寧宏曉,唐東磊,皮紅梅,唐傳章,唐海忠,張艷紅

(1.中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理責(zé)任有限公司,河北涿州072750;2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司華北油田分公司,河北任丘062552;3.中國(guó)石油天然氣股份有限公司玉門(mén)油田分公司,甘肅酒泉735019)

21世紀(jì)以來(lái),我國(guó)陸上油氣勘探的重點(diǎn)迅速向復(fù)雜構(gòu)造、地層巖性、碳酸鹽巖和非常規(guī)儲(chǔ)層4個(gè)領(lǐng)域轉(zhuǎn)移[1-2]。地震勘探技術(shù)面臨三方面的突出難題:一是儲(chǔ)層薄而破碎,微小斷裂發(fā)育,對(duì)地震資料的縱向、橫向分辨率要求越來(lái)越高;二是地表類(lèi)型日趨復(fù)雜,包括山地、沙漠、黃土塬、城區(qū)、水網(wǎng)區(qū)、油田開(kāi)發(fā)設(shè)施分布區(qū)等,構(gòu)成了地震數(shù)據(jù)采集工程實(shí)施的巨大障礙,同時(shí)又產(chǎn)生能量很強(qiáng)的干擾源,提高地震資料信噪比的難度越來(lái)越大;三是地層、巖性和斷塊油氣藏的勘探目標(biāo)不斷受到重視,對(duì)地震資料的保真度提出了更高要求[1-3]。針對(duì)這些難題及其技術(shù)需求,近年來(lái)在學(xué)習(xí)國(guó)外物探新方法的基礎(chǔ)上,國(guó)內(nèi)逐步發(fā)展和推廣應(yīng)用了“兩寬一高”(寬方位、寬頻帶和高密度)地震勘探技術(shù)。通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用,國(guó)內(nèi)多個(gè)工區(qū)的地震資料品質(zhì)有了大幅度提升[4-5]。

與傳統(tǒng)的三維地震勘探技術(shù)相比,“兩寬一高”地震勘探技術(shù)具有更寬的接收方位角、更寬的信號(hào)頻帶和更高的激發(fā)接收密度,即在野外采用更寬頻帶、單點(diǎn)(或小組合)激發(fā)和接收,對(duì)地震波場(chǎng)進(jìn)行密集空間采樣和寬方位或全方位觀測(cè),在室內(nèi)通過(guò)后續(xù)的信號(hào)處理較好地解決噪聲壓制的難題,利用地震數(shù)據(jù)的“兩寬一高”的特點(diǎn)在疊前偏移成像時(shí)提高資料的信噪比、分辨率和保真度[4,6]。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展,“兩寬一高”地震勘探技術(shù)成為一種綜合性的地震采集、處理、解釋技術(shù)系統(tǒng),主要包括了地震勘探采集方法設(shè)計(jì)、寬頻激發(fā)和接收設(shè)備、野外高效采集的工業(yè)化實(shí)現(xiàn)[7]、室內(nèi)資料處理與資料綜合研究等配套技術(shù)系列。近十年來(lái)國(guó)內(nèi)的陸上“兩寬一高”地震勘探技術(shù)得到了廣泛的推廣應(yīng)用,在多個(gè)工區(qū)取得了很好的勘探效果[4]。

1 技術(shù)方法

“兩寬一高”地震數(shù)據(jù)采集觀測(cè)系統(tǒng)基于充分、均勻、對(duì)稱(chēng)采樣的理念,趨向于使用寬頻、單點(diǎn)的激發(fā)和接收、全方位、高密度、線點(diǎn)距相等的地震觀測(cè)系統(tǒng),以得到高信噪比、高分辨率和高保真的地震成像結(jié)果。

1.1 寬頻激發(fā)和接收

為了提高地震資料的分辨率,野外地震資料采集盡量采用單點(diǎn)激發(fā)和接收。為了拓寬地震資料頻帶,趨向于采用比以往更寬頻帶的激發(fā)和接收。寬頻激發(fā)的需求推動(dòng)了可控震源技術(shù)的快速發(fā)展,特別是近幾年研制和發(fā)展了低頻可控震源(LFV3)以及高精度可控震源(EV56)等,它們實(shí)現(xiàn)了可控震源的寬頻激發(fā),在低頻段激發(fā)頻率從以往的6～8Hz拓展到了1.5Hz,高頻段也從以往的70～90Hz提高到了160Hz,實(shí)現(xiàn)了超過(guò)6個(gè)倍頻程的寬頻激發(fā)?？煽卣鹪醇夹g(shù)的發(fā)展為“兩寬一高”的寬頻激發(fā)提供了保障[5,8-9]。在實(shí)現(xiàn)寬頻激發(fā)的同時(shí),寬頻檢波器技術(shù)也發(fā)展迅速。模擬檢波器在寬頻、高靈敏度、高精度等方面有新的進(jìn)展,數(shù)字檢波器在低噪聲、低功耗、低成本、小體積等方面有新的突破。單只的高精度模擬檢波器(節(jié)點(diǎn)檢波器)得到了高度重視,少數(shù)探區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)檢波器單點(diǎn)接收的全面應(yīng)用,大多數(shù)探區(qū)都在積極探索節(jié)點(diǎn)檢波器的應(yīng)用技術(shù)[10]。

