滑動掃描高效地震采集技術(shù)在遼河外圍盆地復(fù)雜地表區(qū)的應(yīng)用

張宏,劉兵,樊平

韓繼偉,萬敏 (中石油東方地球物理勘探有限責(zé)任公司遼河物探處,遼寧盤錦124010)

滑動掃描高效地震采集技術(shù)在遼河外圍盆地復(fù)雜地表區(qū)的應(yīng)用

張宏,劉兵,樊平

韓繼偉,萬敏 (中石油東方地球物理勘探有限責(zé)任公司遼河物探處,遼寧盤錦124010)

遼河外圍盆地LX地區(qū)構(gòu)造復(fù)雜、干擾發(fā)育、近地表吸收衰減嚴(yán)重,是典型的地震資料低信噪比地區(qū)。通過可控震源滑動掃描技術(shù)、井震分區(qū)聯(lián)合激發(fā)方式和海量地震數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用,成功實(shí)施了高覆蓋、寬方位三維地震采集方案,大幅提高了LX地區(qū)地震資料品質(zhì),顯著改善了深層構(gòu)造的成像效果,取得了滑動掃描高效地震采集技術(shù)在遼河外圍盆地首次工業(yè)化應(yīng)用的成功,也證明了可控震源滑動掃描高效地震采集技術(shù)在東部探區(qū)復(fù)雜地表區(qū)應(yīng)用的可行性。

滑動掃描;高效地震采集;復(fù)雜地表區(qū);海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)質(zhì)控

遼河外圍盆地是指除遼河坳陷之外,分布于遼寧、內(nèi)蒙古通遼-赤峰地區(qū)的諸多中、新生代凹陷的總稱。由于遼河外圍諸凹陷地層破碎,九佛堂組、沙海組等主要目的層界面反射系數(shù)小;地表以沙化草場、沙丘和旱地為主,近地表吸收衰減嚴(yán)重,導(dǎo)致該區(qū)地震資料信噪比低。以往勘探成果表明,要改善遼河外圍盆地構(gòu)造的成像效果,需要采用高覆蓋、高密度、寬方位的三維地震采集技術(shù)方案。為了提高地震采集方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性,同時(shí)探索適合東部探區(qū)復(fù)雜地表區(qū)的高效地震采集技術(shù),2013年中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司遼河物探處在遼河外圍盆地LX地區(qū)實(shí)施了可控震源滑動掃描高效地震采集,取得了很好的實(shí)施效果。筆者將重點(diǎn)介紹滑動掃描、海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)質(zhì)控等采集技術(shù)及相關(guān)配套方法的應(yīng)用及效果。

1 可控震源滑動掃描技術(shù)原理

可控震源按照掃描方式的不同,分為交替掃描(flip-flop sweep)、滑動掃描(slip sweep)、距離分開同步掃描(distance separated simultaneous sweep)和獨(dú)立同步掃描(independent simultaneous sweep)等幾種[1]。交替掃描一般使用2組或多組震源交替作業(yè),一組震源在另一組震源振動的同時(shí)移動搬點(diǎn);前一組震源掃描記錄結(jié)束后,后一組震源開始掃描,各個(gè)震源掃描信號之間沒有時(shí)間重疊。相對交替掃描,滑動掃描采用多組震源施工,各震源采用的掃描頻率相同,各震次掃描時(shí)間可以部分重疊(但最小時(shí)間間隔不小于相關(guān)后要獲得的單炮記錄長度),下一組震源不必等待上一組震源完成掃描即可開始掃描,大大縮短了相鄰2次掃描的間隔時(shí)間,從而實(shí)現(xiàn)高效采集。

采用可控震源滑動掃描采集的過程中,在放完每組炮之前,儀器連續(xù)記錄一系列震次激發(fā)的地震數(shù)據(jù) (包括TB(時(shí)斷信號)和相關(guān)信號的輔助道信息),形成一個(gè)炮與炮之間相互重疊的連續(xù)母記錄。在母記錄中,每個(gè)震次都有各自對應(yīng)的TB,雖然震次之間有所重疊,但每個(gè)震次掃描的啟動時(shí)間不同,用相應(yīng)的VSS(vibrator signature system)信號或者掃描信號與母記錄相關(guān)就可以得到各震次的有效信息,分離出每個(gè)震次獨(dú)立的單炮記錄[2,3](見圖1)。

圖1 可控震源滑動掃描示意圖(a)和母記錄切分示意圖(b)

2 基于滑動掃描方式的可控震源配置

遼河外圍盆地LX地區(qū)實(shí)施的高密度三維地震,采用可控震源為主、井炮為輔的激發(fā)方式實(shí)施,其中,可控震源激發(fā)點(diǎn)占總炮數(shù)的92.4%,具體的三維地震采集方案見表1。

表1 遼河外圍盆地LX地區(qū)三維地震采集方案

為了最大程度地發(fā)揮可控震源高效激發(fā)的優(yōu)勢,保證可控震源滿效滑動掃描作業(yè),結(jié)合研究區(qū)可控震源行進(jìn)速度和相鄰激發(fā)點(diǎn)間距計(jì)算激發(fā)時(shí)間間隔。相鄰炮點(diǎn)行進(jìn)時(shí)間為:

