海上地震勘探采集現(xiàn)場質(zhì)量控制

姜 丹， 麻志國， 劉立群， 李君君

(中海油田服務(wù)股份有限公司 物探事業(yè)部，天津 300450)

海上地震勘探采集現(xiàn)場質(zhì)量控制

姜 丹， 麻志國， 劉立群， 李君君

(中海油田服務(wù)股份有限公司 物探事業(yè)部，天津 300450)

現(xiàn)場處理質(zhì)量控制是海上地震勘探采集過程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)?？焖?、準(zhǔn)確地檢測出地震采集過程中存在的質(zhì)量問題，一直是現(xiàn)場處理工作中技術(shù)難題。針對儀器系統(tǒng)、震源系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)和地震數(shù)據(jù)的不同問題，對海上地震采集中容易出現(xiàn)的各種問題進行分類，制定出一套可行的現(xiàn)場質(zhì)量控制方法。此方法為現(xiàn)場質(zhì)量控制工作提供一個新思路，在實際應(yīng)用中取得良好的效果，具有一定的借鑒意義。

現(xiàn)場處理； 質(zhì)量控制； 地震資料采集

0 引言

海上地震勘探采集現(xiàn)場處理工作開始于上世紀(jì)90年代初期[1]，主要包括質(zhì)量控制部分和資料處理部分。隨著計算機技術(shù)和處理技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)場處理的數(shù)據(jù)處理已經(jīng)發(fā)展到實時處理，即采集完數(shù)據(jù)就可以直接處理出解釋人員需要的成果?，F(xiàn)場質(zhì)量控制可以在資料采集過程中對采集系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，確保采集資料的準(zhǔn)確性。

在實際生產(chǎn)中，由于質(zhì)量問題的發(fā)生具有偶然性、復(fù)雜性和多樣性等特點，質(zhì)控工作容易出現(xiàn)紕漏和盲點，影響采集質(zhì)量，迫切需要制定一套完善的質(zhì)控體系對采集進行質(zhì)量控制。因此，筆者提出將儀器系統(tǒng)、震源系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)和地震數(shù)據(jù)容易出現(xiàn)的問題進行分類質(zhì)控，多方法、多角度篩查，避免因采集質(zhì)量問題造成不必要的經(jīng)濟損失。

1 儀器系統(tǒng)質(zhì)量控制

1.1 儀器系統(tǒng)質(zhì)控內(nèi)容

儀器系統(tǒng)質(zhì)控內(nèi)容包括頭段信息檢查和電纜屬性檢查。信息檢查主要為記錄磁帶中的地震信息頭段(包括文件號，采樣率，地震信息和輔助道信息等)、導(dǎo)航信息頭段(包括線號，炮點坐標(biāo)和船速等)和震源信息頭段(包括氣槍類型，容量大小等)的檢查。電纜屬性檢查主要是漏電檢查、壞道檢查和相對靈敏度檢查。尤其對電纜相對靈敏度檢查，由于生產(chǎn)批次和使用壽命等原因引起相對靈敏度發(fā)生變化，影響采集資料質(zhì)量，需要設(shè)計一種有效的質(zhì)控手段進行識別。

1.2 質(zhì)控方法

頭段信息檢查主要技術(shù)是道頭提取技術(shù)，導(dǎo)航信息頭段和震源信息頭段存儲在通用頭段，地震信息頭段存儲擴展頭段[2]。將磁帶記錄中的頭段文件從地震數(shù)據(jù)中分離，利用格式轉(zhuǎn)化，將二進制0和1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為16進制數(shù)據(jù)，檢查道頭信息的配置參數(shù)是否準(zhǔn)確。電纜漏電和壞道檢查主要檢查單炮剖面上的異常值，電纜相對靈敏度檢查設(shè)計方法是選取單炮記錄目的層反射區(qū)為靶區(qū)進行振幅分析，繪制能量衰減曲線，對比相鄰道能量變化。

