復(fù)雜區(qū)域地震采集質(zhì)量評價技術(shù)及其應(yīng)用

魏新建,李書平,陳德武,王萬里,何 欣,李 冬

(中國石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院西北分院,甘肅蘭州730020)

灘海過渡帶是陸地向海洋過渡的區(qū)域,包括陸地、灘涂和極淺海等幾種不同的地表。該區(qū)域的地震采集因采集裝備(速度檢波器與壓電檢波器)及采集條件的制約,受地表?xiàng)l件、激發(fā)接收裝備和采集參數(shù)的影響,地震資料的能量、頻率、相位等存在較大差異[1-2]。傳統(tǒng)的回放紙質(zhì)記錄和抽查的質(zhì)控模式,易導(dǎo)致以下兩點(diǎn)不足:①由于地表復(fù)雜,激發(fā)方式(炸藥、氣槍)、接收儀器(速度檢波器、壓電檢波器)不一致,單一的評價標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致評價結(jié)果過于粗化,降低了評價過程的科學(xué)性;②人工抽查存在漏查,主觀性強(qiáng),效率低等問題。在已發(fā)表的文獻(xiàn)中,涉及的技術(shù)大部分集中在優(yōu)化灘海過渡帶的觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[3-5]、采集施工[6-7]及數(shù)據(jù)處理[2]等方面,至今還未見到關(guān)于針對該區(qū)域的地震采集質(zhì)量監(jiān)控與評價的文獻(xiàn)報(bào)道。本文通過研究灘海過渡帶的地表及地震數(shù)據(jù)特征,首次提出了基于地表特征制定評價標(biāo)準(zhǔn)的地震采集質(zhì)量監(jiān)控技術(shù),并結(jié)合單炮數(shù)據(jù)特征,自動分離陸檢和水檢記錄地震數(shù)據(jù),分別進(jìn)行監(jiān)控評價。利用該技術(shù),有效解決了灘海過渡帶因地表復(fù)雜、地震數(shù)據(jù)屬性差異大而帶來的質(zhì)量監(jiān)控難題。

1 灘海過渡帶地震采集質(zhì)量監(jiān)控流程

灘海過渡帶具有地表復(fù)雜、地震數(shù)據(jù)屬性差異較大[8-9]的特點(diǎn)。在陸地、灘涂和極淺海等不同地表施工,炮與炮之間的激發(fā)能量、分辨率等方面存在較大差異;對于同一單炮,陸、水檢道交錯排列,如圖1所示,160～252道為水檢道,252～340道為陸檢道,相鄰道之間信噪比、能量差異較大,陸檢道能量一般是水檢道能量的4～8倍(圖2)。對于這種炮與炮之間、同一單炮相鄰道之間差異大的現(xiàn)象,靠肉眼觀察波形來評價單炮質(zhì)量的傳統(tǒng)方式很難快速、全面地發(fā)現(xiàn)異常道、環(huán)境噪聲、激發(fā)異常等采集質(zhì)量問題。根據(jù)灘海過渡帶地表特征,本文引入衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),提出了基于地表特征制定評價標(biāo)準(zhǔn)的地震采集質(zhì)量監(jiān)控技術(shù),該技術(shù)將工區(qū)劃分為不同評價區(qū)域,據(jù)此分別制定不同的評價標(biāo)準(zhǔn),使評價結(jié)果更加合理、科學(xué);針對灘海過渡帶采集過程中采用不同檢波器(速度檢波器、壓電檢波器)[10-11]導(dǎo)致的地震數(shù)據(jù)屬性差異過大的特點(diǎn),本文提出了陸、水檢道自動分離評價技術(shù),該技術(shù)自動分離每一單炮陸、水檢道,并分別評價,有效解決了因相鄰道屬性差異大帶來的采集質(zhì)量監(jiān)控難題。

圖1 灘海過渡帶水陸檢道差異(藍(lán)色箭頭:水檢道,紅色箭頭:陸檢道)

1.1 基于地表特征的地震采集質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)

灘海過渡帶地表復(fù)雜,傳統(tǒng)靠肉眼觀察評價單炮質(zhì)量的模式容易忽略不同地表導(dǎo)致的單炮屬性差異,特別是在海陸交界區(qū)域,易造成評價結(jié)果不合理。本文首先通過引入衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),根據(jù)地表特征將工區(qū)劃分為不同區(qū)域。由于大部分邊緣檢測算法都存在效率低或需要滿足許多前提條件的不足[12-13],考慮到現(xiàn)場效率及對邊界要求不高的特點(diǎn),因此利用Soble邊緣檢測算法[14-15]自動提取遙感圖像不同地表邊緣,將工區(qū)劃分為不同區(qū)域,制定不同的評價標(biāo)準(zhǔn),分別進(jìn)行分析評價。該技術(shù)流程如圖3所示,主要步驟如下。

