設(shè)計組，進行準備工作。進行高精度航拍照片的整理與應(yīng)用、精細踏勘與可控震源路線設(shè)計。開展準備工作比隊伍搬遷提前50天，比地震勘探資料采集提前40天。具體準備工作見表2。

表2　可控震源施工前期準備工作表

3.2 集成技術(shù)應(yīng)用

(1)首次可控震源規(guī)模生產(chǎn)。新《安全生產(chǎn)法》和新《環(huán)境保護法》頒布實施后，綠色勘探迫在眉睫。該項目是首次在東部復(fù)雜障礙區(qū)實施的低頻可控震源寬頻激發(fā)規(guī)?；a(chǎn)項目。對可控震源不易、不宜進入的區(qū)域采用井炮補資料缺口。

(2)首次低頻可控震源寬頻激發(fā)。采用大噸位低頻可控震源KZ28(LFV3)激發(fā)，低頻(起始頻率為1.5Hz)信息吸收衰減慢，穿透能力強，有利于提高中深層資料能量和信噪比。

(3)首次室內(nèi)點位避障設(shè)計。按照“就近”原則放樣設(shè)計激發(fā)點，使實際點盡量靠近理論設(shè)計位置，以確保覆蓋次數(shù)、近中炮檢距、方位角盡量均勻合理。如對東西窄、南北長的障礙物盡量在東西兩側(cè)加密炮點；對東西寬、南北窄的障礙物盡量布在南北兩側(cè)互補線上加密炮點。設(shè)計不理想時，可進入激發(fā)點設(shè)計分析循環(huán)系統(tǒng)多次踏勘(圖4)。

(4)首次應(yīng)用地理信息系統(tǒng)。全面使用ArcGIS地理信息系統(tǒng)軟件[9-10]，實現(xiàn)所有炮點室內(nèi)設(shè)計、野外放樣，確保觀測系統(tǒng)屬性均勻。

3.3 精細生產(chǎn)組織

(1)精細作業(yè)窗口。華北地區(qū)地震勘探季節(jié)性強，春、夏、秋三季植被作物生長，不適合地震勘探作業(yè)，唯有冬季最佳。可控震源噸位大、輪胎寬，軋地面積大，冬季上凍前及化凍后可控震源車在麥地或植被區(qū)域作業(yè)時植被破壞嚴重，惟有冬季上凍期是最佳作業(yè)時間窗口。根據(jù)作業(yè)區(qū)近年來的歷史平均氣溫統(tǒng)計分析，確定了可控震源地震勘探最佳作業(yè)窗口。

(2)精細路線踏勘。可控震源路線設(shè)計結(jié)合飛行踏勘數(shù)據(jù)體進行逐點踏勘、逐點落實?！胺謪^(qū)分塊”設(shè)計可控震源行走路線，對每條路線進行實地踏勘、分析，確保可控震源車到點方便、快捷。路線設(shè)計原則：震點盡量分布規(guī)則均勻，可控震源不掉頭，減少繞行。

(3)精細推演論證。組織機關(guān)、二線、地震隊及一體化單位召開項目生產(chǎn)協(xié)調(diào)會，安排部署項目運作關(guān)鍵事宜。同時為保證項目順利實施，生產(chǎn)管理部門和地震隊背靠背編制生產(chǎn)組織模式，并進行對比答辯，優(yōu)選最佳方案。

(4)精細生產(chǎn)組織。及時調(diào)整炮點編排順序，縮短儀器操作員尋找炮點時間，調(diào)整后儀器操作員可迅速找到即將放炮點，較以往每炮加快2～3s。根據(jù)生產(chǎn)進度及自然、社會環(huán)境持續(xù)動態(tài)調(diào)整資源投入，滿足復(fù)雜障礙區(qū)高效地震采集需求，具體增加的資源統(tǒng)計情況見表3。

表3　動態(tài)調(diào)整資源投入統(tǒng)計表

4 質(zhì)量管理控制

4.1 健全一個質(zhì)量管理體系

地震隊建立、健全質(zhì)量管理網(wǎng)絡(luò)，成立以隊經(jīng)理為組長的項目質(zhì)量管理小組，質(zhì)量管理實行屬地管理和直線管理，具體工作落實到個人。施工前制訂有針對性的《質(zhì)量控制計劃》，將質(zhì)量管理工作做到“四化”：超前化、程序化、規(guī)范化、嚴格化。

4.2 落實兩種技能培訓(xùn)方式

一是前期培訓(xùn)：理論與實際相結(jié)合，轉(zhuǎn)換研究區(qū)培訓(xùn)，開展技術(shù)標準規(guī)范、技術(shù)設(shè)計及甲方相關(guān)要求培訓(xùn)；低頻可控震源寬頻激發(fā)新技術(shù)培訓(xùn)。

二是持續(xù)培訓(xùn)：施工過程中，SPS編排、可控震源任務(wù)分配、區(qū)塊劃分、新技術(shù)磨合等問題通過周質(zhì)量分析會、班組現(xiàn)場分析會、晨會、專題會等形式得到及時解決，保證項目質(zhì)量的受控性，確保優(yōu)質(zhì)、高效采集。

4.3 抓好七個重點關(guān)鍵環(huán)節(jié)

做到所有工序都有人負責(zé)把關(guān)，推行各工序在做好本道工序的同時，為上道工序把關(guān)，為下道工序負責(zé)。關(guān)鍵班組重點抓好質(zhì)量管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)(表4)。

