張 劍

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小型可控震源在勝利油田東部復雜地區(qū)的應用

張 劍1,2

( 1.中國石化地球物理公司 勝利分公司，山東 東營 257100；2.中國石油大學 地球科學與技術學院，山東 青島 266580)

隨著勝利油田東部探區(qū)勘探程度的深入，對淺層資料、安全施工以及問題的要求越來越高。然而，東部復雜地區(qū)地表障礙物眾多，僅采用炸藥震源激發(fā)，不僅會造成淺層資料缺口，還會引起施工安全與工農(nóng)問題。文章針對勝利油田東部復雜區(qū)域地表特點，選取合適的小型可控震源因素施工，能夠解決上述問題。SHC地區(qū)的采集資料顯示，應用效果較好，說明了將小型可控震源與炸藥震源配合使用，能夠彌補因炸藥無法激發(fā)而引起的淺層資料缺口，完成淺層地質(zhì)任務，并確保施工安全，且無工農(nóng)問題。

地震勘探；小型可控震源；炸藥震源；資料缺口；安全施工

( 1.SinopecGeophysicalCorporationShengliBranch,DongyingShandong257100,China;2.TheSchoolofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,QingdaoShandong266580,China)

1 引 言

勝利油田東部探區(qū)已經(jīng)歷了50余年的勘探開發(fā)歷程，其中作為主力探區(qū)的濟陽坳陷地區(qū)的探井密度已經(jīng)達到0.21口井/km2，整體達到中、高勘探程度，其地表以城區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)村莊、廠礦企業(yè)、油田設施以及其他一些大型障礙物為主，地表條件復雜，采用炸藥震源進行地震勘探作業(yè)安全工作壓力極大；而勘探地質(zhì)目標層系由“十一五”以來的注重勘探洼陷或沙三段下亞段、沙四段及孔店組等埋藏相對較深的目標為主，向埋藏較淺的盆緣、凸起轉(zhuǎn)移，層系上注重沙三段中亞段及以上層系和前古近系，這就要求在地震勘探的過程中必須控制好較淺目的層資料缺口[1]。

以往主要采用小藥量激發(fā)控制淺層資料缺口，然而當遇到如黃河大壩等法律規(guī)定爆破距離的障礙物或是工農(nóng)關系異常復雜的區(qū)域時，小藥量也不允計使用，激發(fā)點位無法實施，導致了淺層資料缺口，此外在村莊、油田設施密集等區(qū)域采用小藥量激發(fā)也存在著較大的安全、工農(nóng)隱患。為此，在勝利油田東部復雜地區(qū)引進了小型可控震源，較好地解決了上述問題。

近年來，大噸位可控震源施工應用廣泛。趙殿棟[2]將可控震源技術應用到塔里木盆地大沙漠區(qū)，取得了較好的效果；鄧志文等[3]將可控震源應用到中國東部華北平原，并且實現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)。而在小型可控震源勘探技術方面，陳廣治等[4]、吳曲波等[5]將小型震源應用到表層調(diào)查中，提高了表層調(diào)查精度；王俊秋等[6，7]利用小型震源進行金昌銅鎳礦以及油頁巖勘探試驗，說明小型可控震源用于金屬礦場以及淺層油頁巖勘探是可行的；張慧利等[8]進行了炸藥震源和可控震源的對比研究，說明了可控震源頻率和振幅可控等特點可以彌補炸藥震源的不足；蘭曉雯等[9]將小型可控震源應用到城市淺層勘探中，取得了較好的效果。

通過研究，將小型可控震源與炸藥震源配合使用應用到勝利油田東部復雜地區(qū)，能夠減小淺層資料缺口，完成較淺目的層的勘探任務，并確保安全無事故，也為類似的復雜油區(qū)提供一種勘探輔助方法，獲取更高品質(zhì)的地震資料。

2 小型可控震源工作原理及其優(yōu)點

小型可控震源與大型可控震源工作原理相同，目前應用最廣泛的為液壓式可控震源，由電控系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等組成[10]。