可控震源放、收震源板時(shí)間為10s,每炮掃描時(shí)間為14s,單臺震源激發(fā)每炮所需時(shí)間為42～78s。該次采集滑動掃描長度為10s(相鄰2炮可控震源掃描最小時(shí)間間隔),要實(shí)現(xiàn)連續(xù)激發(fā),需配置7～8組可控震源?？紤]實(shí)際生產(chǎn)中地表?xiàng)l件的影響,配置等待可控震源臺數(shù)為4臺。因此,要實(shí)現(xiàn)滑動掃描滿效采集,實(shí)際生產(chǎn)過程中處于有效工作狀態(tài)的可控震源應(yīng)為12臺。按照每日有效生產(chǎn)時(shí)間15h計(jì)算,12臺可控震源滿效滑動掃描激發(fā),理論上可連續(xù)生產(chǎn)炮數(shù)15×3600/10=5400炮?？紤]到可控震源激發(fā)過程中存在掃描指標(biāo)超標(biāo)的情況,按照80%的合格率計(jì)算[4],可以保證的日生產(chǎn)能力為5400×0.8=4320炮。

3 基于高精度衛(wèi)星照片的激發(fā)方式選擇和可控震源行進(jìn)路線設(shè)計(jì)

遼河外圍盆地LX地區(qū)地表類型多樣,主要分為沙丘(占14.3%)、天然草場(占46.3%)、人工草場(占6.3%)、樹林(占11.5%)、農(nóng)田(占21.4%)和村鎮(zhèn)(約占0.2%)6大類。合理確定不同地表激發(fā)方式,優(yōu)化設(shè)計(jì)12臺可控震源行進(jìn)路線,保證可控震源行進(jìn)的順暢性,是實(shí)現(xiàn)高效地震采集的關(guān)鍵。

3.1 基于高精度衛(wèi)星照片的激發(fā)方式選擇

基于分辨率為0.5m的高精度衛(wèi)星照片,綜合考慮可控震源通行能力和不同區(qū)域環(huán)保要求,確定了不同地表激發(fā)方式的選擇原則:

1)西北部沙丘地表溝壑曲折,地表高程為277～307m;同時(shí)該區(qū)環(huán)保要求嚴(yán)格,禁止破壞稀疏植被,采用井炮激發(fā)。

2)局部區(qū)域分布的窄 (密)林帶,樹木間距小于3m,可控震源無法通行,采用井炮激發(fā)。

3)人工草場區(qū),避免可控震源對草地碾壓和破壞,采用井炮激發(fā)。

4)其余地表使用可控震源進(jìn)行激發(fā)。

3.2 可控震源行進(jìn)路線設(shè)計(jì)

研究區(qū)制約可控震源通行的地表主要是封閉圍欄、人工草場、密集樹林、鐵路和壟溝。對于即將實(shí)施采集線束內(nèi)的激發(fā)點(diǎn),依據(jù)高精度的衛(wèi)星照片和施工前詳細(xì)踏勘結(jié)果,細(xì)致地劃分每臺震源的作業(yè)區(qū)域和激發(fā)總炮數(shù),確定具體的行進(jìn)路線,主要遵循以下原則:

1)以人工草場、密集樹林、鐵路和壟溝為分塊界限,按照總炮數(shù)分配每塊中的可控震源數(shù)量。

2)可控震源先垂直測線方向逐炮激發(fā),然后再沿測線方向轉(zhuǎn)換到下一炮排激發(fā),作業(yè)方向按照蛇形方式推進(jìn)。

3)密林區(qū)、村莊等復(fù)雜地表,根據(jù)各塊采集進(jìn)度動態(tài)調(diào)配震源,保證整線束采集效率。

以LX地區(qū)SW21-30束可控震源實(shí)施炮點(diǎn)為例,單日炮點(diǎn)分塊及可控震源作業(yè)方向如圖2所示。

圖2 LX地區(qū)SW21-30束可控震源單日施工炮點(diǎn)分塊圖

4 可控震源滑動掃描地震采集質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)

可控震源滑動掃描高效地震采集時(shí),質(zhì)量控制技術(shù)要與地震采集效率相匹配,重點(diǎn)分為可控震源激發(fā)指標(biāo)和海量地震數(shù)據(jù)單炮指標(biāo)2個(gè)方面的監(jiān)控內(nèi)容,具體監(jiān)控流程見圖3。

