四川盆地強噪音環(huán)境下高密度地震采集技術實踐

耿 春,張曉斌,胡 峰,趙容容,胡善政,羅 文,熊晶璇,何 偉,段 卓

(1.中國石油 東方地球物理勘探有限公司 西南物探分公司,成都 610213;2.中國石油 西南油氣田分公司勘探事業(yè)部,成都 610057;3.中國石油 東方地球物理勘探有限公司 物探技術研究中心,成都 610213)

0 引言

近年來,隨著社會快速發(fā)展及城鎮(zhèn)化進度加快,交通路網(wǎng)日益增多,地震勘探整體環(huán)境噪音水平明顯上升,對資料采集的影響越來越大。隨著物探技術的發(fā)展,地震勘探已大規(guī)模應用節(jié)點儀進行盲采,而錯綜復雜的環(huán)境噪音,對采集過程質控提出了更大的挑戰(zhàn)。針對性評估不同干擾源對地震勘探各環(huán)節(jié)存在的影響,目前還未找到有效的技術手段。

隨著“集中勘探和效益勘探”技術思路實施,四川盆地地震勘探工作呈現(xiàn)快速增長,采集參數(shù)不斷強化,炮道密度從2018年的22萬道/km2提升到2021年的52萬道/km2,增幅136%,采集工區(qū)由于受疫情、禁采期、大型節(jié)假日等影響大幅壓縮,同時甲方對環(huán)噪的控制要求較高,要求每小時通過儀器車428XL系統(tǒng)拉取排列片動態(tài)日檢。除掉固定干擾批復道后,90%道的隨機環(huán)境噪音值必須低于某個門檻值方可進行采集。面對甲方嚴格的環(huán)噪控制要求,在滿足地質任務的前提下,通過技術手段論證環(huán)境噪音對地震資料的影響,找到質量與效率的平衡點,是在當前提質增效的大環(huán)境下,大家共同關注的焦點。

為此,在物探技術飛速發(fā)展,物探工作量節(jié)節(jié)攀升,采集環(huán)境錯綜復雜的大背景下[1],亟需對環(huán)境噪音進行深入研究分析,形成一套野外采集環(huán)境噪音分析技術,以適應四川盆地地震勘探采集環(huán)境的快速演變,為生產(chǎn)組織管理提供科學建議。

1 四川盆地地震勘探環(huán)噪控制現(xiàn)狀

1.1 環(huán)境噪音定義及量化

地震勘探中的環(huán)境噪音廣義上是指在地震資料采集時被檢波器接收,來自于工業(yè)生產(chǎn)、建筑施工、交通運輸和社會生活中所產(chǎn)生的一種外界干擾波(圖1、圖2),通常將接收道的噪音振幅值轉化為電壓值(μV)來衡量強弱程度[2]。而對于單炮而言,環(huán)境噪音強度主要從統(tǒng)計學角度來衡量其大小,主要規(guī)則是對單炮所有道的環(huán)噪微伏值進行從小到大排序,排名前90%處的門檻值即為該炮的環(huán)境噪音強度[3]。如圖3所示,該炮所有排列道90%環(huán)噪值都在5 μV以內,則定義該炮的環(huán)境噪音強度為5 μV。圖4為5 μV與20 μV環(huán)噪強度單炮的對比,可以看出,20 μV的單炮干擾強度及范圍更大。

圖1 社會生產(chǎn)中各種噪音

圖2 地震勘探的環(huán)境噪音

圖3 單炮環(huán)噪強度平面示意圖

圖4 5 μV與20 μV單炮對比圖

1.2 四川盆地環(huán)境噪音特征

四川盆地地域廣闊,地形多樣,有盆周劇烈起伏的地表,有川中平緩的丘陵地形。放眼整個四川盆地,由于川渝地區(qū)城市化的高速發(fā)展(圖5),城市不斷擴張,工業(yè)、新型農(nóng)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)的不斷升級拓展,導致地震勘探整體環(huán)境噪音水平明顯上升,主要分為大鉆干擾、機械干擾、火車、汽車等交通工具干擾、大型城區(qū)、工業(yè)園區(qū)復合干擾,這些錯綜復雜的環(huán)境噪音,給地震勘探的部署和施工帶來了極大的困難[4]。