可控震源是一種頻率和能量可控的連續(xù)振動系統(tǒng)，它產(chǎn)生連續(xù)和頻率不斷變化的掃描信號，信號的起始頻率和持續(xù)時間是可以控制的，通過相關原理形成地震記錄。

可控震源掃描信號經(jīng)過地下介質(zhì)反射后由置于地表的地震儀記錄下來，儀器記錄的信號可以用一個卷積過程來描述：

x(t)=s(t)*r(t)

(1)

式中：x(t)為地震記錄信號，s(t)為可控震源掃描信號，r(t)是大地反射及傳輸特性；*代表卷積。

在可控震源信號處理中，對記錄信號x(t)和掃描信號s(t)進行互相關處理，可以得到含有地下介質(zhì)信息的記錄y(t)，該過程可以表示為：

y(t)=x(t)?s(t)

(2)

式中：y(t)表示原始地震記錄，這里?代表相關。將式(1)代入式(2)，可以得：

y(t) =[s(t)*r(t)]?s(t)

=[s(t)?s(t)]*r(t)

(3)

式中，s(t)?s(t)代表掃描信號的自相關函數(shù)。式(3)說明可控震源地震剖面上的記錄是經(jīng)大地反射系數(shù)和傳輸特性修整之后掃描信號自相關函數(shù)的集合。而在傳統(tǒng)的以炸藥作為震源的地震勘探中，“記錄是子波的復合體”，因此可控震源掃描信號的自相關函數(shù)就對應于傳統(tǒng)地震勘探記錄中的子波，一般被稱為相關子波[6]。

可控震源運用相關處理技術[10]，如圖1所示，可將分散的能量集中起來并壓縮成常規(guī)意義下的地震子波，因此可控震源可有效替代炸藥震源。此外，相關處理還具有壓制隨機干擾的作用，有利于進一步提高信噪比。

炸藥震源在爆炸時所產(chǎn)生的巨大能量中只有很小一部分能量用于產(chǎn)生地震波， 其中相當一部分能量都用于破碎巖石及產(chǎn)生強烈的破壞性震動，對環(huán)境保護不利，而且藥量使用不當會對建筑物產(chǎn)生破壞，并引發(fā)工農(nóng)矛盾，因此，受到使用區(qū)域的限制。與炸藥震源相比，可控震源振動時是在比較長的時間內(nèi)分散地把能量傳入地下，瞬時能量較低，并且絕大部分能量用于產(chǎn)生傳入大地的地震彈性波，對環(huán)境的影響及建筑物的破壞遠小于炸藥震源，可在城市，居民區(qū)和其他一些禁炮區(qū)使用。

圖1 可控震源相關地震記錄道形成示意圖Fig.1 Schematic diagram of the formation of the correlation operation seismic trace

不同于沙漠或是戈壁區(qū)，勝利油田東部復雜地區(qū)地表條件復雜，障礙物極多，不能進行推土機推路或是修路施工，只能在現(xiàn)有的一些小道路上施工，大噸位可控震源使用受到限制，小型可控震源具有靈活性、破壞性極小，在此類地表條件下施工具有極大的優(yōu)勢。

3 勝利油田SHC地區(qū)應用效果分析

勝利油田SHC地區(qū)位于山東省東營市境內(nèi)，為典型的東部復雜老油區(qū)。該地區(qū)目的層埋深雙程時在0.65～2.4 s，其中最淺目的層明化鎮(zhèn)T0雙程反射時間為0.65～0.8 s，其次新近系館陶組上段底T1′雙程反射時間為0.8～1.1 s，均為該地區(qū)主要的生油層系，而工區(qū)地表條件復雜，以農(nóng)田、鄉(xiāng)鎮(zhèn)村莊、養(yǎng)殖、油田設施、黃河大壩為主，而且工農(nóng)關系異常緊張，若僅僅采用炸藥震源施工將產(chǎn)生較多、較大的淺層資料缺口，因此在施工過程中使用小藥量與小型可控震源配合使用，減小了淺層資料缺口，確保完成地質(zhì)任務。

