孔令霞 韓 嵩 屠志慧 曾 鳴 彭浩天

中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

在地震采集中廣泛使用的炸藥震源具有能量強，信號頻帶寬等特點，但是隨著地震勘探區(qū)域的擴大,在遇到城區(qū)、工業(yè)園、景區(qū)、道路等區(qū)域，炸藥很難實施，這時需要與可控震源聯(lián)合施工采集數(shù)據(jù)，才能確保障礙物下的地震數(shù)據(jù)覆蓋次數(shù)達到施工要求，完成設(shè)計任務(wù)[1-3]。然而這兩種采集方式的地震資料存在明顯的相位、振幅、頻率、子波不一致，會給后續(xù)地震數(shù)據(jù)處理帶來新的問題和挑戰(zhàn)。

從收集的資料來看，不同時期、不同地區(qū)對混采數(shù)據(jù)采用了不同的處理方法消除其差異，例如：云美厚等[4]研究了不同采集方式、不同震源的地震數(shù)據(jù)，采用互均衡處理方法，消除兩種數(shù)據(jù)的振幅、相位等的不一致，實現(xiàn)一致性處理。張亞南等[5]提出基于純相位濾波器的子波相位校正方法，對殘余的子波相位進行準確尋優(yōu)，提高地震數(shù)據(jù)分辨率。高少武等[6]提出可控震源最小相位化的理論、方法，并研發(fā)模塊來調(diào)整校正炸藥震源與可控震源資料間的相位差異。鄔達理等[7]提出疊前多點綜合串聯(lián)匹配濾波處理技術(shù)，通過逐步逼近法對可控震源單炮數(shù)據(jù)進行匹配濾波，來實現(xiàn)兩種震源記錄的一致性。向曉麗等[8]通過地表一致性、子波匹配、剩余靜校正等一系列處理，達到能量均勻、頻率一致。龍正書[9]提出通過極性反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)兩種震源資料的一致性處理。陳志卿等[10]闡述了對不同震源的數(shù)據(jù)進行地表一致性振幅校正，利用Robinson模型，計算子波匹配校正算子，消除其子波差異。梁鴻賢[11]提出利用初至信息進行子波提取和求取匹配算子的思路。

本次實驗是在對炸藥震源與可控震源實際采集資料分析的基礎(chǔ)上，綜合前人的處理經(jīng)驗，提出3步法來匹配井震混采地震數(shù)據(jù)的不一致，在實際資料中取得了較好的處理效果。

1 工區(qū)概況

四川盆地二疊系鉆探玄武巖始于1966年威西地區(qū)，截至目前，鉆遇火成巖共90余口，主要位于川西南部及川東開江—梁平海槽西側(cè)。除zg1井二疊系玄武巖段裂縫型儲層鉆獲25.61×104m3/d的工業(yè)氣流，后一直未取得勘探突破。近期yt1井在川西地區(qū)爆發(fā)相火山角礫巖層段鉆遇優(yōu)質(zhì)孔洞型儲層，鉆井過程中氣顯示頻繁，測井解釋儲層厚102.6 m，測試獲得日產(chǎn)氣22.5×104的工業(yè)氣流。同時，川西龍泉山地區(qū)ysh1井在火山巖層段同樣鉆遇優(yōu)質(zhì)儲層，測井解釋火山巖儲層厚190 m。這表明，川西地區(qū)二疊系火成巖具有較大的勘探潛力，有必要進行系統(tǒng)研究。目前，火山巖的勘探開發(fā)面臨地震資料成像效果差、火山巖內(nèi)幕反射結(jié)構(gòu)不清楚的難題。

本工區(qū)是針對火山巖為目的層的三維地震勘探，它作為川內(nèi)首個火山巖領(lǐng)域三維項目意義重大。該區(qū)地屬川西平原地區(qū)，地勢平緩。區(qū)內(nèi)最高海拔約850 m，最低海拔約370 m，相對高差480 m。主要出露白堊系七曲寺組、白龍組、蒼溪組及侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組砂泥巖，沱江兩岸少量出露第四系礫石?？傮w上有利于地震波的激發(fā)和接收，單炮品質(zhì)相對較好。