1) 加載工區(qū)包含大地坐標(biāo)信息的衛(wèi)星遙感圖像和SPS數(shù)據(jù)文件。

圖2 陸檢、水檢道集能量對比

圖3 基于地表特征的地震采集質(zhì)控技術(shù)流程

(1)

(2)

式中:dx,dy為卷積核;s為計(jì)算點(diǎn)的灰度值。

3) 對于每一區(qū)域,分別制定對應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn),如陸地評價標(biāo)準(zhǔn)、灘涂評價標(biāo)準(zhǔn)、極淺海評價標(biāo)準(zhǔn)等。制定評價標(biāo)準(zhǔn)是評價單炮質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。不同的施工區(qū)域會受不同因素的影響,如:車輛等環(huán)境噪聲對陸地施工影響較大,設(shè)置陸地評價標(biāo)準(zhǔn)時,環(huán)境噪聲是必選要素;地震資料分辨率是極淺海區(qū)域采集施工關(guān)注的重點(diǎn)。對每個評價標(biāo)準(zhǔn)要素設(shè)置閾值范圍,超過該范圍的單炮判為不合格,閾值一般由多炮平均獲得,避免取值過于片面。

4) 對于不同區(qū)域的單炮數(shù)據(jù),該技術(shù)自動匹配相應(yīng)評價標(biāo)準(zhǔn),自動分析屬性與評價。

5) 自動生成質(zhì)控報(bào)告。

1.2 基于自動分離陸檢、水檢數(shù)據(jù)的地震采集質(zhì)控技術(shù)

速度檢波器和壓電檢波器的不同特點(diǎn)導(dǎo)致了道間屬性差異,該技術(shù)通過自動分離陸檢數(shù)據(jù)和水檢數(shù)據(jù),分別進(jìn)行屬性分析,并根據(jù)不同的評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價。該流程與基于地表特征的地震采集質(zhì)控技術(shù)流程(圖3)類似,如圖4所示,分如下5個步驟。

圖4 基于陸、水檢道自動分離的地震采集質(zhì)量評價技術(shù)流程

1) 導(dǎo)入單炮數(shù)據(jù),提取道頭中陸檢、水檢標(biāo)志位。

2) 根據(jù)步驟1)信息,自動分離陸檢、水檢道集數(shù)據(jù)。

(2) 由軸箱彈簧引起的偏差ΔB1與ΔB2。根據(jù)彈簧串聯(lián)定律可知，將一個剛度為K、原長為L1的彈簧與一個剛度無窮大、原長為L2的彈簧串聯(lián)，串聯(lián)后的彈簧剛度為K，原長為L1+L2。因此，在軸箱彈簧處加設(shè)墊片，等效于改變軸箱彈簧的原長。因此，這部分偏差可通過在軸箱彈簧處加設(shè)墊片來減小。

3) 分別設(shè)置陸檢道、水檢道評價標(biāo)準(zhǔn)。由于陸檢道的能量高于水檢道的能量,設(shè)置評價標(biāo)準(zhǔn)時,閾值要設(shè)置不同范圍。

4) 對于不同區(qū)域的單炮數(shù)據(jù),自動匹配相應(yīng)評價標(biāo)準(zhǔn),自動分析屬性與評價。

5) 自動生成質(zhì)控報(bào)告。

2 應(yīng)用實(shí)例

該技術(shù)在多個工區(qū)取得了良好的應(yīng)用效果。下面以A工區(qū)為例,介紹灘海過渡帶地震采集質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)分析評價過程及應(yīng)用效果。

2.1 采集質(zhì)量監(jiān)控與評價

A工區(qū)分布有陸地、人工河道及養(yǎng)殖區(qū)等不同地表類型,屬于典型的灘海過渡帶,共施工11074炮,采用陸檢、水檢檢波器混合接收方式。根據(jù)圖3和圖4所示的質(zhì)控流程,首先引入該工區(qū)的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)(包括高程和衛(wèi)星圖片),并將工區(qū)劃分為陸地、灘涂、極淺海3個區(qū)域(圖5a),各區(qū)域的單炮記錄如圖5b、圖5c和圖5d所示。與陸地區(qū)域單炮記錄相比,灘涂和極淺海區(qū)域記錄的能量較低,極淺海單炮記錄的信噪比相對較低;對于陸檢、水檢同時接收的單炮,該技術(shù)將原始單炮自動分離為陸、水檢道集,如圖6所示。根據(jù)工區(qū)特點(diǎn),優(yōu)選能量、環(huán)境噪聲、異常道及主頻作為質(zhì)控參數(shù),設(shè)定合理的閾值范圍,建立相應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn),如表1所示。依據(jù)設(shè)定的監(jiān)控流程,系統(tǒng)自動、實(shí)時地分析評價每一單炮的采集質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)不合格單炮則及時提示。