1.2 地震采集觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在地震波場(chǎng)“充分、均勻、對(duì)稱(chēng)”空間采樣理念的指導(dǎo)下,兼顧技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性,通過(guò)大量實(shí)際資料試驗(yàn)分析和實(shí)踐驗(yàn)證,形成了一些行之有效的觀測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)方法。

1.2.1 相干噪聲無(wú)假頻檢波

在高密度地震數(shù)據(jù)采集時(shí),要求野外采用較小面元觀測(cè),保證地震有效波場(chǎng)和噪聲波場(chǎng)進(jìn)行充分采樣,從而達(dá)到在室內(nèi)地震數(shù)據(jù)處理時(shí)實(shí)現(xiàn)信噪較好分離,最大限度地壓制噪聲、保護(hù)有效波的目的。但是,要想對(duì)噪聲波場(chǎng)充分采樣,必須選取很小的空間采樣間隔(道距或面元),這需要很高的勘探成本。為了節(jié)約成本,在實(shí)際生產(chǎn)中采用了相干噪聲無(wú)假頻檢波技術(shù)。相干噪聲無(wú)假頻檢波是采用合適大小的檢波點(diǎn)間距使相干噪聲f-k譜與有效波期望頻率范圍在波數(shù)域不發(fā)生混疊。也就是說(shuō),設(shè)計(jì)的檢波點(diǎn)間距(或者說(shuō)面元)可以稍微大一些,大到相干噪聲可以產(chǎn)生空間假頻,但相干噪聲產(chǎn)生的空間假頻在f-k譜與有效波的f-k譜不重疊。這樣在室內(nèi)處理時(shí)比較容易去除相干噪聲,而不傷害有效信號(hào)[11-12]。

1.2.2 基于波動(dòng)照明分析的觀測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化

地震照明分析是定量描述反射地震探測(cè)能力的一種有效方法?；诘卣鸩▌?dòng)方程的“雙向照明”分析可以靈活地在特定的正演模型條件下生成三維地下照明能量數(shù)據(jù)體,這種照明能量數(shù)據(jù)體可以是單炮某種特定接收排列的,也可以是三維工區(qū)某個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)子集的。通過(guò)分析照明能量數(shù)據(jù)體,可以在地表特定區(qū)域加密或抽稀激發(fā)和接收提高地下照明的均勻性,也可以經(jīng)濟(jì)地選擇橫向、縱向炮檢距等觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù),實(shí)現(xiàn)優(yōu)化觀測(cè)系統(tǒng)的目的。

1.2.3 基于原始單炮信噪比的覆蓋密度設(shè)計(jì)

覆蓋密度是評(píng)價(jià)“兩寬一高”三維地震勘探觀測(cè)系統(tǒng)的重要參數(shù),相對(duì)于以往的覆蓋次數(shù)設(shè)計(jì),“兩寬一高”在強(qiáng)調(diào)覆蓋次數(shù)設(shè)計(jì)的同時(shí)更加強(qiáng)調(diào)單位面積的地震道量即覆蓋密度的概念。

覆蓋次數(shù)是指CMP面元內(nèi)按炮檢中心點(diǎn)統(tǒng)計(jì)的地震道數(shù),而覆蓋密度是指單位面積內(nèi)的按炮檢中心點(diǎn)統(tǒng)計(jì)的地震道數(shù)(一般以每平方公里計(jì))。討論覆蓋次數(shù)的大小和均勻性實(shí)際是以疊加成像和疊后偏移成像為目的。覆蓋次數(shù)與CMP面元直接相關(guān),同樣的采集密度處理面元不同覆蓋次數(shù)就不同,橫向?qū)Ρ葧r(shí)需要說(shuō)明面元大小,否則易混淆。而覆蓋密度是單位面積內(nèi)的地震道數(shù),不會(huì)混淆?，F(xiàn)代地震勘探采集處理都以改善疊前深度偏移成像為目的,決定成像質(zhì)量最主要的采集因素是覆蓋密度和單道信噪比。

