一種改進(jìn)的動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描和質(zhì)控方法及應(yīng)用效果

路交通,張慶淮,孟祥順,吳安楚,劉聲運(yùn)

(中石化石油工程地球物理有限公司國(guó)際業(yè)務(wù)發(fā)展中心,北京 100020)

隨著油公司低成本、高效勘探需求日益增加,可控震源高效地震采集技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。該技術(shù)需幾十臺(tái)可控震源及數(shù)萬(wàn)道采集設(shè)備,日生產(chǎn)效率可達(dá)2×104～4×104炮?？煽卣鹪锤咝Э碧窖芯恐饕性诓杉A段高效作業(yè)方法、實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù)、處理階段諧波壓制和混波數(shù)據(jù)分離成像等方面。在后期處理階段,噪聲壓制技術(shù)的研究目的在于提高含有大量諧波、混波噪聲地震數(shù)據(jù)的信噪比和分辨率,利用各種先進(jìn)處理技術(shù)分離諧波和混波以提升地震數(shù)據(jù)品質(zhì)[1-3]。高效地震采集作業(yè)研究目的在于確保采集質(zhì)量的前提下盡可能提高生產(chǎn)效率,實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù)研究目的在于在野外采集的源頭上最大限度保障地震數(shù)據(jù)質(zhì)量,主要對(duì)震源性能、接收排列、GPS時(shí)間與定位精度、激發(fā)時(shí)間-距離等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

PETER等[4]闡述了日效超4×104炮高效地震采集及質(zhì)控的機(jī)遇與挑戰(zhàn),此種高效采集方法主要對(duì)可控震源相位振幅等屬性、GPS時(shí)間和定位等信息進(jìn)行質(zhì)控。孫哲等[5]研究了超高效混疊地震采集實(shí)時(shí)質(zhì)控技術(shù),通過(guò)搭建光纖局域網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸,其質(zhì)控重點(diǎn)為連續(xù)數(shù)據(jù)丟失情況和排列狀態(tài)等。潘英杰等[6]提出了高效地震采集實(shí)時(shí)質(zhì)控高性能解決方案,通過(guò)多線(xiàn)程技術(shù)提高質(zhì)控效率,該方案主要對(duì)斷排列和數(shù)據(jù)丟失情況進(jìn)行監(jiān)控。王秋成等[7]分析了動(dòng)態(tài)掃描高效地震采集實(shí)時(shí)質(zhì)控要點(diǎn),主要包括采集參數(shù)、輔助道和震源性能狀態(tài)等。肖虎等[8]研究了可控震源動(dòng)態(tài)掃描技術(shù),詳細(xì)介紹了T-D工作原理及實(shí)現(xiàn)方法,生產(chǎn)效率得到了提高,但未討論采集階段如何進(jìn)行T-D質(zhì)控保障數(shù)據(jù)質(zhì)量。聶明濤等[9]研究了高效地震采集激發(fā)質(zhì)量控制技術(shù),包括震源屬性分析、GPS時(shí)間、力信號(hào)、T-D規(guī)則檢查等方面,質(zhì)控內(nèi)容豐富,但該高效地震采集質(zhì)控研究只展示了常規(guī)T-D檢查結(jié)果,未論述如何實(shí)現(xiàn)T-D質(zhì)控。

多數(shù)可控震源高效地震采集質(zhì)控技術(shù)研究聚焦于震源屬性、排列狀態(tài)等方面,主要對(duì)質(zhì)控效率進(jìn)行改進(jìn)提升,但對(duì)于T-D質(zhì)控技術(shù)的研究較少或仍采用常規(guī)T-D質(zhì)控方法,這導(dǎo)致了不符合T-D規(guī)則的無(wú)效地震記錄被誤認(rèn)為有效炮因而降低地震數(shù)據(jù)品質(zhì),并帶來(lái)較大的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)這些問(wèn)題,本文詳細(xì)研究了高效地震采集T-D工作原理,并提出一種可以平衡地震數(shù)據(jù)質(zhì)量與采集效率的T-D設(shè)計(jì)方法,指出常規(guī)質(zhì)控方法存在的缺陷與不足,提出利用加滑動(dòng)時(shí)窗的T-D質(zhì)控改進(jìn)方法,及時(shí)發(fā)現(xiàn)不符合T-D規(guī)則的廢炮,在提高作業(yè)效率的同時(shí)保證了采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