圖5 成都市34年城市發(fā)展變遷示意圖

從圖6可以看出,四川盆地地震勘探施工的主要區(qū)域環(huán)境噪音特征各不相同,川西地區(qū)主要是經(jīng)濟發(fā)達的成都平原,該區(qū)域工業(yè)發(fā)達,人口稠密,社會活動多,環(huán)噪影響較大;川東與川北地區(qū)主要地形為高大山體與丘陵平原區(qū)交錯,山體區(qū)環(huán)噪強度低,主要干擾為風干擾,丘陵平原區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、路網(wǎng)發(fā)達,環(huán)噪影響大;川南地區(qū)工業(yè)園區(qū)較多,縣城、村鎮(zhèn)星羅棋布,該部分區(qū)域環(huán)噪影響較大,其他區(qū)域環(huán)噪強度較低。從圖7可以看出,強環(huán)噪?yún)^(qū)域主要為50 μV以上干擾較多,其它區(qū)域大部分在10 μV以內。

圖6 四川盆地主要障礙物分布圖

圖7 四川盆地川東地區(qū)環(huán)噪強度圖

1.3 四川盆地地震環(huán)境噪音控制現(xiàn)狀

四川盆地地震勘探對環(huán)境噪音進行嚴格的控制,目前主要分為采集前期的全面干擾調查,施工過程中分類管控。在前期干擾源調查中,主要通過布設節(jié)點儀進行全工區(qū)的干擾源調查。如川東某三維項目,全工區(qū)采用接收線8抽1,接收點4抽1的方式進行干擾源調查(圖8、圖9)。

圖8 川東某三維環(huán)境噪音調查情況圖

圖9 川東某三維環(huán)境噪音強度變化折線圖

對全工區(qū)進行環(huán)境噪音調查,獲得每個點在不同時間段的環(huán)境噪音強度,通過對其進行統(tǒng)計分析獲得不同時間段環(huán)噪的變化折線圖(圖9),從圖9可知,該工區(qū)環(huán)境噪音較低的時間段為20:00～7:00,為此來確定合適的采集時窗。

采集施工過程中,對環(huán)境噪音進行分類管控,主要措施是通過428XL有線設備實時獲得動態(tài)日檢,從動態(tài)日檢中獲得排列的環(huán)境強度,低于某個門檻值時方可進行采集,同時生產(chǎn)過程中對可控干擾加強協(xié)停工作,通過分類的管控措施,力爭在低環(huán)噪條件下進行采集。

2 環(huán)境噪音影響分析

綜合考慮四川盆地區(qū)域位置、勘探目標、地面地質條件等因素,選取了該探區(qū)具有代表性和分析價值的3個地震項目(川東的HC三維、川中的SN三維、川南的LWC三維)進行環(huán)境噪音影響分析。

2.1 對單炮評價的影響

對于外界干擾,盆地內地震勘探對單炮資料評價的評價策略是:接收排列內單道噪音值超過34 μV評價為干擾道,干擾道/接收道≥1/24,則降級。從圖10、圖11可以看出,單炮環(huán)噪值在15 μV以內,對單炮降級影響較小,當環(huán)噪值達到20 μV以上時,單炮降級比例出現(xiàn)明顯拐點。

圖10 LWC三維工區(qū)環(huán)噪平面圖及降級比例圖

圖11 HC三維工區(qū)環(huán)噪平面圖及降級比例圖

2.2 對處理解釋的影響

2.2.1 HC三維

選取HC三維環(huán)噪強度為30 μV的單炮進行分析,從圖12可以看出,該炮因為干擾強度大,遠、中、近排列都受環(huán)噪影響嚴重,環(huán)噪強度最大的道達到了1 000 μV以上,盡管強環(huán)噪對單炮資料面貌影響較大,但通過常規(guī)的去噪手段,大部分噪音可有效去除,對單炮資料品質影響較小[5]。