工區(qū)地處經(jīng)濟發(fā)達的東進開發(fā)主戰(zhàn)場，城區(qū)居民、工廠、河流較多，高附加值經(jīng)濟作物種植面積廣，多種因素造成其規(guī)劃區(qū)域內(nèi)嚴禁井炮施工。如果僅使用炸藥震源采集，工區(qū)覆蓋次數(shù)無法達到設(shè)計要求，因此需要增加可控震源點。本工區(qū)為炸藥震源、可控震源聯(lián)合施工（圖1）。相對于過如城區(qū)、風(fēng)景區(qū)之類的大區(qū)域障礙，可控震源避免了以前施工只能丟炮丟道，從而造成淺層資料缺失和覆蓋次數(shù)不均勻的現(xiàn)象。從目前項目獲得的資料來看，大部分地區(qū)以炸藥震源為主，可控震源主要分布在工業(yè)園、道路、引水工程等處?？煽卣鹪醇ぐl(fā)的單炮品質(zhì)相對于炸藥震源能量強，信噪比低，可控震源資料能彌補資料缺失和覆蓋次數(shù)不均勻這一缺陷。但是兩種采集方式不同，地震資料必然存在差異，如何在該區(qū)消除其差異，取得更好的疊加成像，井震混采的匹配處理技術(shù)是其關(guān)鍵技術(shù)之一。

圖1 工區(qū)三維地震勘探設(shè)計物理點分布示意圖

2 不同震源資料分析

炸藥震源是利用炸藥爆炸來激發(fā)脈沖波。當(dāng)炸藥爆炸時，在炸藥附近產(chǎn)生一個尖脈沖，它的頻帶很寬?？煽卣鹪词且蕾囬L時間的振動激發(fā)，把具有相同相位，不同頻率成分正弦信號疊加后向地下發(fā)射，由采集接收器接收，最后經(jīng)過相關(guān)器相關(guān)后得到有限帶寬地震信號[12-14]。從整個工區(qū)的單炮品質(zhì)來看，炸藥震源資料明顯優(yōu)于可控震源。圖2是相同位置處的可控震源和炸藥震源的原始單炮對比?？梢钥闯觯瑑煞N震源能量存在巨大差異，可控震源能量較強，與炸藥震源相差在109倍；頻率也不同，單炮目的層段2 000～3 000 ms處，可控震源目的層主頻在5～25 Hz，炸藥震源主頻在5～35 Hz。受地表障礙及復(fù)雜的激發(fā)環(huán)境影響，可控震源單炮記錄整體背景噪音很強，以低頻面波和異常振幅為主的強能量干擾十分發(fā)育，資料信噪比較低，初至?xí)r間難以準確識別。

圖2 相同位置可控震源與炸藥震源的單炮對比圖

圖3是可控震源和炸藥震源單炮記錄相位比較?？梢钥闯觯簝煞N單炮起跳極性不一致，炸藥震源單炮是最小相位，初至起跳時間比較清楚，易于初至拾取；可控震源為零相位，初至起跳振幅能量較弱、不清楚。只有先對可控震源子波進行最小相位化處理，才能使可控震源和炸藥震源初至起跳相位一致，進而保證初至拾取的可靠性及后續(xù)層析靜校正計算的精度。由于兩種震源的子波相位不一致，地震資料波組特征存在差異，只有將兩種震源的地震資料先進行一致性處理，然后再一起進行常規(guī)處理，才能夠使同相軸同相疊加，提高剖面的信噪比和分辨率，可控震源數(shù)據(jù)對整個地震數(shù)據(jù)處理才能起到有利補充、改善處理效果的目的。