1 可控震源高效地震采集T-D規(guī)則

1.1 常規(guī)臺(tái)階式T-D規(guī)則

目前地震數(shù)據(jù)高效地震采集過(guò)程中,普遍采取組合多種可控震源激發(fā)方法以提高地震采集生產(chǎn)效率。采集生產(chǎn)過(guò)程中運(yùn)用交替掃描、滑動(dòng)掃描、距離分開(kāi)同步掃描(distance separated simultaneous sweeping,DSSS)、距離分開(kāi)同步滑動(dòng)掃描(distance separated simultaneous sweeping with slip-sweep,DSSSS)及獨(dú)立同步掃描(independent simultaneous sources,ISS)等高效地震采集方法。BOUSKA[10]提出的DSSS方法極大地提高了掃描速度,最高時(shí)效超1000炮/小時(shí);ABMA[11]提出增強(qiáng)同步激發(fā)時(shí)間隨機(jī)性以提升地震數(shù)據(jù)成像質(zhì)量;駱飛等[12]提出分頻同時(shí)掃描采集方法,利用不同頻率互不相關(guān)特性降低噪聲干擾;王增波等[13]利用多線(xiàn)程多節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)同步掃描炮集,利用數(shù)據(jù)切分方法提高了大數(shù)據(jù)量的處理效率。地震記錄儀器根據(jù)不同震源之間的激發(fā)距離D及相鄰兩炮之間的激發(fā)時(shí)間間隔T,進(jìn)行排序以確定不同炮點(diǎn)的激發(fā)順序。激發(fā)距離和激發(fā)時(shí)間間隔始終處于一種動(dòng)態(tài)調(diào)整過(guò)程中,需建立一套高效地震采集激發(fā)規(guī)則,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描高效地震采集。高效地震采集基本原理是在保證地震數(shù)據(jù)質(zhì)量、減少鄰炮噪聲干擾的前提下,盡可能地壓縮相鄰兩炮之間的掃描時(shí)間間隔,以爭(zhēng)取在最短采集時(shí)間內(nèi)激發(fā)更多炮點(diǎn),達(dá)到高效地震采集的目的。各種地震采集方法對(duì)激發(fā)距離和激發(fā)時(shí)間間隔的要求不同,具體情況如表1所示。

表1 不同可控震源高效地震采集方法的激發(fā)距離和激發(fā)時(shí)間間隔

對(duì)比分析以上各種高效地震采集方法發(fā)現(xiàn),不同地震采集方法具有不同的掃描時(shí)間間隔及激發(fā)距離要求,有的地震采集方法擴(kuò)大震源間距以降低掃描時(shí)間間隔的要求,有的采集方法延長(zhǎng)掃描時(shí)間間隔以降低相鄰炮掃描距離的限制。以上各種地震采集方法各具特色但均存在一定缺陷,如交替掃描雖能保證數(shù)據(jù)質(zhì)量但存在生產(chǎn)效率低、施工成本高等缺點(diǎn),可控震源生產(chǎn)施工中所占比例正逐漸減少;ISS采集方法雖然生產(chǎn)效率極高,但諧波、鄰炮混波等噪聲干擾嚴(yán)重,地震數(shù)據(jù)品質(zhì)差,需配套混波分離等處理技術(shù),進(jìn)而導(dǎo)致后期室內(nèi)處理工作量的增加,該技術(shù)僅可應(yīng)用于少量超高效勘探生產(chǎn)。為了兼顧作業(yè)效率和采集數(shù)據(jù)質(zhì)量,肖虎等[8]和梁曉峰等[14]分別提出了可控震源動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描采集方法,即通過(guò)制定一套激發(fā)距離和激發(fā)時(shí)間間隔動(dòng)態(tài)變化的施工規(guī)則,將交替掃描、滑動(dòng)掃描、DSSS等技術(shù)結(jié)合起來(lái),盡量發(fā)揮出各種采集方法的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)規(guī)避各種采集方法的不足。該方法在保障地震數(shù)據(jù)質(zhì)量的前提下減少了噪聲干擾,產(chǎn)生的干擾可以通過(guò)后期高密度、高覆蓋次數(shù)疊加、噪聲衰減等處理手段進(jìn)行壓制,盡可能地壓縮了相鄰炮之間的放炮時(shí)間間隔,從而提高了采集效率。

圖1為可控震源高效地震采集臺(tái)階式T-D激發(fā)規(guī)則示意,地震儀器根據(jù)可控震源之間距離和相鄰兩炮時(shí)間間隔,動(dòng)態(tài)調(diào)整震源組激發(fā)方式[14]。

圖1 可控震源高效地震采集臺(tái)階式T-D激發(fā)規(guī)則示意

該T-D激發(fā)規(guī)則可稱(chēng)為臺(tái)階式T-D曲線(xiàn),D1為最小滑動(dòng)掃描距離(D1≥D0,D0=0),D3為最小同步掃描距離,T1為交替掃描時(shí)間間隔,T2為滑動(dòng)時(shí)間間隔,T3為同步掃描時(shí)間間隔,可控震源高效地震采集野外實(shí)施步驟如下。