如果認(rèn)為地震數(shù)據(jù)在疊加成像時(shí)干擾波表現(xiàn)為“隨機(jī)干擾”的特性,將按照統(tǒng)計(jì)特性來(lái)壓制干擾波。疊加剖面的信噪比等于覆蓋次數(shù)的平方根與疊前數(shù)據(jù)信噪比的乘積。疊前偏移可以理解為偏移孔徑內(nèi)的地震道依據(jù)波場(chǎng)傳播規(guī)律或者說(shuō)旅行時(shí)重新排列后的疊加。如果認(rèn)為在速度場(chǎng)準(zhǔn)確時(shí)有效波都得到準(zhǔn)確歸位、干擾波表現(xiàn)“隨機(jī)干擾”特性,那么疊前偏移剖面的信噪比正比于偏移孔徑內(nèi)的地震道數(shù)的平方根。因?yàn)槠瓶讖絻?nèi)的地震道數(shù)就是覆蓋密度乘以偏移孔徑面積,所以疊前偏移剖面的信噪比正比于覆蓋密度的平方根。當(dāng)?shù)卣鸩杉蝿?wù)確定以后,期望的剖面信噪比也隨之固定,可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐膯闻谛旁氡扔?jì)算需要的覆蓋密度[1,13]。實(shí)際工作中疊加剖面或者單炮記錄的信噪比很難準(zhǔn)確求出。依據(jù)統(tǒng)計(jì)性原理疊前偏移剖面的信噪比正比于覆蓋密度的平方根,在采集設(shè)計(jì)中,可以依據(jù)老地震資料或者借鑒類(lèi)似工區(qū)的地震資料,確定疊前偏移剖面或疊加剖面信噪比需要提高的倍數(shù),從而確定覆蓋密度參數(shù)。

1.2.4 基于疊前偏移子波均勻性的觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陸上地震采集由于成本的原因,往往難以達(dá)到均勻、對(duì)稱(chēng)采樣的要求,例如排列的橫縱比往往小于1.0、炮點(diǎn)線距明顯大于炮點(diǎn)間距、檢波線距明顯大于檢波點(diǎn)距等,這種空間采樣的不均勻性通常表現(xiàn)為疊加剖面或偏移剖面的振幅切片上出現(xiàn)條帶狀痕跡,也稱(chēng)為“采集腳印”。通過(guò)研究偏移子波的均勻性,在三維正演模擬數(shù)據(jù)上對(duì)地震觀測(cè)系統(tǒng)的均勻性作出評(píng)價(jià),可為野外實(shí)際地震觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)[3]。

基于疊前偏移子波均勻性的觀測(cè)參數(shù)設(shè)計(jì)方法是對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)的模擬疊前地震數(shù)據(jù)進(jìn)行積分法疊前偏移,獲取每一個(gè)面元的模擬偏移子波,對(duì)其主瓣峰值(以下稱(chēng)最大振幅)、旁瓣擾動(dòng)能量(以下稱(chēng)偏移噪聲)等特征值進(jìn)行分析評(píng)價(jià),從而為橫縱比(三維觀測(cè)系統(tǒng)橫向偏移距與縱向偏移距之比)、激發(fā)接收線距、點(diǎn)距等參數(shù)的選擇提供依據(jù)。

為了量化分析偏移子波特征與觀測(cè)系統(tǒng)屬性的關(guān)系,定義偏移成像質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)振幅離散度(δA)和偏移噪聲(Nm):

式中:Amax為最大振幅;Amin為最小振幅;Aa為平均振幅;Arms為噪聲的均方根振幅;Amain為信號(hào)主瓣振幅。δA、Amax、Amin和Aa均采用時(shí)間域振幅切片上的真值。

振幅離散度和偏移噪聲的橫向分布規(guī)律直觀地反映了采集觀測(cè)系統(tǒng)的均勻性。通過(guò)分析目的層段的振幅離散度和偏移噪聲平面圖,反過(guò)來(lái)優(yōu)化觀測(cè)系統(tǒng),以提高空間采樣的均勻性[3,8-9]。

1.3 高效采集技術(shù)