圖3 可控震源與炸藥震源相位區(qū)別圖

根據(jù)目前炸藥、可控震源混采處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并結(jié)合本研究區(qū)塊的特點，認為井震混采數(shù)據(jù)提高成像質(zhì)量的難點主要體現(xiàn)在4個方面：①兩種地震數(shù)據(jù)的相位存在差異，炸藥震源激發(fā)子波是最小相位子波，可控震源激發(fā)子波是零相位。需要對可控震源進行相位校正；②由于激發(fā)方式的不同，在激發(fā)能量上二者存在能級上的差異；③目的層段子波仍然有差異?？煽卣鹪吹寞B加剖面同相軸連續(xù)性較差，信噪比低；④兩者的帶寬不同。由于激發(fā)方式的不同，炸藥震源頻率帶寬不受限，可控震源激發(fā)頻率帶寬是有限的，掃描頻率為3～96 Hz。而傳播過程中的頻率衰減，導(dǎo)致兩種地震數(shù)據(jù)的主頻和有效頻帶有所差異[8，15]。

3 關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)工區(qū)采集特點及技術(shù)難點，地震資料主要是以炸藥震源為主，可控震源為輔，本次處理主要采用炸藥震源為標準，可控震源向炸藥震源匹配的一個處理方案。需解決的主要問題是兩種震源的一致性處理問題。通過結(jié)合工區(qū)施工特點和資料品質(zhì)，最終制定了一套適用于本區(qū)的炸藥、可控震源聯(lián)合處理技術(shù)流程（圖4）：

圖4 炸藥-可控震源數(shù)據(jù)匹配流程圖

基于初至起跳信息差異，對可控震源做最小相位化處理，使之與炸藥震源相位特征保持一致，消除不同震源采集資料的波形差異，有利于初至波的準確拾取，滿足地表一致性反褶積輸入為最小相位的前提條件。

通過可控震源能量比例因子與地表一致性振幅補償相結(jié)合的方法來解決不同震源之間、炮道之間振幅能量不一致的問題[15-16]。

通過求取可控震源與炸藥震源相同位置處疊加剖面之間的匹配因子，應(yīng)用到可控震源的地震數(shù)據(jù)上，達到振幅、頻率、相位、子波與炸藥震源單炮一致。

3.1 相位一致性處理

目前生產(chǎn)中常用的可控震源地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為最小相位的方法是：選取炸藥震源子波為相位校正的標準，把可控震源地震子波相位校正到最小相位。首先根據(jù)采集的可控震源掃描頻率、掃描長度、采樣率等震源參數(shù),計算出零相位子波；然后通過多項式求根法或最小平方法求出零相位子波的最小相位轉(zhuǎn)換因子；最后將得到的最小相位轉(zhuǎn)換因子應(yīng)用于可控震源地震資料，即可實現(xiàn)可控震源地震數(shù)據(jù)的最小相位化[2-5]。從圖5看出，最小相位化后，可控震源的初至波峰更加清楚，與炸藥震源的一致性變好。

圖5 可控震源的最小相位化處理前后與可控震源對比圖

3.2 能量一致性處理

由于采集方式的不同，炸藥震源和可控震源單炮的振幅存在數(shù)量級上差異，造成兩種地震資料的單炮在能量上具有明顯的差異，同時由于激發(fā)點位置和激發(fā)巖性不同，單炮之間也存在能量差異（圖6）。本次工作提出利用炸藥—可控震源能量比例因子校正炸藥震源和可控震源單炮在振幅上的能級差異，用地表一致性振幅補償?shù)姆椒▉斫鉀Q單炮之間能量不一致的問題[15-16]。