1) 可控震源組通過(guò)自主導(dǎo)航到達(dá)預(yù)設(shè)激發(fā)點(diǎn)后,降落平板,計(jì)算組內(nèi)震源間組合中心距COG坐標(biāo),并將Ready信號(hào)發(fā)回儀器,儀器收到Ready信號(hào)后計(jì)算炮點(diǎn)間距離,優(yōu)先選擇d≥D3的遠(yuǎn)距離炮點(diǎn)進(jìn)行激發(fā),同步觸發(fā)兩個(gè)或多個(gè)炮點(diǎn)同時(shí)掃描采集。

2) 在高效地震采集過(guò)程中,動(dòng)態(tài)比較處于掃描狀態(tài)下炮點(diǎn)與儀器等待序列中尚未觸發(fā)炮點(diǎn)的彼此間距d0,然后通過(guò)圖1中T-D規(guī)則曲線(xiàn),求出滿(mǎn)足激發(fā)條件的最小時(shí)間間隔t0,發(fā)現(xiàn)滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描曲線(xiàn)炮點(diǎn)坐標(biāo)(d0,t0)落在圖中藍(lán)色曲線(xiàn)上或曲線(xiàn)上方有效區(qū)域。在直角坐標(biāo)系中過(guò)炮點(diǎn)坐標(biāo)(d0,t0)做平行于縱坐標(biāo)T軸的直線(xiàn)得到其與T-D曲線(xiàn)的交點(diǎn)t1,過(guò)炮點(diǎn)坐標(biāo)(d0,t0)做平行于橫坐標(biāo)D軸的直線(xiàn)得到其與T-D曲線(xiàn)交點(diǎn)d1。符合動(dòng)態(tài)掃描曲線(xiàn)規(guī)則的可激發(fā)條件為:

d0≥d1且t0≥t1

(1)

3) 當(dāng)炮點(diǎn)橫坐標(biāo)d0處于(D0,D1)范圍且無(wú)其它可激發(fā)炮點(diǎn)情況下,儀器將觸發(fā)交替掃描模式,掃描時(shí)間t0≥T1,此時(shí)掃描時(shí)間間隔過(guò)大,施工效率下降?？蛇m當(dāng)拉開(kāi)震源組間距離,以擴(kuò)大距離d0,使得d0≥D1,以減少上述情況的發(fā)生。

4) 重復(fù)上述步驟形成動(dòng)態(tài)循環(huán),儀器等待激發(fā)序列始終處于變化調(diào)整過(guò)程,直到激發(fā)完成所有炮點(diǎn)。

相較于表1中所示的可控震源高效地震采集方法,臺(tái)階式動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描采集方法在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)還能在一定程度上保證地震數(shù)據(jù)質(zhì)量。但是該方法存在一定不足,依據(jù)該T-D規(guī)則,在(D0,D1)距離范圍內(nèi)交替掃描,當(dāng)D1距離過(guò)大時(shí),雖然保證了近距離范圍內(nèi)數(shù)據(jù)質(zhì)量,但參數(shù)選擇過(guò)于保守導(dǎo)致施工效率受到影響;在(D1,D2)距離范圍內(nèi)滑動(dòng)掃描,靠近D2端距離較大時(shí),諧波干擾較弱,此時(shí)仍選擇T2作為滑動(dòng)時(shí)間將影響施工效率。為克服臺(tái)階式動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描采集方法的缺陷,本文提出一種新的T-D激發(fā)規(guī)則,即梯形式T-D激發(fā)規(guī)則,在保證采集數(shù)據(jù)質(zhì)量前提下,利用上述規(guī)則的本文方法可進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。

1.2 梯形式T-D激發(fā)規(guī)則

可控震源高效地震采集根據(jù)諧波噪聲、勘探目標(biāo)、生產(chǎn)效率等因素綜合確定T-D激發(fā)規(guī)則關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)參數(shù),地震勘探側(cè)重點(diǎn)不同導(dǎo)致T-D參數(shù)曲線(xiàn)存在差異。BOUSKA[10]利用最大炮間距及其雙程旅行時(shí)確定最小同步激發(fā)距離,以降低鄰炮噪聲干擾。肖虎等[8]詳細(xì)介紹了動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描實(shí)現(xiàn)方法,為加快采集施工進(jìn)度,0～8km即開(kāi)始滑動(dòng)掃描,該方法在提高生產(chǎn)效率的同時(shí),導(dǎo)致近距離鄰炮干擾較大,降低了短距離滑動(dòng)地震數(shù)據(jù)質(zhì)量。周恒等[15]介紹了國(guó)外某探區(qū)超大型地震采集項(xiàng)目,為達(dá)到日效超2×104炮高效地震采集目標(biāo),將T-D參數(shù)設(shè)置為6s滑動(dòng)掃描采集及500m同步掃描采集,該項(xiàng)目將采集效率作為首要目標(biāo)導(dǎo)致地震數(shù)據(jù)諧波及鄰炮干擾嚴(yán)重,地震數(shù)據(jù)品質(zhì)差,需要依靠后期室內(nèi)噪聲壓制提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。