“兩寬一高”地震勘探技術(shù)的實(shí)施使得激發(fā)點(diǎn)數(shù)、接收點(diǎn)數(shù)呈數(shù)倍地增加,因而采集環(huán)節(jié)需要設(shè)備多、施工組織復(fù)雜、數(shù)據(jù)量大,相應(yīng)的采集成本與常規(guī)三維相比也成倍上升,技術(shù)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性受到巨大挑戰(zhàn)[5]。地震高效采集從技術(shù)上保障了“兩寬一高”經(jīng)濟(jì)可行。

1.3.1 可控震源高效采集技術(shù)

20世紀(jì)末國(guó)外已在研究可控震源高效采集技術(shù),先后推出了交替掃描(flip-flop sweep)和滑動(dòng)掃描(slip sweep)等技術(shù),實(shí)現(xiàn)了多組震源在時(shí)間序列上無(wú)縫銜接或部分重疊激發(fā),從而提升了采集激發(fā)效率。隨著生產(chǎn)效率需求的提高,一些更加高效的可控震源激發(fā)方法被提出,如利用地震數(shù)據(jù)空間上的分布特點(diǎn)和差異,采用多空間位置的可控震源時(shí)間域重疊激發(fā),來(lái)實(shí)現(xiàn)相對(duì)更加高效的可控震源激發(fā)等。

目前業(yè)界在綜合研究了多種高效采集技術(shù)的基礎(chǔ)上,發(fā)展并實(shí)現(xiàn)了可控震源動(dòng)態(tài)掃描技術(shù),即通過(guò)設(shè)計(jì)時(shí)間與空間的疊合關(guān)系——T-D關(guān)系曲線(圖1),將交替掃描、滑動(dòng)掃描(等間隔滑掃和變間隔滑掃)和距離同步掃描(DSSS,即在震源距離足夠遠(yuǎn)時(shí)采用同步掃描)3種掃描方式結(jié)合在一起應(yīng)用,不再是以往的單一固定掃描方式,而是在3種掃描方式之間自動(dòng)切換[5,14-15]。該技術(shù)突破了以往只考慮時(shí)間域或空間域的局限,同時(shí)考慮以時(shí)間換空間和以空間換時(shí)間的施工方法,既提高了效率,又最小化了高效采集帶來(lái)的噪聲影響,特別適用于我國(guó)三維勘探面積小、地表?xiàng)l件相對(duì)復(fù)雜的情況[10-11,13]。

圖1 可控震源動(dòng)態(tài)掃描時(shí)間-距離關(guān)系曲線

1.3.2 炸藥震源高效采集技術(shù)

雖然可控震源高效采集技術(shù)發(fā)展迅速,但受陸上復(fù)雜地表?xiàng)l件的限制,井炮炸藥激發(fā)仍是很多工區(qū)采用的主要激發(fā)方式。因此,開(kāi)發(fā)了一種適用于全地形的井炮高效采集技術(shù)系統(tǒng),綜合應(yīng)用北斗通訊技術(shù)、GPS授時(shí)技術(shù)、信號(hào)還原技術(shù)、時(shí)間槽控制技術(shù)等研制了包括北斗指揮系統(tǒng)(北斗指揮機(jī)、北斗接收機(jī)、爆炸組手持機(jī))和獨(dú)立激發(fā)控制器等在內(nèi)的新設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了井炮的井口位置精確導(dǎo)航、爆炸機(jī)自主激發(fā)、儀器持續(xù)記錄等高效采集方法,可實(shí)現(xiàn)每6～8s激發(fā)一炮,大幅度提高了野外的作業(yè)效率[16-17]。

長(zhǎng)期以來(lái)，全市合力，省市重視、理念制勝，形成了黨委領(lǐng)導(dǎo)、政府主導(dǎo)、部門(mén)聯(lián)動(dòng)、全民參與、社會(huì)共建的工作機(jī)制，視造林綠化為一場(chǎng)綠色接力賽，堅(jiān)持全社會(huì)辦林業(yè)，全民搞綠化，廣泛開(kāi)展義務(wù)植樹(shù)活動(dòng)，省市各單位、個(gè)人劃片包區(qū)、共同參與，掀起全社會(huì)植綠愛(ài)綠的高潮。

1.4 實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理技術(shù)

1.4.1 數(shù)字化作業(yè)指揮系統(tǒng)