對工區(qū)所有11074炮進(jìn)行了采集質(zhì)量監(jiān)控,依據(jù)上述方法自動分析、評價每一炮,全區(qū)共發(fā)現(xiàn)不合格單炮272炮,合格率為97.544%;不合格單炮主要是異常道多,共計(jì)246炮,占2.221%;26炮能量低,占0.235%,如圖7所示。與傳統(tǒng)的人工監(jiān)控模式相比,該技術(shù)大幅提高了監(jiān)控效率,每炮4800道,全排列紙質(zhì)打印單炮平均需要7～8s,肉眼評估單炮質(zhì)量需要10s左右,人工抽查評價一炮平均需要18s左右,利用該技術(shù)評價一炮耗時3s左右,速度是人工方式的6倍,大大節(jié)省了人力,且省去了打印紙質(zhì)單炮記錄的工序。

圖5 劃分不同評價區(qū)域及各區(qū)域單炮記錄a 劃分不同評價區(qū)域; b 極淺海單炮; c 灘涂單炮; d 陸地單炮

圖6 陸、水檢道自動分離a 原始單炮記錄(陸、水檢道混合); b 自動分離的水檢道記錄; c自動分離的陸檢道記錄

參評屬性最低門檻值最高門檻值能量陸上單炮:6900灘涂單炮:3500淺海單炮:4800環(huán)境噪聲1700dB異常道50Hz工業(yè)干擾、極性翻轉(zhuǎn)、弱振幅等

圖7 評價結(jié)果餅狀圖

2.2 應(yīng)用效果分析

對單炮能量、環(huán)境噪聲及異常道(不合格檢波器)等參數(shù)的評價分析,獲得如下成效。

1) 有效展示單炮激發(fā)能量分布規(guī)律。

將單炮的激發(fā)能量投影到底圖,可以發(fā)現(xiàn)灘海區(qū)域激發(fā)能量的展布規(guī)律:陸地—灘涂—淺海單炮激發(fā)能量依次降低,如圖8所示。

2) 快速確定最佳施工時間。

經(jīng)過分析,確定了影響該工區(qū)陸上施工的環(huán)境噪聲位置及時間規(guī)律。圖9a紅線區(qū)域是一條公路,過往車輛的噪聲影響了單炮采集質(zhì)量,噪聲隨時間的變化曲線如圖9b所示,確定了最佳施工時間段(2∶00至5∶00),如紅框部分所示,有效避免了車輛干擾,降低了廢炮率。

3) 快速定位異常道。

實(shí)時發(fā)現(xiàn)弱振幅、極性反轉(zhuǎn)、50Hz工業(yè)干擾等異常道,在單炮記錄上用紅色道標(biāo)出,并同步投影到底圖上,如圖10所示,用戶可以根據(jù)遙感地圖快速定位不正常檢波器,及時檢查原因并維修。

圖10 異常道快速定位示意

3 結(jié)束語

復(fù)雜區(qū)域地震采集質(zhì)量評價技術(shù)有效解決了因地表復(fù)雜、檢波器類型不同而導(dǎo)致的質(zhì)量監(jiān)控難題。

1) 針對復(fù)雜地表,本文利用Soble邊緣檢測算法,自動提取遙感圖像不同地表邊緣,將工區(qū)劃分為不同評價區(qū)域;針對檢波器類型不一致,本文基于道頭信息自動解析陸檢數(shù)據(jù)和水檢數(shù)據(jù),分別分析評價,有效克服了傳統(tǒng)單一評價標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致的評價過程粗化、評價結(jié)果不科學(xué)的缺點(diǎn)。

2) 從應(yīng)用實(shí)例中可以看出,與傳統(tǒng)的人工、肉眼、抽查監(jiān)控地震數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的方法相比,該技術(shù)具有定量、效率高、分析全面、評價結(jié)果客觀科學(xué)等優(yōu)點(diǎn),極大提升了現(xiàn)場質(zhì)控效率,節(jié)約了勘探成本。