為保障地震數(shù)據(jù)質(zhì)量、同時(shí)保持較高的地震采集效率,本文提出了一種兼顧質(zhì)量與效率的方法,即不過(guò)分追求采集超高效率導(dǎo)致數(shù)據(jù)品質(zhì)較差,也不過(guò)分保守導(dǎo)致采集效率低下。如圖2所示,在常規(guī)高效地震采集臺(tái)階式T-D規(guī)則曲線(xiàn)內(nèi)部嵌入斜坡變成梯形式T-D規(guī)則曲線(xiàn),設(shè)掃描時(shí)間為S,聽(tīng)時(shí)間為L(zhǎng),將滑動(dòng)掃描首個(gè)拐點(diǎn)(D11,T11)前移到(D1,T1)位置,滑動(dòng)掃描后拐點(diǎn)(D22,T22)前移到(D2,T2),且滿(mǎn)足如下要求:

圖2 可控震源高效地震采集梯形式T-D激發(fā)規(guī)則示意

D1>D0且T1≥S+L

(2)

該規(guī)則使得在激發(fā)較短距離(D0,D1)范圍內(nèi)地震采集施工保持交替掃描作業(yè),同時(shí)在圖中黃色三角區(qū)域RT1范圍內(nèi)利用大量激發(fā)炮點(diǎn)進(jìn)行滑動(dòng)掃描作業(yè),從而提高采集效率。而根據(jù)傳統(tǒng)臺(tái)階式T-D規(guī)則可知,在激發(fā)距離(D0,D11)范圍內(nèi)因采用交替掃描導(dǎo)致(D1,D11)的區(qū)間采集效率過(guò)低。選擇首個(gè)滑動(dòng)距離D1起始點(diǎn)時(shí),應(yīng)充分利用LU等[16]統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果:諧波在激發(fā)點(diǎn)具有強(qiáng)能量、嚴(yán)重干擾,但隨著炮檢距增大,諧波能量呈近似反函數(shù)遞減規(guī)律,遠(yuǎn)炮檢距區(qū)域諧波能量較弱,呈線(xiàn)性緩慢衰減特征((3)式)。不難發(fā)現(xiàn),超過(guò)2.5km諧波能量很弱,該距離可作為首個(gè)滑動(dòng)距離D1,并根據(jù)實(shí)際情況可調(diào)整為2km或者3km,即保證低于該距離地震數(shù)據(jù)無(wú)諧波干擾,超過(guò)該距離依據(jù)梯形式T-D曲線(xiàn)滑動(dòng)掃描保證采集效率。

(3)

式中:d為炮檢距;E(d)為諧波相對(duì)能量。

隨著炮檢距進(jìn)一步增大,諧波能量干擾逐漸減弱,如果繼續(xù)采用如圖2中(D2,D22)紅色虛線(xiàn)所示的臺(tái)階式T-D規(guī)則進(jìn)行掃描,則采集施工參數(shù)過(guò)于保守,導(dǎo)致圖中黃色三角區(qū)域RT2內(nèi)無(wú)法進(jìn)行高效動(dòng)態(tài)滑動(dòng)采集,導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降。利用臺(tái)階式T-D規(guī)則可將位于坐標(biāo)(D22,T22)的首個(gè)同步掃描拐點(diǎn)下拉到(D3,T3)位置,且滿(mǎn)足(4)式要求。該規(guī)則避免了在(D2,D22)范圍內(nèi)大量炮點(diǎn)只使用同一個(gè)滑動(dòng)時(shí)間參數(shù)而降低施工效率,通過(guò)調(diào)整斜邊斜率,可保證遠(yuǎn)炮檢距范圍內(nèi)滑動(dòng)時(shí)間縮減幅度同諧波能量衰減保持類(lèi)似的、緩慢衰減趨勢(shì),以減少諧波干擾,同時(shí)在RT2區(qū)域內(nèi)增加大量動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描炮點(diǎn)可提高采集效率。

(4)

式中:k1為RT1區(qū)域的斜邊斜率;k2為RT2區(qū)域的斜邊斜率,k2斜率至少小于k1斜率的一半。

2 可控震源高效地震采集T-D質(zhì)控方法研究

2.1 以往T-D質(zhì)控方法

高效地震采集實(shí)施過(guò)程中,首先在地震儀器上設(shè)置T-D激發(fā)掃描參數(shù),在野外接收排列上將震源按照一定距離分開(kāi)并均勻分布在整個(gè)工區(qū)內(nèi),多組可控震源按照提前設(shè)計(jì)的行進(jìn)路線(xiàn)移動(dòng)、降落平板、發(fā)送Ready信號(hào)、儀器計(jì)算并發(fā)送激發(fā)指令、震源開(kāi)始掃描激發(fā)、升起平板、搬到下一個(gè)炮點(diǎn)等如此反復(fù),完成高效地震采集作業(yè)。根據(jù)T-D規(guī)則,地震儀器可以在Ready隊(duì)列中優(yōu)選距離遠(yuǎn)、激發(fā)時(shí)間短的炮點(diǎn)優(yōu)先掃描,不同炮點(diǎn)在Ready隊(duì)列中處于等待激發(fā)、正在掃描、聽(tīng)、數(shù)據(jù)提取、處理、輸出等多個(gè)狀態(tài)。