高效采集技術(shù)投入施工設(shè)備多,同步作業(yè)區(qū)域范圍大、可控震源組數(shù)多、高效激發(fā)方式多樣,尤其在地表障礙物復(fù)雜區(qū)域,傳統(tǒng)的施工方式(炮點(diǎn)地面放樣、儀器操作人員通過(guò)電臺(tái)語(yǔ)聲指揮生產(chǎn))已不能適應(yīng)高效采集生產(chǎn)的需要。因此,要保持高效的野外生產(chǎn)組織,必須有一套高度自動(dòng)化、簡(jiǎn)單易操作的野外采集管理系統(tǒng)[16]。目前國(guó)內(nèi)實(shí)施的高密度地震數(shù)據(jù)采集都使用了一套脫離了地震記錄系統(tǒng)的獨(dú)立的野外地震作業(yè)管理系統(tǒng)。這套系統(tǒng)以高速數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)為通訊載體實(shí)現(xiàn)了可控震源高效采集作業(yè)所需的智能導(dǎo)航、用戶(hù)定制高效激發(fā)、實(shí)時(shí)生產(chǎn)任務(wù)分配和管理等技術(shù)功能。該系統(tǒng)以可控震源導(dǎo)航、激發(fā)和作業(yè)管理為中心,涵蓋了野外地震采集生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié),避免了可控震源高效采集依賴(lài)地震記錄儀器且不能實(shí)時(shí)進(jìn)行作業(yè)任務(wù)分配的技術(shù)缺點(diǎn),具備管控30組以上可控震源協(xié)同作業(yè)能力,大幅降低了作業(yè)設(shè)備和人員的投入,縮短了待工時(shí)間,提高了生產(chǎn)效率,實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、智能化的可控震源高效作業(yè)管理[5,16-17]。

1.4.2 實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)

隨著技術(shù)的發(fā)展,“兩寬一高”采集道數(shù)越來(lái)越多,在國(guó)內(nèi)已經(jīng)達(dá)到了5.0×104道/炮,國(guó)際上已經(jīng)開(kāi)始采用超過(guò)了1.0×105道/炮采集,每天的采集炮數(shù)超過(guò)萬(wàn)炮,超大道數(shù)高效采集對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量實(shí)時(shí)質(zhì)控提出了新挑戰(zhàn)。對(duì)海量數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)快速分析、對(duì)影響采集數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵因素進(jìn)行實(shí)時(shí)質(zhì)控是高效采集必須具備的關(guān)鍵技術(shù)。為此,研究和開(kāi)發(fā)了地震采集實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)和軟件。該技術(shù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)(有線和無(wú)線)連接地震記錄儀器及相關(guān)采集設(shè)備,實(shí)時(shí)獲取地震采集數(shù)據(jù)及相關(guān)裝備的狀態(tài)數(shù)據(jù),通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析,及時(shí)發(fā)現(xiàn)地震采集存在的質(zhì)量問(wèn)題,并主動(dòng)提示操作人員進(jìn)行補(bǔ)炮和設(shè)備更換等。主要的實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)控內(nèi)容有：激發(fā)能量、頻率監(jiān)控、輔助道監(jiān)控、采集參數(shù)監(jiān)控、噪聲道監(jiān)控、掉排列監(jiān)控、單炮初至?xí)r間監(jiān)控等等。經(jīng)過(guò)幾年的研究和應(yīng)用,國(guó)內(nèi)部分野外采集隊(duì)伍具備了2.0×105道采集實(shí)時(shí)質(zhì)控能力,實(shí)現(xiàn)了對(duì)高效采集地震單炮數(shù)據(jù)質(zhì)量、采集設(shè)備工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控[17-18]。

1.5 針對(duì)性資料處理技術(shù)

“兩寬一高”地震數(shù)據(jù)含有豐富的波場(chǎng)信息,有利于提高復(fù)雜地質(zhì)體的成像精度和對(duì)巖性油氣藏的識(shí)別準(zhǔn)確性。但高效采集所特有的混疊噪聲的壓制、寬方位波場(chǎng)信息的處理與提取等都需要針對(duì)性的處理技術(shù)[18]。

可控震源高效采集的混疊噪聲主要有諧波干擾和鄰炮干擾兩類(lèi)。這些噪聲使得單炮記錄信噪比很低。通過(guò)單個(gè)或組合應(yīng)用模型法、濾波法、稀疏反演法等諧波干擾壓制技術(shù)可以有效壓制諧波干擾;通過(guò)變系數(shù)矢量中值濾波鄰炮干擾壓制技術(shù)可以有效壓制鄰炮干擾。通過(guò)針對(duì)性的壓制混疊噪聲可以大幅度提高地震資料的信噪比[19-22]。

