遼河外圍盆地復(fù)雜密林區(qū)可控震源高效采集技術(shù)的應(yīng)用

肖關(guān)華，張偉，卓武,王海波，陳恒春，趙國(guó)輝 中國(guó)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 遼寧 盤(pán)錦 124010)

遼河外圍盆地LD凹陷是陸家堡坳陷東部的一個(gè)次級(jí)負(fù)向構(gòu)造單元，是在海西期褶皺基底上發(fā)育起來(lái)的中生代凹陷，凹陷總體劃分為交力格洼陷、中央構(gòu)造帶、三十方地洼陷等次一級(jí)構(gòu)造單元。目前，已發(fā)現(xiàn)了廣發(fā)含油氣構(gòu)造、前河含油氣構(gòu)造和后河含油氣構(gòu)造等幾個(gè)有利目標(biāo)，勘探潛力巨大。自“兩寬一高”和可控震源高效采集技術(shù)在遼河探區(qū)推廣應(yīng)用以來(lái)，該地區(qū)的地震資料品質(zhì)較以往有明顯提高。同時(shí)，“小面元、高覆蓋、寬方位” 的采集方法使得地震采集的工作量成倍增長(zhǎng)[1]，加上遼河外圍盆地樹(shù)林密集且分布范圍廣，給地震采集工作提出了新的挑戰(zhàn)。如何在復(fù)雜密林區(qū)既能降低地震勘探成本，又能提高采集資料的品質(zhì)，成為了亟待解決的問(wèn)題[2]。

在遼河外圍盆地LD凹陷HH三維地震采集地區(qū)，應(yīng)用動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描技術(shù)及相關(guān)配套技術(shù)(震源軌跡導(dǎo)航設(shè)計(jì)技術(shù)、4G網(wǎng)絡(luò)激發(fā)及多天線通信技術(shù)、數(shù)字化地震監(jiān)控技術(shù))，實(shí)現(xiàn)了可控震源在復(fù)雜密林區(qū)的優(yōu)質(zhì)高效采集任務(wù)，為其他復(fù)雜地表的可控震源地震采集提供了借鑒。

1 動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描技術(shù)

動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描技術(shù)是繼交替掃描(FF)、滑動(dòng)掃描(SS)、距離分離同步掃描(DS3)、距離分離同步滑動(dòng)掃描(DS4)及獨(dú)立同步掃描(ISS)后推出的又一項(xiàng)高效采集技術(shù)[3]。動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描技術(shù)是綜合考慮震源間掃描時(shí)間間隔和距離對(duì)原始地震資料品質(zhì)的影響，兼顧原始地震資料采集質(zhì)量和效率的一種高效作業(yè)方法[2]。該技術(shù)綜合了可控震源交替、滑動(dòng)和距離同步掃描3種激發(fā)方式。隨著相鄰震次炮間距的增加，炮間干擾逐漸減弱，滑動(dòng)間隔可適當(dāng)減少，采用時(shí)間和空間2個(gè)維度進(jìn)行相鄰震次激發(fā)間隔的控制，由儀器根據(jù)任意2組震源間的距離按照時(shí)間-距離關(guān)系曲線自動(dòng)確定，實(shí)現(xiàn)了采集效率的進(jìn)一步提升。

動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描技術(shù)是一種分組同步掃描(DSSS)與滑動(dòng)掃描相結(jié)合的采集技術(shù)[4]，掃描時(shí)間間隔隨著前后激發(fā)2組震源之間的距離而變化[5]。在實(shí)際的資料采集中，有時(shí)難以拉開(kāi)足夠大的距離，因此其采集資料兼具滑動(dòng)掃描采集資料諧波發(fā)育和DSSS采集資料中干涉炮干擾有效信號(hào)嚴(yán)重的特點(diǎn)。為了盡量減少上述無(wú)效信號(hào)的干擾，生產(chǎn)前必須經(jīng)過(guò)科學(xué)試驗(yàn)來(lái)確定合理的激發(fā)參數(shù)。