然而高效地震采集施工受儀器狀況、天氣、通訊條件等多重因素影響,會(huì)產(chǎn)生一些不符合T-D規(guī)則的廢炮,形成較強(qiáng)噪聲干擾從而影響地震數(shù)據(jù)質(zhì)量。文中所涉及的T-D質(zhì)控廢炮均違反了高效地震采集T-D規(guī)則施工參數(shù)要求,如未達(dá)到滑動(dòng)時(shí)間或者激發(fā)距離參數(shù)要求即開(kāi)始掃描采集,激發(fā)炮之間時(shí)間間隔過(guò)短或者距離過(guò)近,導(dǎo)致諧波或混波干擾嚴(yán)重,具體表現(xiàn)為炮點(diǎn)落在T-D曲線(xiàn)下方無(wú)效區(qū)域。為保障地震數(shù)據(jù)品質(zhì),通常需針對(duì)這類(lèi)問(wèn)題建立一套T-D質(zhì)量監(jiān)控流程,該流程包括3個(gè)階段。

1) 野外實(shí)時(shí)監(jiān)控階段:地震儀器及時(shí)發(fā)現(xiàn)該類(lèi)廢炮并立即補(bǔ)炮。通過(guò)自主開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)質(zhì)控軟件接入儀器采集數(shù)據(jù)庫(kù),實(shí)時(shí)讀取相鄰炮位置坐標(biāo)、激發(fā)時(shí)間信息,根據(jù)T-D曲線(xiàn)圖判斷炮點(diǎn)(d0,t0)落在哪個(gè)區(qū)域。如果落在無(wú)效區(qū)域,則為廢炮,發(fā)出警報(bào),提醒儀器操作人員,及時(shí)補(bǔ)炮。

2) 室內(nèi)質(zhì)量監(jiān)控階段:后期室內(nèi)需檢查儀器VAPS震源屬性原始數(shù)據(jù),進(jìn)一步篩選違背T-D規(guī)則的廢炮。通過(guò)室內(nèi)質(zhì)控軟件讀取VAPS數(shù)據(jù)中每炮的坐標(biāo)值和時(shí)間間隔,計(jì)算相鄰兩炮時(shí)間、距離,并與T-D曲線(xiàn)對(duì)比判斷是否符合技術(shù)參數(shù)要求,如發(fā)現(xiàn)廢炮則刪除,避免上交的數(shù)據(jù)存在質(zhì)量問(wèn)題。

3) 油公司質(zhì)控部門(mén)對(duì)上傳提交的儀器數(shù)據(jù)進(jìn)行T-D監(jiān)控,避免違反T-D規(guī)則的地震數(shù)據(jù)進(jìn)入勘探數(shù)據(jù)庫(kù)。

以往T-D質(zhì)控方法如圖3所示,圖3a為震源野外空間分布示意圖,在震源組數(shù)適中、生產(chǎn)效率不是特別高的情況下,5個(gè)炮點(diǎn)按照數(shù)字順序依次激發(fā),相鄰震源組之間距離分別為Δd1,Δd2,Δd3,Δd4,其中第1炮激發(fā)起始時(shí)間為T(mén)B_1,兩炮之間激發(fā)時(shí)間間隔依次為Δt1,Δt2,Δt3,Δt4,第2炮至第5炮起始時(shí)間分別為T(mén)B_1+Δt1,TB_1+Δt1+Δt2,TB_1+Δt1+Δt2+Δt3,TB_1+Δt1+Δt2+Δt3+Δt4,如圖3b所示。需判斷相鄰震源組F1與F2、F2與F3、F3與F4、F4與F5之間的距離間隔Δd與時(shí)間間隔Δt是否符合T-D規(guī)則,將計(jì)算產(chǎn)生的時(shí)間-距離投影到T-D曲線(xiàn)上,如果激發(fā)點(diǎn)落在無(wú)效區(qū)域即為廢炮,提取出激發(fā)點(diǎn)坐標(biāo)與樁號(hào),地震儀器通知震源組重新激發(fā)完成補(bǔ)炮。