1.3 儀器系統(tǒng)質(zhì)控效果

儀器記錄系統(tǒng)加載施工參數(shù)，隨地震數(shù)據(jù)按SEGD格式記錄到磁帶道頭中，SEGD格式對記錄數(shù)據(jù)有著嚴(yán)格的位置要求，如果數(shù)據(jù)記錄位置出現(xiàn)錯位、丟失，數(shù)據(jù)仍被記錄，記錄的磁帶資料無法讀取，會導(dǎo)致這一記錄作廢。電纜漏電和壞道會給單炮剖面帶來能量不均，漏電體現(xiàn)在某一時刻對地震數(shù)據(jù)形成干擾，通常這一時間點或時間段沒有數(shù)據(jù)，壞道體現(xiàn)在單炮上某一道或多道出現(xiàn)極大值，影響資料質(zhì)量，需要在處理前剔除。電纜相對靈敏度檢查繪制能量衰減曲線(圖1)，由于偏移距不同的原因，道與道接收的振幅值會緩慢平滑下降。一段固體電纜中存放15道數(shù)據(jù)，如果某段電纜相對靈敏度異常，就會導(dǎo)致相鄰15道數(shù)據(jù)振幅下降明顯，嚴(yán)重影響采集質(zhì)量。

圖1 電纜相對靈敏度檢查(能量衰減曲線)Fig.1 Relative sensitivity of streamer check

2 震源系統(tǒng)質(zhì)量控制

2.1 震源系統(tǒng)質(zhì)控內(nèi)容

震源系統(tǒng)質(zhì)控主要檢查子槍的自身屬性和工作中壓力變化。海上震源系統(tǒng)由子槍陣列組合，目的是壓制氣泡效應(yīng)，提高震源效果[3]，每個陣列子槍都應(yīng)滿足設(shè)計要求。同時，震源壓力對地震資料采集至關(guān)重要，子槍漏氣不易察覺，給采集質(zhì)量帶來隱患，需要設(shè)計出一種直觀的顯示方式，實時顯示各個子槍工作壓力變化。

2.2 震源系統(tǒng)質(zhì)控方法

震源系統(tǒng)質(zhì)控技術(shù)是單槍測試技術(shù)[4]和近場數(shù)據(jù)疊加技術(shù)。單槍測試技術(shù)主要根據(jù)氣泡震蕩理論， Peterson 等[5]提出氣泡脈沖周期是氣槍沉放深度，氣槍工作壓力，凈水壓力和氣槍容量的函數(shù)。

Tp,v,d=C(P×V)1/3/P0(d)5/6

(1)

其中：C為常量；P為氣槍工作壓力；V為氣槍容量；d為氣槍沉放深度；P0(d)為沉放深度處的凈水壓力。通過式(1)計算理論槍深數(shù)值和實際數(shù)值差異，判斷子槍自身屬性。

近場子波疊加技術(shù)根據(jù)近場檢波器的安裝位置不同，將近場檢波器數(shù)據(jù)分組、選排、疊加，通過子波疊加剖面圖的波形變化(圖2)，監(jiān)控各個子槍的壓力變化。

2.3 震源系統(tǒng)質(zhì)控效果

由實測子波峰峰值推算理論槍深值與實際槍深的差值超過1 m時(表1)，單個子槍的屬性沒有達標(biāo)，一方面可能是子槍漏氣，另一方面可能子槍容量與理論不符，需要在作業(yè)之前進行確定性檢查，如不符合標(biāo)準(zhǔn)及時更換。

圖2中，如果近場數(shù)據(jù)疊加圖中紅藍線分明，說明子槍壓力穩(wěn)定；如果疊加的紅藍線同相軸彎曲變形，說明子槍壓力發(fā)生變化，即子槍漏氣；如果紅藍線突然斷裂，說明震源子槍沒有被激發(fā)，或者被關(guān)掉；如果紅藍線突然增加，說明為了使震源總能量保持穩(wěn)定，開啟了備用槍。現(xiàn)場質(zhì)控通過近場數(shù)據(jù)疊加的波形變化，來判斷子槍壓力變化，提出整改意見，保證子槍的工作狀態(tài)良好。

3 導(dǎo)航系統(tǒng)質(zhì)量控制

3.1 導(dǎo)航系統(tǒng)質(zhì)控內(nèi)容

圖2 近場數(shù)據(jù)疊加處理檢查Fig.2 Near-field hydrophone data stack processing check

表1 單槍測試

導(dǎo)航系統(tǒng)質(zhì)控，是震源激發(fā)點與電纜位置關(guān)系質(zhì)控和面元的覆蓋情況的質(zhì)控。導(dǎo)航利用聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)計算最小偏移距，定位后，外推偏移距。當(dāng)遇到海浪，洋流等外界因素影響時，聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)的定位可能出現(xiàn)偏差，致使推算數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)有誤差，需要地震數(shù)據(jù)處理進行驗證。此外，實際施工中,遇到平臺或沉船時，為保護水下設(shè)備安全，偏離采集路線，使得設(shè)計面元覆蓋不均。需設(shè)計一種檢測滿足面元覆蓋時的最大偏移量方法。