為了保護(hù)、處理和提取寬方位波場(chǎng)信息也需要使用針對(duì)性的處理技術(shù)。高保真疊前五維數(shù)據(jù)規(guī)則化與插值技術(shù),可以進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)空間采樣的均勻性以更好地滿(mǎn)足后續(xù)的疊前偏移成像的需求。使用OVT域疊前時(shí)間、深度偏移可以輸出含有“五維”信息的CRP道集。它在常規(guī)偏移后CRP道集的共中心點(diǎn)平面位置(In-line和Cross-line)、時(shí)間或深度、標(biāo)量炮檢距4個(gè)維度信息基礎(chǔ)上,增加了方位角信息。增加方位角信息的五維CRP道集可用于方位各向異性分析、速度建模、裂縫預(yù)測(cè)、油氣檢測(cè)等[4,6],可以大幅度地增強(qiáng)地震勘探對(duì)隱蔽性油氣藏的探測(cè)能力。

2 應(yīng)用效果及實(shí)例

2.1 技術(shù)應(yīng)用情況

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),截止2017年底,“兩寬一高”技術(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外實(shí)施勘探項(xiàng)目369個(gè),面積1.73×105km2。其中,國(guó)內(nèi)實(shí)施項(xiàng)目294個(gè),應(yīng)用面積35894km2;國(guó)際實(shí)施項(xiàng)目121個(gè),面積137207km2。

隨著該技術(shù)的推廣應(yīng)用,國(guó)內(nèi)三維地震采集的空間采樣密度持續(xù)提高。我們統(tǒng)計(jì)了2009—2017年國(guó)內(nèi)西部探區(qū)45個(gè)三維項(xiàng)目的覆蓋密度和接收點(diǎn)檢波器組合個(gè)數(shù)的變化情況,結(jié)果如圖2所示,圖中紅色曲線為覆蓋密度統(tǒng)計(jì)曲線,可以看出,2009—2017年覆蓋密度存在逐漸升高的趨勢(shì)。2010年,主要覆蓋密度基本都在1.0×106道/km2以下,到了2017年已達(dá)到5.0×106道/km2以上。相應(yīng)的接收點(diǎn)檢波器組合個(gè)數(shù)在下降,2010年基本在20個(gè)檢波器以上,2016—2017年開(kāi)始出現(xiàn)單點(diǎn)檢波器接收的情況。從單個(gè)三維項(xiàng)目的接收道數(shù)看,隨著覆蓋密度的提高,地震隊(duì)配備的儀器地震道數(shù)也在快速增加,我們統(tǒng)計(jì)了2010—2017年國(guó)內(nèi)西部探區(qū)的35個(gè)三維采集項(xiàng)目采集儀器配備道數(shù)如圖3所示。圖3中三維采集項(xiàng)目按施工先后從左到右排序,可以看出,在2013年之前地震隊(duì)配備的儀器道數(shù)一般不超過(guò)2.0×104道,到2017年后有的采集道數(shù)已經(jīng)超過(guò)了6.0×104道。

圖2 國(guó)內(nèi)2009—2017年45個(gè)三維采集項(xiàng)目覆蓋密度與檢波器個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖3 國(guó)內(nèi)2010—2017年35個(gè)三維采集項(xiàng)目采集道數(shù)配備統(tǒng)計(jì)

2.2 應(yīng)用實(shí)例

2.2.1 西部KLS地區(qū)三維地震采集

西部KLS地區(qū)三維工區(qū)處于青藏高原的北緣,是典型的逆沖斷裂發(fā)育背景下的復(fù)雜山地,地表最高海拔達(dá)到4580m。在該地區(qū)部署三維的目的是:①通過(guò)疊前時(shí)間和疊前深度偏移處理,分析確定KLS地區(qū)構(gòu)造形態(tài)和各套地層展布狀況,查明KLS地區(qū)構(gòu)造帶樣式,落實(shí)有利拓展目標(biāo);②通過(guò)處理技術(shù)攻關(guān),改善大傾角地層的地震成像質(zhì)量,使得逆沖斷裂成像清楚,資料信噪比得到提高,偏移歸位準(zhǔn)確,小斷層清楚,各套目的層反射特征清楚,橫向可追蹤對(duì)比,以滿(mǎn)足構(gòu)造解釋需求。