圖3 震源組分布及常規(guī)T-D質(zhì)控方法a 可控震源空間分布; b 相鄰炮點(diǎn)時(shí)間間隔

2.2 改進(jìn)的T-D質(zhì)控方法

以往T-D質(zhì)控方法主要是通過(guò)計(jì)算相鄰兩炮之間的時(shí)間和距離進(jìn)行T-D判斷,這種方法針對(duì)生產(chǎn)效率不是特別高的地震采集項(xiàng)目是可行的。但是在超高效地震采集生產(chǎn)過(guò)程中,每天生產(chǎn)效率在2×104～3×104炮之間,震源分布范圍廣,受儀器、通訊條件、GPS信號(hào)強(qiáng)弱等因素影響,震源組之間并未完全遵守T-D規(guī)則,此時(shí)進(jìn)行激發(fā)掃描,容易導(dǎo)致存在違背T-D規(guī)則的廢炮,只計(jì)算相鄰兩炮的常規(guī)質(zhì)控方法已不再適用,且難以發(fā)現(xiàn)這類(lèi)廢炮,進(jìn)而影響地震數(shù)據(jù)質(zhì)量。這種情況下,需擴(kuò)大激發(fā)距離和時(shí)間間隔的監(jiān)控范圍,不再僅僅利用相鄰兩炮之間T-D參數(shù),而應(yīng)在一定激發(fā)時(shí)間范圍內(nèi)利用任意兩組炮點(diǎn)之間的激發(fā)距離和激發(fā)時(shí)間間隔。本文提出一種沿著采集時(shí)間軸加時(shí)間窗口的T-D質(zhì)控方法,逐炮滑動(dòng)、計(jì)算窗口內(nèi)任意震源組合時(shí)間距離關(guān)系,然后投影到T-D曲線(xiàn)中,以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)違反T-D規(guī)則的廢炮。為便于理解這種改進(jìn)的T-D質(zhì)控方法,利用圖4進(jìn)行說(shuō)明。

圖4 震源組分布及改進(jìn)的T-D質(zhì)控方法示意a 可控震源空間分布; b 時(shí)窗內(nèi)任意兩炮時(shí)間間隔

在上一節(jié)中提到連續(xù)5炮高效地震采集激發(fā),F5炮激發(fā)后,再間隔Δt5時(shí)間F6震源移動(dòng)到激發(fā)點(diǎn)并接收到儀器觸發(fā)指令開(kāi)始掃描激發(fā),F5與F6組之間距離為Δd5,遠(yuǎn)大于Δd1～Δd4范圍內(nèi)激發(fā)炮點(diǎn)間隔,利用F5與F6炮點(diǎn)之間距離和時(shí)間間隔,采用常規(guī)質(zhì)控方法未發(fā)現(xiàn)不符合T-D規(guī)則的曲線(xiàn),距離-時(shí)間點(diǎn)分布在有效區(qū)域,即利用常規(guī)方法視F6為有效炮。

但是由于高效地震采集時(shí)間間隔Δt均極短,F6震源開(kāi)始掃描時(shí)F3震源仍在掃描采集。依據(jù)如圖4b 所示的改進(jìn)的T-D質(zhì)控方法,選定一個(gè)時(shí)間窗口(圖4b中虛線(xiàn)框所示),計(jì)算任意兩組震源之間的激發(fā)距離和時(shí)間間隔,圖中不同折線(xiàn)顏色代表不同震源組合計(jì)算,每組震源都要與其它組震源進(jìn)行5次計(jì)算,窗口內(nèi)計(jì)算完畢后,沿時(shí)間軸逐炮滑動(dòng)窗口進(jìn)行下一輪循環(huán)計(jì)算,直至篩選完所有炮點(diǎn)。常規(guī)T-D質(zhì)控方法只需計(jì)算相鄰兩組震源即可,每組震源只需計(jì)算一次。利用改進(jìn)的T-D質(zhì)控方法可以發(fā)現(xiàn),F6與F3兩炮之間實(shí)際激發(fā)時(shí)間間隔為Δt3+Δt4+Δt5,但由于F6與F3之間激發(fā)距離較小為Δd_36,故應(yīng)按照交替掃描(掃描時(shí)間間隔大)規(guī)則執(zhí)行,根據(jù)T-D規(guī)則計(jì)算得到的激發(fā)時(shí)間間隔Δt應(yīng)大于Δt3+Δt4+Δt5,即此時(shí)F6與F3震源組之間激發(fā)參數(shù)違反了T-D規(guī)則,距離-時(shí)間點(diǎn)落在無(wú)效區(qū)域,應(yīng)按廢炮處理。不難發(fā)現(xiàn),F6震源同相鄰時(shí)間間隔的F5震源激發(fā)參數(shù)符合T-D規(guī)則,但時(shí)間窗口內(nèi)F6與F3震源之間激發(fā)時(shí)間-距離違背T-D規(guī)則,通過(guò)時(shí)間窗滑動(dòng)計(jì)算任意炮點(diǎn)間時(shí)間-距離關(guān)系可篩選出高效地震采集的T-D廢炮。