3.2 導(dǎo)航系統(tǒng)質(zhì)控方法

震源激發(fā)點與電纜位置關(guān)系質(zhì)控和面元的覆蓋情況的質(zhì)控的技術(shù)，分別是線性動校正技術(shù)[6]和面元均一化技術(shù)[7]。最小偏移距的理論值，是槍陣中心點到電纜檢波器的中心點的距離。

SOFFSET=SS+SA+SR

(2)

SA=V*T

(3)

式中：SOFFSET為最小偏移距距離；SA為波在水中的傳播距離；SS末尾子槍到震源中心點的距離;SR為第一個檢波器與第一個檢波器組的中心點距離；V為水速。

線性動校正技術(shù)是由導(dǎo)航和地震數(shù)據(jù)的合并數(shù)據(jù)，計算共反射點時距曲線時差，利用水速檢查直達波是否校平，直觀反應(yīng)震源激發(fā)點與電纜位置關(guān)系的變化。

面元均一化技術(shù)是首先計算面元的覆蓋情況，然后根據(jù)計算結(jié)果選取合適的插值比例，借助周圍地震道數(shù)據(jù)補充缺失的地震道信息，使得面元中的反射點均勻，滿足覆蓋要求。

3.3 導(dǎo)航系統(tǒng)質(zhì)控效果

線性動校正剖面(圖3)，可以直觀地反映出震源激發(fā)點與電纜位置關(guān)系，如果初至波疊加后保持線性，則表示位置關(guān)系正常，若初至波疊加波形錯位，如圖3(b)所示，說明震源激發(fā)點和檢波點位置異常，造成這種異?？赡苡袃煞N原因，一是子槍深度變化，二是接收端檢波器深度變化。經(jīng)查明，此處為子槍深度發(fā)生變化，連接槍與浮體定深繩斷裂，如圖3(c)所示，需要暫停作業(yè)及時維修。

圖4(a)為加載的導(dǎo)航P190面元覆蓋圖，圖4(b)為面元均一化處理剖面圖。由于工區(qū)受平臺影響，圖4(a)右側(cè)邊界沒有完全覆蓋，有少許縫隙，沒有地震數(shù)據(jù)，導(dǎo)致面元覆蓋不均，給后續(xù)處理帶來極大困難。經(jīng)面元均一化處理，將反射點落入面元中心點，圖4(b)面元覆蓋均勻，缺口部分得到很大改善，若做進一步插值處理即可解決這一缺口問題，滿足處理要求，由此判斷此處不需要補線，節(jié)約成本。

4 地震資料質(zhì)量控制

4.1 地震資料質(zhì)控內(nèi)容

處理流程的優(yōu)化和質(zhì)控環(huán)節(jié)的選取是地震質(zhì)控的重點。處理流程包括二維流程和三維流程，質(zhì)控環(huán)節(jié)分為四個環(huán)節(jié):①數(shù)據(jù)解編環(huán)節(jié)；②地震和導(dǎo)航數(shù)據(jù)合并環(huán)節(jié)；③單道剖面和疊加剖面環(huán)節(jié)；④噪音分析環(huán)節(jié)。重點環(huán)節(jié)為噪音分析環(huán)節(jié)，直接影響著對資料品質(zhì)的判斷。

4.2 地震資料質(zhì)控方法

解編環(huán)節(jié)主要利用交互顯示；地震和導(dǎo)航數(shù)據(jù)合并環(huán)節(jié)利用道頭提取技術(shù)；單道和疊加剖面方法一致，都是選排疊加；噪音分析是則是利用均方根公式(4)，來定性求取噪音振幅值大小[8]。

圖3 線性動校正檢查Fig.3 Linear move-out check(a)疊前剖面;(b)圖a中紅框放大圖;(c)空氣槍

圖4 面元均一化前后覆蓋對比Fig.4 Comparison of coverage before and after bin equalization(a)面元均一化前;(b)面元均一化后

圖5 均方根噪音分析和噪音衰減圖Fig.5 Rms noise analysis and noise attenuation

(4)