如圖2復雜地區(qū)小型可控震源施工流程圖所示， 首先針對工區(qū)淺層地質(zhì)任務進行小型可控震源試驗，確定能夠完成地質(zhì)任務的施工參數(shù)，然后運用高精度衛(wèi)星圖片[11,12]及實地踏勘成果，不斷室內(nèi)模擬優(yōu)化確定最終的施工點位，并進行測量放樣與采集施工。

圖2 復雜地區(qū)小型可控震源施工流程Fig.2 Flow chart of mini vibrator seismic exploration in complex area

小型可控震源試驗參數(shù)一般包括：震動臺次、掃描長度、掃描頻率與驅(qū)動幅度。為獲取SHC地區(qū)最佳小型可控震源施工參數(shù)，考慮淺層目的層埋深及復雜地表震源的通過性能，選定單臺8 t的小型可控震源施工；考慮本工區(qū)炸藥震源單炮頻寬，選定10～80 Hz的掃描頻率施工；考慮到可控震源機械性能，選定70%的驅(qū)動幅度；并針對掃描長度與掃描次數(shù)進行單獨試驗。

從圖3可控震源掃描長度對比試驗單炮可以看出：可控震源掃描長度達到20 s后資料品質(zhì)有所提高，其反射軸連續(xù)性更好，能量更強，而20 s單炮記錄信噪比略高于22 s，綜合考慮選取掃描長度為20 s。

從圖4可控震源掃描次數(shù)對比試驗單炮可以看出：隨著掃描次數(shù)增加，單炮能量有所增強，但資料品質(zhì)相當，由于小型可控震源主要彌補淺層資料， 因此認為掃描次數(shù)為1次也能滿足地質(zhì)任務要求。

圖3 可控震源掃描長度對比試驗單炮Fig.3 Single shot record of different sweep length

圖4 可控震源掃描次數(shù)對比試驗單炮Fig.4 Single shot record of different sweep times

最終，確定本區(qū)小型可控震源施工參數(shù)為：1臺1次，掃描長度為20 s，掃描頻率為10～80 Hz，震動出力70%。

另外，在工區(qū)目的層埋藏較深部位進行了4 kg炸藥震源與小型可控震源對比試驗，進一步驗證施工參數(shù)正確性及方法可行性，圖5～圖9為同一樁號4 kg炸藥震源與小型可控震源對比單炮。

從圖5～圖9勝利SHC地區(qū)同一樁號4 kg井炮與小型可控震源單炮解編及分頻掃描記錄可以看出：炸藥震源較小型可控震源單炮能量強，信噪比高，同相軸更清晰，但小型可控震源各反射層齊全，單炮具有較高信噪比，同相軸清晰連續(xù)，尤其是淺層1.5 s以上反射信息豐富，而且炸藥震源與小型可控震源在淺層(800～1 000 ms)處頻譜分析(圖10)可以看出，兩種震源主頻及頻帶寬度基本相當，說明了小型可控震源淺層資料雖然能量較炸藥震源低，但資料品質(zhì)較好，能夠彌補炸藥震源缺失的淺層資料。

圖11為工區(qū)某處炮點位置及激發(fā)類型圖，從圖中可以看出，由于黃河大壩與連片村莊相鄰，影響面積較大，黃河大壩法律規(guī)定200 m內(nèi)禁止爆破，而且村莊內(nèi)房屋破舊，考慮到安全施工，無法采用小藥量炸藥激發(fā)。如果區(qū)內(nèi)不布設炮點，將產(chǎn)生較大資料缺口，如圖12(a)為圖11中標識某CDP線處的不加小型可控震源單炮的疊加剖面，資料缺口影響深度達800 ms，如圖11所示，在黃河大壩與村莊內(nèi)適當布設小型可控震源點位，經(jīng)過處理能夠得到炸藥震源激發(fā)所缺失的淺層資料，如圖12(b)所示小型可控震源資料具有較高信噪比，反射層連續(xù)可追綜，能夠完成淺層地質(zhì)任務，并且施工過程安全無事故。