3 某探區(qū)高效地震采集項(xiàng)目T-D質(zhì)控應(yīng)用研究

在某探區(qū)進(jìn)行可控震源高效地震勘探,地表廣泛分布山區(qū)、溝壑、高速公路、主城區(qū)、水庫(kù)、軍事區(qū)、飛機(jī)場(chǎng)、游牧區(qū)、農(nóng)場(chǎng)等障礙物,山地洼地占比約為61%,戈壁、礫石區(qū)占比約為32%,為野外生產(chǎn)的施工組織帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。施工啟動(dòng)前期勘探部門(mén)提供的高效地震采集T-D施工參數(shù)如下:6km內(nèi)采用交替掃描、6～12km采用6s時(shí)間間隔滑動(dòng)掃描,超過(guò)12km采用同步掃描。臺(tái)階式T-D采集曲線(xiàn)如圖5黑色虛線(xiàn)所示。該施工參數(shù)主要考慮避免短距離內(nèi)滑動(dòng)諧波干擾嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)質(zhì)量,故參數(shù)選取相對(duì)保守,可能導(dǎo)致生產(chǎn)效率低。為此,技術(shù)人員通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)試驗(yàn)、諧波干擾能量分析,最終采用梯形式T-D采集參數(shù),在保障地震數(shù)據(jù)質(zhì)量的同時(shí)不降低采集效率。梯形式T-D采集參數(shù)采用2km以?xún)?nèi)交替掃描,最小掃描時(shí)間間隔為18s(掃描時(shí)間12s+聽(tīng)時(shí)間6s);2～12km范圍內(nèi)采用距離同步滑動(dòng)掃描,滑動(dòng)時(shí)間隨著距離增大線(xiàn)性減小;超過(guò)12km采用同步掃描。如圖5 紅色折線(xiàn)所示,該T-D規(guī)則曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)計(jì)算公式如(5)式所示。通過(guò)采取本文提出的梯形式高效地震采集T-D參數(shù),該項(xiàng)目生產(chǎn)日效超2×104炮、最高日效接近3×104炮,生產(chǎn)效率超出預(yù)期。圖中黃色三角區(qū)域炮數(shù)約占總炮數(shù)33%,臺(tái)階式T-D采集方法將導(dǎo)致黃色區(qū)域內(nèi)的炮無(wú)法激發(fā)、從而降低生產(chǎn)效率,而梯形式T-D采集方法,能夠填補(bǔ)該區(qū)域激發(fā)空白,在較大程度上提升采集效率。

圖5 某探區(qū)高效地震采集項(xiàng)目梯形式T-D規(guī)則曲線(xiàn)

(5)

式中:x為滑動(dòng)距離;y為滑動(dòng)時(shí)間。

該高效地震采集項(xiàng)目嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn),每天及時(shí)發(fā)現(xiàn)并剔除廢炮,以免因含有不符合技術(shù)規(guī)范的廢炮造成較為嚴(yán)重的質(zhì)量事故。項(xiàng)目啟動(dòng)初期現(xiàn)場(chǎng)采用常規(guī)T-D質(zhì)控方法進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控,只計(jì)算相鄰兩組震源間滑動(dòng)距離與時(shí)間,得到的T-D質(zhì)控結(jié)果如圖6所示,利用該方法只能發(fā)現(xiàn)少量違反T-D規(guī)則的廢炮,有時(shí)甚至無(wú)法發(fā)現(xiàn)T-D廢炮。某日野外生產(chǎn)炮數(shù)超2×104炮,圖中所示常規(guī)T-D質(zhì)控點(diǎn)超2×104炮,同野外生產(chǎn)炮數(shù)一一對(duì)應(yīng),比較直觀。但是,T-D曲線(xiàn)下方區(qū)域只發(fā)現(xiàn)7個(gè)違反T-D規(guī)則的廢炮(圖中紅色★所示),仍有較多不符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的廢炮未被識(shí)別。

圖6 常規(guī)T-D質(zhì)控結(jié)果(識(shí)別少量廢炮)

根據(jù)改進(jìn)的T-D質(zhì)控方法,選取一個(gè)20s的質(zhì)控時(shí)窗(一般情況大于等于交替掃描時(shí)間間隔即可),然后沿著時(shí)間軸滑動(dòng),采用2.2節(jié)的計(jì)算方法,計(jì)算時(shí)窗內(nèi)任意兩組震源激發(fā)時(shí)間與激發(fā)距離,將計(jì)算結(jié)果投影到圖7中檢查二者是否匹配。如發(fā)現(xiàn)時(shí)間-距離點(diǎn)落在T-D曲線(xiàn)下方說(shuō)明存在廢炮。該方法雖然導(dǎo)致計(jì)算量急劇增加,但能夠保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。利用改進(jìn)的T-D質(zhì)控方法發(fā)現(xiàn)曲線(xiàn)下方無(wú)效區(qū)域存在23個(gè)廢炮(圖7中紅色★所示),而利用常規(guī)質(zhì)控方法卻無(wú)法識(shí)別這些廢炮,容易誤導(dǎo)質(zhì)量控制(QC)工作人員,導(dǎo)致廢炮數(shù)據(jù)進(jìn)入勘探數(shù)據(jù)庫(kù)造成質(zhì)量事故。利用改進(jìn)的T-D質(zhì)控方法可及時(shí)發(fā)現(xiàn)這類(lèi)廢炮,防止質(zhì)量事故發(fā)生。