式中：Arms為均方根振幅值；N為采樣點個數(shù)。

4.3 地震資料質(zhì)控效果

優(yōu)化地震處理流程，將數(shù)據(jù)處理和質(zhì)控環(huán)節(jié)有機結(jié)合，保證采集資料質(zhì)量。解編環(huán)節(jié)，檢查單炮的極性、壞炮和壞道等，出現(xiàn)問題及時編輯剔除，否則會對后續(xù)處理產(chǎn)生影響；地震和導(dǎo)航數(shù)據(jù)合并數(shù)據(jù)坐標(biāo)與相應(yīng)的P190中的坐標(biāo)相同，如不相同，說明文件不匹配，列為壞炮；對比單道剖面及疊加剖面，檢查資料完整性，利用頻譜分析，頻率掃描來評價采集資料的品質(zhì)；噪音分析圖5左側(cè)道頭顯示噪音振幅值較大時，交互顯示原始單炮查看結(jié)果，經(jīng)分析，此處噪音是由于海底地勢突變和洋流共同作用形成的怪流噪音，進行噪音衰減，噪音可以被有效壓制，資料保留，否則，資料作廢。海上地震采集受潮汐，洋流影響，實際采集數(shù)據(jù)位置可能與設(shè)計測線位置不同，可以根據(jù)電纜羽角和電纜長度，算出偏離范圍，一般6 000 m電纜長度，羽角超過12°，作為廢線標(biāo)準(zhǔn)，也可以利用三維數(shù)據(jù)體時間切片，觀察時間切片的錯位或斷裂情況，評估位置差別對地震資料的影響。根據(jù)上述質(zhì)控內(nèi)容，分類總結(jié)，制定出處理流程(圖6)，對海上地震勘探采集實施全面現(xiàn)場質(zhì)控，提高采集質(zhì)量。

圖6 現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理流程圖Fig.6 Onboard data processing flows

5 結(jié)論

海上現(xiàn)場質(zhì)控是高效采集合格地震資料的保障，能夠及時有效地發(fā)現(xiàn)采集過程中存在的質(zhì)量問題，并提供修改意見。

1)總結(jié)歸納了采集過程中現(xiàn)場處理對儀器系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、震源系統(tǒng)及地震資料質(zhì)控的主要問題，分別列出了解決方案和效果分析，針對一些特殊的需求可以實現(xiàn)特殊質(zhì)控，使現(xiàn)場質(zhì)控得到了補充和完善。

2)利用多種理論和處理技術(shù)對實際地震采集進行分類質(zhì)控，儀器方面，利用能量衰減質(zhì)控電纜相對靈敏度；震源方面，利用單槍測試和近場數(shù)據(jù)疊加，檢查子槍的狀態(tài)；導(dǎo)航系統(tǒng)方面，利用線性動校正來檢驗位置關(guān)系和面元均一化來質(zhì)控面元覆蓋情況；地震數(shù)據(jù)質(zhì)控方面，優(yōu)化質(zhì)控流程，利用噪音分析，客觀評價噪音對資料的影響程度，保障資料質(zhì)量。

3)為現(xiàn)場質(zhì)控提供了一套優(yōu)化的現(xiàn)場處理質(zhì)控流程，在生產(chǎn)中，取得較好的質(zhì)控效果。不僅有助于海上地震勘探高效有序進行，而且保證了地震資料的高品質(zhì)。該項技術(shù)的實現(xiàn)增加了現(xiàn)場質(zhì)控能力，增強在國際勘探市場中的競爭力。

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Qualitycontrolinmarineseismicacquisition

JIANG Dan, MA Zhiguo, LIU Liqun, LI Junjun

(Geophysical，Division，COSL，Tianjin 300451,China)

Onboard processing QC (quality control) plays an importance role in seismic exploration. During the acquisition processing, it is always the technical issue in the field quality control for detecting the defects rapidly and accurately. Considering the different QC contents of observe, source, navigation and seismic data, an available method that can divide the problems which happen frequently in the marine seismic data acquisition into several categories is introducded . It brings us a new idea for QC, the favorable effect in practical application provides us a certain reference.

onboard processing; QC(quality control); seismic data acquisition

2016-11-14 改回日期： 2017-03-01

中海油服科研項目(WTB17YF004)

姜丹(1982-)，男，碩士，工程師，主要從事地震資料現(xiàn)場處理方面研究工作，E-mail： jiangdan_vip@163.com。

1001-1749(2017)06-0834-07

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2017.06.17