由于工區(qū)自然條件惡劣,地震地質(zhì)條件苛刻,2002年完成的三維地震勘探試驗(yàn)未能取得預(yù)期效果,后經(jīng)多次論證,但一直未能實(shí)施新一輪三維地震勘探。隨著“兩寬一高”技術(shù)的發(fā)展,2017年在該區(qū)重新部署了三維地震勘探項(xiàng)目,通過(guò)實(shí)施井炮高效采集、節(jié)點(diǎn)儀器接收、高密度寬方位觀測(cè)等技術(shù)(觀測(cè)參數(shù)見(jiàn)表1),地震資料成像品質(zhì)獲得極大提高(圖4)。從圖4可以看出,與以往普通三維資料相比,新采集的“兩寬一高”三維地震資料經(jīng)過(guò)疊前偏移成像處理,南傾的逆沖斷層主斷面成像清晰,斷層下盤(pán)地層成像完整,基底反射信息較好,斷層夾片及下伏地層的成像也較清楚。

表1 KLS地區(qū)新、老三維地震采集參數(shù)對(duì)比

圖4 KLS地區(qū)復(fù)雜山前帶普通三維地震剖面(a)和“兩寬一高”三維地震剖面(b)

2.2.2 東部YSW地區(qū)三維地震采集

在我國(guó)東部的松遼盆地和渤海灣盆地大部分地區(qū),深層勘探、潛山勘探、精細(xì)勘探已成為勘探的主要方向。2017年在廊坊和天津交界地區(qū)部署了超過(guò)300km2的地震勘探項(xiàng)目。該項(xiàng)目以落實(shí)YSW潛山和SCD潛山構(gòu)造為主要目的,同時(shí)探索武清凹陷古近系巖性圈閉及河西務(wù)斷層上升盤(pán)多層系復(fù)雜斷塊構(gòu)造。

地震采集人員通過(guò)實(shí)時(shí)、交互、仿真模擬施工過(guò)程優(yōu)化、城鎮(zhèn)區(qū)節(jié)點(diǎn)與有線儀器聯(lián)合采集、可控震源與井炮聯(lián)合激發(fā)等多項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了在東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的“兩寬一高”地震采集。本工區(qū)中農(nóng)田村莊區(qū)CMP面元覆蓋次數(shù)可以到達(dá)500次以上,廊坊城區(qū)的CMP面元覆蓋次數(shù)超過(guò)1000次;SCD潛山橫縱比達(dá)到0.70,YSW潛山橫縱比達(dá)到0.88。該地區(qū)新、老三維采集的關(guān)鍵參數(shù)見(jiàn)表2。

圖5為YSW地區(qū)以往普通三維剖面和新采集的過(guò)廊坊城區(qū)的“兩寬一高”三維地震剖面。對(duì)比圖5a 和圖5b可以看出,新資料信噪比高,成像效果好,波組特征清楚,橫向分辨率高。

表2 廊坊地區(qū)新、老三維地震采集參數(shù)對(duì)比

圖5 YSW地區(qū)以往普通三維剖面(a)和“兩寬一高”三維剖面(b)

3 技術(shù)發(fā)展展望

3.1 節(jié)點(diǎn)檢波器采集技術(shù)

隨著“兩寬一高”技術(shù)的發(fā)展,單個(gè)項(xiàng)目投入的地震采集道數(shù)越來(lái)越多,一個(gè)三維項(xiàng)目投入(3～4)×104道已成為常態(tài),有的甚至超過(guò)2.0×105道。隨著地震道數(shù)的增加,有線檢波器笨重、復(fù)雜地形鋪設(shè)困難、查線時(shí)間長(zhǎng)、大道數(shù)排列易中斷等不足日益明顯,油公司和服務(wù)商都希望能采用更靈活、更輕便的檢波器。近年來(lái),節(jié)點(diǎn)檢波器得到了快速發(fā)展,節(jié)點(diǎn)檢波器具有小巧輕便、可擴(kuò)展性強(qiáng)、布設(shè)靈活、無(wú)等待時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)檢波器不僅能獨(dú)立使用,還能和有線檢波器混合使用,投入應(yīng)用后受到了用戶(hù)歡迎。隨著技術(shù)的日益成熟,節(jié)點(diǎn)檢波器所占的比例將會(huì)越來(lái)越高。多種檢波器聯(lián)合采集可能會(huì)成為未來(lái)幾年的主要趨勢(shì)[5]。

3.2 智能化技術(shù)應(yīng)用

地震勘探與人工智能、機(jī)器人、現(xiàn)代通信等技術(shù)結(jié)合是新一代地震勘探技術(shù)的主要發(fā)展方向[1,10,16]。地震勘探在經(jīng)歷了光點(diǎn)、模擬、數(shù)字化發(fā)展時(shí)代之后,可能要進(jìn)入智能化時(shí)代,智能化地震勘探將具備以下特點(diǎn):項(xiàng)目事前仿真;經(jīng)營(yíng)情況可準(zhǔn)確預(yù)知;過(guò)程自動(dòng)優(yōu)化;核心裝備“機(jī)器人”化;裝備、人員、設(shè)備物資等全面實(shí)現(xiàn)互聯(lián);作業(yè)工序的集成化和一體化等。該技術(shù)的應(yīng)用將大大緩解“兩寬一高”采集技術(shù)的經(jīng)濟(jì)困境,進(jìn)一步提高地震采集的資料密度和施工效率。