圖1、圖2分別是HH三維地震采集地區(qū)的動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描激發(fā)示意圖及其對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)掃描時(shí)間(炮采集間隔)-距離(炮間距)關(guān)系曲線，可以看出，當(dāng)相鄰震次距離在最大偏移距(Lmax)內(nèi)時(shí)，采用等間隔滑動(dòng)掃描的方式[6]，滑動(dòng)時(shí)間不變(AB段)；超出最大偏移距時(shí)，只考慮鄰炮干擾，只要第2炮沿著折射波線性移動(dòng)，即可避開(kāi)干擾，此時(shí)為變間隔滑動(dòng)掃描(BC段)；超出2倍最大偏移距時(shí)，采用同步激發(fā)(C點(diǎn)以后)；當(dāng)2炮間隔時(shí)間大于最大滑動(dòng)掃描時(shí)間(Tmax)時(shí)，采用交替掃描。

2 震源軌跡導(dǎo)航設(shè)計(jì)技術(shù)

HH三維地震采集地區(qū)密集分布的樹(shù)林是制約可控震源通行的主要因素，該區(qū)樹(shù)林面積達(dá)42.5km2，規(guī)模大小不一且林間寬窄不一，給震源軌跡導(dǎo)航的規(guī)劃帶來(lái)較大難度。為了保證復(fù)雜密林區(qū)震源實(shí)施的到點(diǎn)速度和正點(diǎn)率，提高生產(chǎn)效率，依據(jù)該區(qū)高精度衛(wèi)星圖片[7]和實(shí)地踏勘獲得的地物信息，對(duì)復(fù)雜密林區(qū)內(nèi)的激發(fā)點(diǎn)，采用實(shí)地量寬窄、定點(diǎn)位、入口貼反光標(biāo)識(shí)、林內(nèi)均勻布設(shè)炮點(diǎn)、密林區(qū)外圍局部合理加密與室內(nèi)屬性計(jì)算分析相結(jié)合的方法進(jìn)行震源軌跡導(dǎo)航設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖3)，在滿足質(zhì)量要求的前提下，保證可控震源快速行進(jìn)。主要設(shè)計(jì)步驟為：

1)基于高清地表衛(wèi)星圖片，室內(nèi)對(duì)樹(shù)林區(qū)域進(jìn)行圈定，運(yùn)用專業(yè)軟件輸出密林區(qū)邊界和設(shè)計(jì)激發(fā)點(diǎn)位；

2)按照線束將劃分的區(qū)塊進(jìn)行編號(hào)，下發(fā)任務(wù)，按照密林區(qū)內(nèi)均勻炮排布設(shè)、外圍局部加密的原則逐塊進(jìn)行激發(fā)點(diǎn)位布設(shè)，并在布設(shè)點(diǎn)位樹(shù)趟的入口處貼上反光標(biāo)識(shí)；

3)以區(qū)塊為單位，使用GPS記錄可控震源行進(jìn)路線的出、入口坐標(biāo)，并在衛(wèi)星圖片上繪制軌跡草圖；

4)室內(nèi)利用KLSeisⅡ軟件進(jìn)行覆蓋次數(shù)屬性計(jì)算分析，確定最終實(shí)施激發(fā)點(diǎn)位；

5)根據(jù)野外反饋信息，開(kāi)展推路、修路工作，將結(jié)果反饋給軌跡設(shè)計(jì)員，再利用Global Mapper軟件繪制可控震源行駛軌跡[8]，形成對(duì)應(yīng)的震源軌跡格式文件[9]，指導(dǎo)生產(chǎn)。

3 4G網(wǎng)絡(luò)激發(fā)及多天線通信技術(shù)

在震源高效采集中，震源與儀器之間通過(guò)無(wú)線電臺(tái)建立通信，交互激發(fā)控制命令和設(shè)備狀態(tài)[10]。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，特別是密林覆蓋區(qū)域，由于其存在技術(shù)缺陷，如差分參數(shù)隨距離的增大而逐漸失去線性，解算結(jié)果可靠度降低，受電臺(tái)功率的限制以及電臺(tái)信號(hào)、GPRS信號(hào)受測(cè)區(qū)內(nèi)的無(wú)線電或磁場(chǎng)影響丟失數(shù)據(jù)等，嚴(yán)重制約了動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描技術(shù)的應(yīng)用。

為了解決上述問(wèn)題，使密林區(qū)對(duì)可控震源采集的影響降到最低，采用4G網(wǎng)絡(luò)激發(fā)及多天線通信技術(shù)，通過(guò)多個(gè)參考站組成的GPS網(wǎng)絡(luò)來(lái)估計(jì)一個(gè)地區(qū)的GPS誤差模型，提高解算精度；同時(shí)，按照軍用標(biāo)準(zhǔn)定制了高增益天線，加大發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)測(cè)量差分信號(hào)與放炮信號(hào)全覆蓋，保證儀器與震源通訊穩(wěn)定，保證多臺(tái)導(dǎo)航設(shè)備之間信息共享(見(jiàn)圖4)，為動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描技術(shù)的應(yīng)用提供技術(shù)保障。