圖7 改進(jìn)的T-D質(zhì)控結(jié)果(識(shí)別隱藏廢炮)

通過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量控制,QC人員現(xiàn)場(chǎng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)違反T-D規(guī)則的廢炮,并通知儀器、震源組人員及時(shí)補(bǔ)炮,避免了大量不符合T-D規(guī)則的干擾炮降低地震數(shù)據(jù)質(zhì)量。大型地震勘探項(xiàng)目周期長(zhǎng),可持續(xù)約3～6年,常規(guī)T-D方法只能發(fā)現(xiàn)少量T-D廢炮,隨著時(shí)間累積將導(dǎo)致大量廢炮進(jìn)入勘探數(shù)據(jù)庫(kù),造成更加嚴(yán)重的質(zhì)量事故。表2為7～10月份T-D質(zhì)控方法改進(jìn)前、后識(shí)別的廢炮數(shù)量,采用改進(jìn)的T-D質(zhì)控方法后發(fā)現(xiàn)了許多隱藏的T-D廢炮,T-D廢炮識(shí)別率達(dá)100%,廢炮識(shí)別率相比常規(guī)方法提升約70%～80%。

表2 7～10月份T-D質(zhì)控改進(jìn)前、后識(shí)別的廢炮數(shù)量

4 結(jié)束語(yǔ)

可控震源高效地震采集T-D規(guī)則各異,各種采集方法的生產(chǎn)效率及得到的地震數(shù)據(jù)質(zhì)量差異較大,有的方法追求最大限度提高采集效率因此壓縮了滑動(dòng)時(shí)間與距離,導(dǎo)致短距離內(nèi)諧波干擾嚴(yán)重;有的方法為保障地震數(shù)據(jù)品質(zhì),延長(zhǎng)最小滑動(dòng)距離導(dǎo)致效率低下達(dá)不到高效地震采集目的。為取得地震數(shù)據(jù)與采集效率的良好平衡,本文提出基于諧波能量衰減規(guī)律的梯形式T-D設(shè)計(jì)方法,能夠在短距離內(nèi)根據(jù)諧波能量反函數(shù)衰減特征確定最短交替掃描距離,避免了臺(tái)階式T-D方法短距離或者零距離滑動(dòng)掃描帶來(lái)的嚴(yán)重諧波噪聲干擾。同時(shí)在遠(yuǎn)距離通過(guò)調(diào)整梯形斜坡的斜率使滑動(dòng)時(shí)間-距離變化幅度較小,使其在該范圍內(nèi)與諧波能量緩慢衰減規(guī)律保持一致,在斜坡上三角區(qū)域進(jìn)行動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描從而極大地提高了采集效率。該梯形式T-D設(shè)計(jì)方法在實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目中得到成功應(yīng)用,生產(chǎn)效率得到較大提升,超過(guò)預(yù)期目標(biāo)。

常規(guī)高效地震采集質(zhì)控研究主要集中在提高質(zhì)控效率、擴(kuò)大質(zhì)控范圍等方面,較少涉及T-D方法的詳細(xì)研究,且多數(shù)仍采用常規(guī)T-D質(zhì)控方法,導(dǎo)致不符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的廢炮進(jìn)入后期處理階段。本文提出的加時(shí)窗滑動(dòng)T-D質(zhì)控,選取大于等于交替掃描時(shí)間的時(shí)窗,能夠計(jì)算任意時(shí)間窗口內(nèi)任意兩組震源間時(shí)間-距離關(guān)系,并與T-D規(guī)則參數(shù)對(duì)比,識(shí)別常規(guī)質(zhì)控方法漏判的隱藏廢炮,廢炮識(shí)別率提升70%以上,極大程度上避免了質(zhì)量事故的發(fā)生。

未來(lái),可將高效地震采集T-D參數(shù)設(shè)計(jì)與高效地震采集諧波噪聲壓制、混波去除等處理技術(shù)相結(jié)合,利用噪聲衰減處理效果反向量化評(píng)價(jià)T-D參數(shù),以更好保障地震數(shù)據(jù)質(zhì)量的同時(shí)提高生產(chǎn)效率。