3.3 超高效采集技術(shù)

“兩寬一高”三維地震采集技術(shù)需要采集大量的野外數(shù)據(jù),根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),覆蓋密度越高成像效果越好[1,5,10]。要想取得更好的成像結(jié)果,勢(shì)必會(huì)要求成像數(shù)據(jù)不斷增加,同時(shí)作為一項(xiàng)工程技術(shù),又會(huì)受成本的約束。盡管最近幾年高效采集技術(shù)發(fā)展迅速,但仍然滿(mǎn)足不了勘探家對(duì)地震資料品質(zhì)的期望和降低成本的要求。因此,超高效混疊采集一直是研究的一個(gè)重要方向[23]。經(jīng)過(guò)近3年的研究和試驗(yàn),2017年成功實(shí)現(xiàn)了超高效混疊采集技術(shù)的工業(yè)化生產(chǎn),該技術(shù)采用可控震源作為激發(fā)源,其采集效率相對(duì)于以往的滑動(dòng)掃描、距離同步掃描等技術(shù)可以成倍提高。2018年該技術(shù)在阿曼實(shí)現(xiàn)了42826炮/天的陸上最高效率采集。

3.4 壓縮感知(CS)空間隨機(jī)采樣技術(shù)

壓縮感知理論(compressed sensing,CS)突破了傳統(tǒng)奈奎斯特-香農(nóng)采樣定律的限制,僅用不完備(遠(yuǎn)低于奈奎斯特-香農(nóng)采樣率)的測(cè)量即可高精度地重構(gòu)未知目標(biāo)。該技術(shù)主要包括:隨機(jī)采集(炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)的隨機(jī)分布)、目標(biāo)的稀疏表達(dá)和稀疏約束優(yōu)化重構(gòu)算法[24]。簡(jiǎn)單地說(shuō),就是通過(guò)隨機(jī)空間域的隨機(jī)采樣,可以在野外采集較少數(shù)據(jù)的情況下,通過(guò)數(shù)據(jù)重構(gòu)實(shí)現(xiàn)與高密度采樣相接近的勘探效果。目前國(guó)際上及國(guó)內(nèi)都有大批學(xué)者和機(jī)構(gòu)在研究該項(xiàng)技術(shù),甚至有部分油氣公司已經(jīng)開(kāi)始做采集試驗(yàn)工作,國(guó)外已有公司開(kāi)展了實(shí)際的資料采集試驗(yàn)[25],國(guó)內(nèi)中石油和中石化也開(kāi)展了相關(guān)方法的研究和試驗(yàn)。該項(xiàng)技術(shù)如果能走向工業(yè)化應(yīng)用,將對(duì)減少野外采集工作量、提高成像精度等產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于配套技術(shù)系列的發(fā)展,相對(duì)于以往的常規(guī)地震勘探,國(guó)內(nèi)陸上“兩寬一高”地震勘探技術(shù)通過(guò)更寬頻帶、單點(diǎn)或小組合激發(fā)和接收、寬方位觀測(cè)、更高密度激發(fā)和接收點(diǎn)布設(shè),實(shí)現(xiàn)了對(duì)地震波場(chǎng)更加豐富、充分的采樣。可控震源及井炮高效采集技術(shù)的進(jìn)步保障了該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行,切實(shí)推動(dòng)了該項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用。配套的資料處理技術(shù)的發(fā)展提高了“兩寬一高”高效采集數(shù)據(jù)的信噪比、保真度和成像精度,在最終地震成像階段體現(xiàn)出了勘探效果。該項(xiàng)技術(shù)近年來(lái)發(fā)展和推廣應(yīng)用很快,資料密度越來(lái)越高,地震成像資料品質(zhì)大幅度提升。未來(lái)的地震資料采集將向更高密度、更高效率和智能化方向發(fā)展;地震資料處理解釋技術(shù)將圍繞提高高密度海量地震數(shù)據(jù)的處理效率、低信噪比數(shù)據(jù)的噪聲壓制、提高偏移成像精度和提取豐富的波場(chǎng)和地質(zhì)信息等主題研究和發(fā)展。