4 數(shù)字化地震監(jiān)控技術(shù)

數(shù)字化地震監(jiān)控技術(shù)是將計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、GPS等技術(shù)與地震采集技術(shù)相結(jié)合，形成的集可控震源可視化導(dǎo)航、震源采集任務(wù)遠(yuǎn)程分發(fā)、地震作業(yè)指揮、采集質(zhì)量控制于一體的遠(yuǎn)程化實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)[11]。HH地區(qū)地震資料采集投入設(shè)備多、地表復(fù)雜、施工期短，為了保證動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描技術(shù)的有效應(yīng)用，在項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程中針對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn)完善了相關(guān)配套技術(shù)。

4.1 可控震源可視化導(dǎo)航(DSG)系統(tǒng)

可控震源可視化導(dǎo)航(DSG)系統(tǒng)是東方地球物理有限責(zé)任公司自主研發(fā)的震源車(chē)載導(dǎo)航終端，定位精度高，支持北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)和GPS。該系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是可以在事后調(diào)取炮點(diǎn)的可控震源振動(dòng)質(zhì)量信息(包含放炮偏移狀態(tài)和QC質(zhì)量監(jiān)控)，方便后續(xù)室內(nèi)及時(shí)作出分析。另外，炮點(diǎn)激發(fā)時(shí)可以通過(guò)設(shè)置安全距離以及報(bào)警系統(tǒng)，達(dá)到點(diǎn)位控制、遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域的目的，確保安全、優(yōu)質(zhì)、高效地完成采集任務(wù)。

采集過(guò)程中，每激發(fā)一炮，系統(tǒng)自動(dòng)記錄下震源激發(fā)的中心坐標(biāo)(COG)、震源的狀態(tài)指標(biāo)(峰值出力、平均出力、峰值畸變、平均畸變、峰值相位和平均相位)和VSS文件[11]，同時(shí)車(chē)載終端會(huì)根據(jù)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)對(duì)該次激發(fā)做出評(píng)判，合格則進(jìn)行下一炮；不合格，車(chē)載終端報(bào)警，提示原地等待，準(zhǔn)備重震。對(duì)已完成的炮點(diǎn)，通過(guò)共享的方式讓其他震源看到，避免重復(fù)激發(fā)或漏放炮，影響生產(chǎn)進(jìn)度。

4.2 地震作業(yè)指揮(DSC)系統(tǒng)

地震作業(yè)指揮(DSC)系統(tǒng)可以對(duì)可控震源作業(yè)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，動(dòng)態(tài)掌握震源的位置、作業(yè)狀態(tài)、質(zhì)量情況，結(jié)合GIS進(jìn)行作業(yè)地形分析，對(duì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)干預(yù)，實(shí)現(xiàn)可控震源作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控與指揮[12]。生產(chǎn)組織者通過(guò)安裝在營(yíng)地的DSC系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控野外采集生產(chǎn)，通過(guò)DSC系統(tǒng)動(dòng)態(tài)地顯示工區(qū)地表衛(wèi)星圖片、震源軌跡路線、震源當(dāng)前作業(yè)位置及進(jìn)度完成情況等，達(dá)到監(jiān)控所有震源、了解生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的目的，實(shí)現(xiàn)震源任務(wù)調(diào)整、震源調(diào)度、生產(chǎn)進(jìn)度平衡和資源配置優(yōu)化等的快速?zèng)Q策。

4.3 相關(guān)配套質(zhì)量控制技術(shù)

可控震源地震資料采集采用多渠道監(jiān)控方式，各個(gè)渠道監(jiān)控結(jié)果進(jìn)行交集、匯總，能夠更準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，指導(dǎo)地震采集(見(jiàn)圖5)。