圖5 SHC地區(qū)重合炸藥震源(a)與可控震源(b)單炮AGC解編記錄Fig.5 AGC records of explosive (a) and mini vibrator (b) in the same position, Shengli SHC area

圖6 SHC地區(qū)重合炸藥震源(a)與可控震源(b)單炮20～40 Hz濾波記錄Fig.6 20～40 Hz filter records of explosive (a) and mini vibrator (b) in the same position, Shengli SHC area

圖7 SHC地區(qū)重合炸藥震源(a)與可控震源(b)單炮30～60 Hz濾波記錄Fig.7 30～60 Hz filter records of explosive (a) and mini vibrator (b) in the same position, Shengli SHC area

圖8 SHC地區(qū)重合炸藥震源(a)與可控震源(b)單炮40～80 Hz濾波記錄Fig.8 40～80 Hz filter records of explosive (a) and mini vibrator (b) in the same position, Shengli SHC area

圖9 SHC地區(qū)重合炸藥震源(a)與可控震源(b)單炮50～100 Hz濾波記錄Fig.9 50～100 Hz filter records of explosive (a) and mini vibrator (b) in the same position, Shengli SHC area

圖10 炸藥震源與小型可控震源單炮頻譜分析Fig.10 Frequency spectrum analysis of explosive and mini vibrator source

圖11 工區(qū)某處炮點位置及激發(fā)類型Fig.11 Map of the position and different source types

圖12 勝利SHC地區(qū)某CDP線不加可控震源單炮剖面(a)及增加可控震源單炮剖面(b)Fig.12 Section without mini vibrator (a) and with mini vibrator (b) in Shengli SHC area

4 結(jié) 語

在勝利油田東部復雜地區(qū)地震勘探過程中，應用小型可控震源能夠彌補因炸藥無法激發(fā)而引起的淺層資料缺口，獲得高品質(zhì)淺層地震資料，確保無安全與工農(nóng)問題。本文簡單介紹了東部復雜地表及可控震源施工原理與優(yōu)點，并進行了施工參數(shù)優(yōu)選與井震對比，最后通過SHC地區(qū)某剖面對比說明了該方法是可行的，給類似復雜地區(qū)勘探提供指導意義。

然而，小型可控震源激發(fā)能量較低，在某些地區(qū)單炮信噪比較低，如何提高單炮信噪比有待進一步解決，因此，針對不同地區(qū)進行小型可控震源的應用研究，獲得最佳施工參數(shù)，以獲取更高品質(zhì)的地震資料。

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The Application of Mini Seismic Vibrator to the Eastern Complex Area of Shengli Oilfield

Zhang Jian1，2

As the exploration in the eastern area of Shengli oilfield goes deeper, the demand for fixing the gap of shallow subsurface seismic data, construction safety and the coordination between workers and local residents is getting higher. However, as there are so many surface obstacles in the eastern complex area, using only explosives as seismic source can not only bring about shallow subsurface data gap, but also cause safety problems and conflicts between workers and local residents. Considering the surface features of the eastern complex area of Shengli oilfield, this paper demonstrates that the application of mini seismic vibrator in such area can solve the problem. The application of mini seismic vibrators achieved good exploration results in SHC area. It shows that using both mini vibrator and explosive source can make up the gap of shallow subsurface seismic data when the explosives can't be detonated, which helps complete the geological tasks in shallow subsurface, ensure the construction safety and make sure the project running smoothly.

seismic exploration; source of mini vibrator; source of explosives; gap of seismic data; construction safety

1672—7940(2016)05—0639—07

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.05.014

中國石化石油工程基礎研究項目(編號：SG13-24J)

張 劍(1985-)，男，工程師，碩士研究生，主要從事地震勘探設計與野外數(shù)據(jù)采集工作。E-mail: sgczhj@126.com

P631.4

A

2016-04-27