圖12 受環(huán)境噪音影響單炮去噪前后對比圖

選取Rline2170處理剖面進行分析(圖13),該條線位于工區(qū)中部,呈東北、西南走向,東北邊靠近華鎣城區(qū),干擾強度較大,單炮環(huán)噪強度主要為30 μV～40 μV,向西南方向延伸主要分布場鎮(zhèn)、道路等干擾,單炮環(huán)噪強度主要為5 μV～15 μV不等,從圖13可以看出,30 μV～40 μV環(huán)噪在純波剖面上表現(xiàn)較強,對資料面貌影響較大,但經(jīng)過處理后,30 μV～40 μV環(huán)噪能夠得到有效去除,對剖面成像影響微乎其微。

隨著近幾年采集參數(shù)不斷強化,炮道密度逐年增加,從圖14可以看出,在覆蓋次數(shù)較低時,強環(huán)噪對疊加剖面影響較大。但隨參數(shù)的強化,覆蓋次數(shù)增加到滿覆蓋255次時,30 μV～40 μV以內的環(huán)境噪音得到了有效壓制[6]。

圖14 HC三維 Rline2170不同覆蓋次數(shù)最終剖面

2.2.2 SN北三維

針對環(huán)境噪音缺少定量的環(huán)噪樣本,衰減效果定量分析困難的現(xiàn)狀,筆者采用了噪音回加技術來考察各類環(huán)境噪音是否有效衰減(圖15)。即采用去噪后的噪音數(shù)據(jù)定量放大或者縮小能量級別后回加到原始數(shù)據(jù)中去,再對該數(shù)據(jù)進行去噪處理,考察去噪效果,從而確認噪音能夠有效衰減的門檻值。

圖15 噪音回加技術示意圖

利用SN三維項目資料,采用噪音回加技術進行分析,從5 μV～40 μV環(huán)噪水平疊加剖面來看,不同強度環(huán)境噪音都得到較好壓制,剖面上無明顯差異(圖16)[7]。

圖16 不同環(huán)境噪音去噪后水平疊加剖面

從圖17可以看出,環(huán)噪強度較低時(小于35 μV),信噪比總體水平相當,當微伏值達到35以上時,去噪后信噪比略有降低[8]。

圖17 不同微伏環(huán)境噪音去噪后信噪比平面分布圖

從圖18、圖19可以看出,在高道炮密度采集條件下,經(jīng)過疊加、偏移的振幅加權后,會使外界隨機干擾的影響大幅降低,40 μV以內引起的信噪比、波形特征、數(shù)據(jù)振幅切片差異基本可以忽略[9]。

圖18 不同微伏環(huán)境噪音偏移剖面段

圖19 不同微伏值偏移剖面數(shù)據(jù)振幅切片效果分析(1 400 ms)

3 結論

隨著物探采集技術發(fā)展和采集環(huán)境演變,四川盆地地震勘探發(fā)生了翻天覆地的變化,通過對盆地不同區(qū)域環(huán)境噪音特征及實際資料分析可以得出以下結論:

1)隨著城鎮(zhèn)化進度加快,地震勘探面臨的環(huán)境噪音影響愈發(fā)嚴重,目前主要的噪音源為道路、城鎮(zhèn)、機械等,強度為幾十微伏到幾百微伏不等。

2)從盆地不同區(qū)域三個工區(qū)資料的單炮評價及處理解釋角度分析可以看出,20 μV以內的環(huán)噪對資料評價影響較小,40 μV以內的環(huán)噪對資料處理解釋影響較小。綜合考慮,建議盆地內環(huán)噪控制門檻值為20 μV。

3)節(jié)點儀已經(jīng)在生產(chǎn)中大規(guī)模成熟應用,炮道密度不斷提高,環(huán)境噪音不再是制約資料品質的關鍵因素,在采集過程中,應該根據(jù)工區(qū)實際情況,針對性進行環(huán)境噪音的調查及監(jiān)控,做到分區(qū)分時采集,在保證質量的前提下,提高生產(chǎn)效率。

同時建議在以下兩個方面繼續(xù)開展研究工作:

1)目前采用均勻的稀疏排列對工區(qū)環(huán)境噪音進行調查及監(jiān)控,如何針對工區(qū)噪音特征采用更加有效排列布設方案,需要進行深化研究。

2)目前環(huán)境噪音對資料的影響分析,還停留在噪音能量方面,如何論證不同類型、不同范圍大小的噪音對資料的影響,還需要在下一步工作中加強。