4.1 可控震源激發(fā)指標(biāo)監(jiān)控

可控震源激發(fā)指標(biāo)主要包括震源掃描指標(biāo)和震點(diǎn)坐標(biāo),具體為6項(xiàng)指標(biāo) (峰值出力、平均出力、峰值相位差、平均相位差、峰值畸變和平均畸變)和COG(cluster of orthologous groups)數(shù)據(jù)。對照LX地區(qū)使用的KZ28AS可控震源6項(xiàng)指標(biāo)的正常參考值,在可控震源完成某一震點(diǎn)的激發(fā)后,通過震源VIBPRO、G3i地震采集儀器對以上指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)對比,若發(fā)現(xiàn)指標(biāo)超限,可控震源原地發(fā)送READY信號和COG信號,在G3i地震采集儀器上任務(wù)排隊(duì)等待并重新激發(fā),保證可控震源掃描指標(biāo)全部達(dá)標(biāo)。對于可控震源每炮發(fā)送的COG信號,將其與SPS(shell processing support)炮點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行比對;同時(shí)連續(xù)、動態(tài)顯示可控震源當(dāng)前位置和行進(jìn)軌跡,防止可控震源遺漏震點(diǎn)或者非正點(diǎn)激發(fā)。

4.2 海量原始單炮指標(biāo)監(jiān)控

采用KL-Rt QC質(zhì)量控制軟件與G3i地震采集儀器同步連接,實(shí)時(shí)監(jiān)控每一炮的質(zhì)量,主要監(jiān)控排列狀況、激發(fā)能量、頻率、異常道和輔助道信息等內(nèi)容。以單炮能量監(jiān)控為例,根據(jù)目的層埋深設(shè)定相應(yīng)時(shí)間窗口,對當(dāng)前炮之前采集得到的30炮,計(jì)算所有道對應(yīng)時(shí)間窗口內(nèi)的平均能量,將該平均值作為當(dāng)前單炮能量判斷的樣本值;同時(shí),設(shè)定能量值的30%為門檻值,若當(dāng)前單炮的能量低于或超過樣本值的30%時(shí),判定該炮能量不足或噪聲超標(biāo),要求可控震源重新激發(fā),確保原始單炮指標(biāo)及時(shí)達(dá)標(biāo)。

圖3 可控震源 “滑動掃描”質(zhì)量監(jiān)控流程

5 應(yīng)用效果分析

通過可控震源滑動掃描技術(shù)和配套采集技術(shù)的應(yīng)用,遼河外圍盆地LX地區(qū)地震采集最高日效達(dá)到7347炮,平均日效達(dá)到3201炮,比該區(qū)以往三維地震采集日效提高5倍。對比該區(qū)以往疊前時(shí)間偏移剖面,該次三維地震采集高密度、高覆蓋的技術(shù)優(yōu)勢得到充分發(fā)揮,新采集的地震資料偏移剖面中,西部斜坡部位構(gòu)造落實(shí),凹陷深部位目的層波組特征明顯,地層接觸關(guān)系清楚,構(gòu)造成像效果得到大幅改善(見圖4)。

圖4 遼河外圍盆地LX地區(qū)舊(a)、新(b)采集資料疊前時(shí)間偏移剖面

6 結(jié)論與認(rèn)識

滑動掃描地震采集技術(shù)能大幅提高地震采集效率、縮短野外作業(yè)時(shí)間、降低采集成本,能在有限的勘探成本范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高密度、高覆蓋、寬方位的三維地震技術(shù)方案。通過LX地區(qū)三維地震高效采集工程的實(shí)施,證明了可控震源滑動掃描技術(shù)在東部探區(qū)復(fù)雜地表區(qū)應(yīng)用的可行性。

由于滑動掃描技術(shù)的應(yīng)用占用多臺可控震源和大量儀器及附屬設(shè)備,要在東部探區(qū)將可控震源高效采集的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來,需綜合考慮區(qū)塊采集工作量 (采集區(qū)塊滿覆蓋面積不小于200km2)、地表?xiàng)l件 (可控震源行進(jìn)相對順暢)、施工時(shí)間要求 (重點(diǎn)避開農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)間)、配套質(zhì)量監(jiān)控能力 (高效采集海量數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控實(shí)時(shí)性)等因素,進(jìn)行全面、系統(tǒng)的可行性論證,才能保證該技術(shù)取到較好的實(shí)施效果。

滑動掃描高效地震采集技術(shù)是所有參加過該項(xiàng)目的研究人員集體智慧的結(jié)晶;同時(shí),在該項(xiàng)目的研究過程中,特別得到了東方地球物理公司采集技術(shù)支持部王井富副總工程師的指導(dǎo)和幫助,在此表示衷心的感謝!

[1]什內(nèi)爾索納M E.可控震源地震勘探[M].李樂天,等譯.北京:石油工業(yè)出版社,1993.

[2]魏國偉,張慕剛,魏鐵,等.可控震源滑動掃描采集方法及應(yīng)用[J].石油地球物理勘探,2008,43(增刊2):67～69.

[3]倪宇東,王井富,馬濤,等.可控震源地震采集技術(shù)的進(jìn)展[J].石油地球物理勘探,2011,46(3):349～356.

[4]周大同,周恒,張慕剛,等.可控震源施工效率估算方法[J].石油地球物理勘探,2008,43(增刊2):50～54.

[編輯] 龔丹

P631.44

A

1000-9752(2014)12-0074-04

2014-06-13

中國石油天然氣股份有限公司科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目(2012E-3003)。

張宏(1982-),男,2007年長江大學(xué)畢業(yè),碩士,工程師,現(xiàn)主要從事地面地震采集技術(shù)、井中地震采集技術(shù)的研究工作。