1)采集過(guò)程監(jiān)控。高效采集的過(guò)程監(jiān)控主要由可控震源狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、儀器車(chē)實(shí)時(shí)監(jiān)控和SeisAQC實(shí)時(shí)監(jiān)控組成?？煽卣鹪吹臓顟B(tài)監(jiān)控主要包括機(jī)械狀態(tài)、GPS狀態(tài)、箱體狀態(tài)和COG偏差等，主要由震源手、導(dǎo)航專家和震源修理來(lái)完成；儀器車(chē)實(shí)時(shí)監(jiān)控主要包含了儀器日常檢測(cè)、震源狀態(tài)6項(xiàng)指標(biāo)(峰值出力、平均出力、峰值畸變、平均畸變、峰值相位和平均相位)[13]、PSS報(bào)告的返回率、噪聲干擾和排列狀態(tài)等，由每天的儀器當(dāng)班組長(zhǎng)完成提交；SeisAQC實(shí)時(shí)監(jiān)控由專職人員在儀器車(chē)上對(duì)生產(chǎn)炮進(jìn)行逐個(gè)分析，監(jiān)控每一炮的能量、噪聲、輔助道、異常道和掉排列等[14]，最終形成監(jiān)控報(bào)告提交審核。通過(guò)上述3方面的實(shí)時(shí)監(jiān)控能夠做到采集過(guò)程的質(zhì)量可控，保證采集資料品質(zhì)。

2)地震資料結(jié)果監(jiān)控。室內(nèi)對(duì)每天返回的原始地震資料進(jìn)行處理分析，形成原始單炮復(fù)評(píng)評(píng)價(jià)表。施工組根據(jù)下載的VSS、VSB文件及整理完的PSS報(bào)告，及時(shí)形成可控震源性能指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表，同時(shí)做好力信號(hào)分析；處理人員運(yùn)用專業(yè)處理軟件(GeoEast、Omega等)進(jìn)行資料評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)內(nèi)容主要包括單炮的能量、頻率、噪聲、異常道和炮偏等。通過(guò)上述2道評(píng)價(jià)工序能夠及時(shí)全面地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，為野外可控震源狀態(tài)評(píng)價(jià)提供真實(shí)可靠的參考依據(jù)，指導(dǎo)后續(xù)生產(chǎn)。

3)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)過(guò)程質(zhì)量控制。利用專門(mén)的“地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)與質(zhì)量監(jiān)控”軟件，對(duì)大數(shù)據(jù)快速拷貝的同時(shí)進(jìn)行便捷、智能化的質(zhì)量控制，內(nèi)容包括輔助道質(zhì)量控制、噪聲分析、采集錯(cuò)誤、壞道檢查等[15]，把好最后一道質(zhì)量控制關(guān)，確保上交數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確無(wú)誤。

5 應(yīng)用效果

通過(guò)復(fù)雜密林區(qū)動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描技術(shù)及相關(guān)配套技術(shù)，在遼河外圍盆地LD凹陷HH三維地震采集地區(qū)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)日效突破4000的采集目標(biāo)。該次地震采集累計(jì)完成采集單炮137043炮，震源狀態(tài)6項(xiàng)指標(biāo)合格率達(dá)96.5%，VSS文件和PSS報(bào)告的回收率超過(guò)95%，全區(qū)震源組合中心(COG)超限(大于2m)點(diǎn)數(shù)822個(gè)，占總炮數(shù)的0.6%。與該地區(qū)以往三維采集工程相比，在以往單一滑動(dòng)掃描的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了變滑動(dòng)掃描和同步掃描(見(jiàn)圖6)，大幅提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了可控震源在復(fù)雜密林區(qū)的高效地震采集作業(yè)。

該次地震采集資料品質(zhì)較以往也有很大的提高，通過(guò)新、舊同流程疊前時(shí)間偏移剖面對(duì)比(見(jiàn)圖7)可以看出，新采集資料整體信噪比和分辨率較以往有較大改善，波組特征更為清晰，層間信息更豐富，東部陡坡帶邊界(圖7箭頭所示)斷裂成像更清楚，斷裂特征更為明顯，能夠滿足后續(xù)精細(xì)解釋的需求。

6 結(jié)語(yǔ)

在遼河外圍盆地LD凹陷HH三維地震采集地區(qū)，筆者克服復(fù)雜密林的地表?xiàng)l件限制，在震源軌跡導(dǎo)航設(shè)計(jì)技術(shù)、4G網(wǎng)絡(luò)激發(fā)及多天線通信技術(shù)、數(shù)字化地震監(jiān)控技術(shù)等配套技術(shù)的支持下，成功應(yīng)用了動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了可控震源在復(fù)雜密林區(qū)的采集任務(wù)。同時(shí)，在獲取高品質(zhì)地震資料的前提下，降低了野外勘探成本，為其他密林覆蓋區(qū)和復(fù)雜地表區(qū)的三維地震工程提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。