圖6 能量均衡前、后的可控震源單炮和炸藥震源圖

首先主要統(tǒng)計炸藥和可控震源單炮記錄目的層段時窗內(nèi)的振幅能量的平均值，然后求取兩者之間的比例因子，將求取的能量比例因子乘以可控震源數(shù)據(jù)，將其校正到炸藥震源的能量級別，利用該因子可以減小不同震源之間的能量差異[15-16]；其次在縱向做好單炮的真振幅恢復(fù)，目的是為了消除幾何球面擴散的能量衰減，把淺、中、深層的能量盡量補償?shù)酵粋€能量級別；最后結(jié)合地表一致性振幅補償和道均衡，來補償因地表激發(fā)、接收位置不同而造成的炮間、道間能量差異。從圖6可以看出，經(jīng)過一系列振幅能量一致性處理后，二者單炮能量級別基本一致，炮道之間振幅的空間分布也趨于一致，地震數(shù)據(jù)振幅一致性也得到較好的改善[15-16]。

3.3 子波匹配整形

可控震源疊前數(shù)據(jù)經(jīng)過最小相位化后，子波雖然有較大改變，然而目的層位的子波、頻率與炸藥震源的單炮相比仍然有差異，造成疊加數(shù)據(jù)的波形不一致性，同相軸不連續(xù)[15-17]。也就是說，經(jīng)過最小相位化和地表一致性反褶積后，不同震源子波之間的差異大大縮小，但是仍然存在微小的差異。子波匹配整形可以調(diào)整不同震源頻率、相位、振幅關(guān)系，但其受地震資料的信噪比影響較大，因此在去噪、振幅補償、反褶積處理后應(yīng)用，才能更好地提取子波。將不同震源的地震數(shù)據(jù)分別進行疊加，在共疊加段數(shù)據(jù)目的層段選取時窗提取炸藥震源的子波匹配因子，并對可控震源單炮進行子波匹配整形，進而使炸藥和可控震源數(shù)據(jù)波形達到一致，以消除兩個數(shù)據(jù)之間殘留的子波差異。

圖7展示了整形前后炸藥和可控震源單獨疊加剖面的差異，黑線標記是可控震源和炸藥震源拼接的地方，可以看出沒有經(jīng)過子波校正時，不同震源拼接處的波組特征強弱關(guān)系不一致，拼接地方存在同相軸不連續(xù)，甚至出現(xiàn)同向軸錯斷，有明顯的拼接痕跡。由反射層提取整形因子整形后，可控震源記錄疊加的剖面與炸藥記錄疊加的剖面相比，可以看出拼接的地方相位的連續(xù)性得到很好的改善，同相軸易于追蹤，沒有明顯的相位、頻率和振幅差異。與炸藥震源的剖面拼接處沒有明顯的拼接痕跡，連續(xù)性也變好。同時，二者頻帶趨于一致，可控震源資料更多的反射層間細節(jié)被刻畫出來，剖面的信噪比得到提高。

圖7 不同震源資料匹配前后單獨疊加剖面對比及互相關(guān)圖

為了檢驗整形因子是否合適，將可控震源整形前、后對應(yīng)的疊加剖面分別與炸藥震源疊加剖面進行互相關(guān)分析，如果互相關(guān)由整形前的不相干兩條平行線變?yōu)檎魏?值附近的一條直線，說明整形后兩種震源的相關(guān)度變高，求取的子波整形因子是合適的。

經(jīng)過一系列匹配處理后，對可控震源和炸藥震源同時疊加?？梢钥闯?，匹配后混疊區(qū)的剖面有了很大的改善。從圖8匹配前、后的混疊區(qū)的初疊加剖面看，匹配后反射波同相軸較為連續(xù)、光滑，波組關(guān)系清楚，地層反射信息豐富[18]。

圖8 炸藥和可控震源混采區(qū)匹配前后疊加剖面對比圖

4 結(jié)論

1）可控震源的使用，有效補償了在禁炮區(qū)的覆蓋次數(shù)，但是在相位、振幅、頻率、子波與炸藥震源存在差異，要進行數(shù)據(jù)匹配后，才能進行同相疊加。

2）井炮與可控震源混采數(shù)據(jù)匹配3步法處理技術(shù)流程，有效改善不同震源之間存在的相位、振幅、頻率、子波的差異，使數(shù)據(jù)整體一致性更好，有利于地震數(shù)據(jù)同相疊加，提高了剖面的信噪比和分辨率。