表4　標準化質(zhì)量管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)統(tǒng)計表

4.4 強化四個層級檢查的整改與落實

現(xiàn)場通過班組自查、質(zhì)檢組核查、甲方代表及駐隊監(jiān)督巡查和來訪者抽查等形式實現(xiàn)野外作業(yè)質(zhì)量的多層次、全覆蓋、100%到位檢查。同時要求發(fā)現(xiàn)問題及時整改，落實并執(zhí)行“發(fā)現(xiàn)問題—及時上報—及時整改—及時反饋”的質(zhì)量管理循環(huán)閉合工作機制，不讓問題過夜，不讓問題轉(zhuǎn)移，不讓問題成為問題。

4.5 采集資料現(xiàn)場“四步法”監(jiān)控

第一步，儀器操作員監(jiān)控：儀器主機監(jiān)控，可控震源掃描信號的推送與返回，強干擾、排列監(jiān)控和站體監(jiān)控。

第二步，上車解釋員監(jiān)控：原始單炮監(jiān)控，能量、信噪比、頻率、輔助道及整體品質(zhì)變化監(jiān)控。

第三步，內(nèi)業(yè)解釋員監(jiān)控：核查野外采集質(zhì)量工作，數(shù)據(jù)品質(zhì)監(jiān)控，能量、頻率、信噪比、干擾、輔助道和整體品質(zhì)監(jiān)控與評價。

第四步，處理質(zhì)控員監(jiān)控：GeoEast質(zhì)控評價，震點偏移、掉排列、能量和干擾檢查。

4.6 發(fā)揮監(jiān)督在質(zhì)量管理方面的積極作用

對待監(jiān)督，秉承“立足基礎(chǔ)工作交流、關(guān)注重點質(zhì)量班組、強化質(zhì)量檢查與改進”的工作方針，工作中積極吸取監(jiān)督在質(zhì)量管理方面的經(jīng)驗，不斷提高工作要求。針對監(jiān)督發(fā)現(xiàn)的重點質(zhì)量問題，找主管領(lǐng)導(dǎo)進行強化溝通。強化現(xiàn)場聯(lián)合檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時溝通解決，確保施工質(zhì)量。

5 采集效果

同口西地區(qū)三維野外地震采集工作歷時35天，共完成有效炮點26386個，提供了兩套完整的數(shù)據(jù)體。最高日效2064炮，平均日生產(chǎn)效率1508炮。采集原始單炮一級品率達91.04%，高出合同要求16個百分點，實現(xiàn)了全區(qū)空炮率為零、廢品率為零、質(zhì)量事故為零、無甲方質(zhì)量投訴事件，整個項目實現(xiàn)了復(fù)雜障礙區(qū)安全、優(yōu)質(zhì)、高效的標準化生產(chǎn)。

5.1 原始單炮記錄效果

圖5左圖為可控震源激發(fā)的原始單炮記錄，右圖為炸藥震源激發(fā)的原始單炮記錄。通過圖5對比可以發(fā)現(xiàn)，炸藥震源激發(fā)的單炮能量和信噪比高于可控震源，但可控震源激發(fā)單炮的淺層資料品質(zhì)與炸藥激發(fā)效果相當(dāng)，中深層反射信息稍弱。經(jīng)過高覆蓋、高炮道密度的資料疊加處理后，深層的信息應(yīng)能得到增強。

5.2 偏移成果剖面效果

勘探成果剖面顯示(圖6)，高炮道密度的可控震源地震資料經(jīng)過疊加和偏移精細處理后，與以往炸藥激發(fā)資料相比，資料品質(zhì)穩(wěn)定性好、能量足、波組特征清晰、目的層連續(xù)性好、信噪比高、頻帶寬，能夠很好地滿足地震資料處理、解釋需求。

6 結(jié)　論

(1)復(fù)雜地表區(qū)障礙物眾多，炸藥震源受安全和環(huán)保要求限制，無法達到高炮道密度采集，可控震源作為綠色環(huán)保激發(fā)震源的代表，具有較好的發(fā)展前景。

(2)炸藥震源激發(fā)能量和信噪比均優(yōu)于可控震源，但高炮密度、高覆蓋采集的可控震源地震資料明顯優(yōu)于常規(guī)炸藥震源地震資料。

(3)同口西三維地震采集項目的成功運作，表明可控震源規(guī)?；杉瘧?yīng)用在華北地區(qū)復(fù)雜障礙區(qū)是可行的。

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Application and Effect of Vibrator in Seismic Exploration in Complex Obstacle Area

Chen Jingguo, Liu Hongfei, Liu Lu, Shilin Jingmin

(HuabeiGeophysicalDepartment,CNPCBGP，Renqiu,Hebei062552,China)

The complex surface barrier in eastern plain area of China brings great difficulties to the shot point layout of 3D seismic exploration, especially the explosive source excitation is difficult to achieve the required shot density, so, the use of explosive source has been greatly restricted. In order to improve the sampling density and reduce the security risk of explosive source exploration, the vibrator excitation test for 3D seismic exploration in eastern complex barrier area has been carried out. Based on the low frequency vibrator, high precision aerial photography, geophone equipment and technical support resources, the seismic acquisition was completed in a safe, high quality and efficient manner. The results showed that the single shot energy and signal to noise ratio excited by explosive source are higher than that of vibrator, but after the processing of data superposition in high coverage and high channel density, the data from deep formation was improved. Compared with the previous data, the new data has high quality and stability, clear wave group, good continuity, high signal to noise ratio and wide frquency band after stacking and migration process, it can meet the requirement of data processing and interpretation.

complex obstacle area, vibrator, seismic exploration, aerial photography, geophone

陳敬國(1981年生)，碩士，工程師，從事復(fù)雜區(qū)高精度綜合地球物理勘探新技術(shù)新方法研究與推廣應(yīng)用工作。郵箱：chenjg_cugb@163.com。

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