塔中沙漠区可控震源宽线采集试验

李　俊，张　坤，周　旭，张　岩

(中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司,河北涿州 072751)

塔中沙漠区可控震源宽线采集试验

李俊，张坤，周旭，张岩

(中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司,河北涿州 072751)

摘要：塔中沙漠区奥陶系碳酸盐岩勘探需要通过高密度宽方位三维采集来提高勘探精度。基于高密度宽方位采集对提高采集效率和降低勘探成本的需求，开展了可控震源宽线采集试验，以研究沙漠区应用可控震源并实施高效采集的可行性。利用试验数据，进行了震源台数、覆盖次数等施工参数的对比、炸药和可控震源资料的对比、可控震源施工效率及影响因素分析。研究表明，可控震源在塔中沙漠区应用是可行性的。在组合台数和覆盖次数乘积相等的前提下，单台激发高覆盖观测与多台震源组合激发较低覆盖次数观测的剖面效果基本相当。为得到与炸药激发相当水平的资料，单台可控震源采集的覆盖次数至少要达到炸药激发覆盖次数的11倍以上。可控震源在沙漠区施工时，通行条件是影响效率的关键，再配置足够的震源，能够进行高效采集。

关键词：沙漠区；低信噪比；可控震源；激发方法；覆盖次数

A Test for Vibroseis Wide-line Acquisition in Central Tarim Desert Area

Li Jun, Zhang Kun, Zhou Xu, Zhang Yan

(BureauofGeophysicalProspectingINC.,ChinaNationalPetroleumCorporation,Zhuozhou,Hebei072751，China)

Abstract:The high-density wide-azimuth 3D acquisition method is needed to improve the survey accuracy for the exploration of the Ordovician carbonate rocks in Central Tarim Desert Area. Since high-density wide-azimuth acquisition demands for increasing acquisition efficiency and reducing exploration cost, we carried out a pilot vibroseis acquisition test using wide lines to study the feasibility of performing high-efficiency acquisitions with vibrators in desert area. Based on the test data, we compared the operation parameters including the number of vibrators and folds, the charge and vibrator data, and analyzed the vibroseis efficiency and influencing factors. Results indicated that vibrator could be applied in Central Tarim Area. In the premise of equal product of the number of vibrators and the selection of folds, single source high-fold observation and multi-source low-fold observation had equivalent effect. To get data similar to charge stimulation, the fold of single-vibrator vibroseis acquisition was at least 11 times higher than that of charge stimulation. When operating in desert area with vibroseis, passing condition is key to efficiency. Integrated with enough vibroseis, we could carry out high-efficiency acquisition.

Key words:desert area; low S/N ratio; vibroseis; shooting method; fold

利用离散地震波场准确重建地下连续波场的理想条件是地震采集能够对五维叠前波场W(t，xr，yr，xs，ys)(其中，t为时间；xr、yr为接收点x、y坐标；xs、ys为激发点x和y坐标)进行充分采样，采用小点距、小线距的高密度宽方位观测系统是更接近理想条件的采集方案[1-5]，但这种方案对采集装备和勘探投入都有很高的要求。地震装备技术的快速发展使仪器带道能力大幅度提升，使得高密度宽方位地震采集的实施具备了可行性；但受成本制约，高密度宽方位地震采集技术的规模化应用仍然面临巨大的阻力。可控震源高效采集技术的出现及快速发展有效地缓解了高密度宽方位采集的成本压力，受到了越来越多的关注[6-9]。

目前，在一些复杂区域可控震源的应用较少，缺乏施工经验和实际资料，决策者没有充分的依据选择可控震源来进行规模化施工，塔中沙漠区就是典型区域。该区地表被第四系巨厚松散沙层覆盖，地形起伏剧烈、表层松软，通行条件差；近地表吸收衰减和散射作用强，且目的层奥陶系碳酸盐岩埋藏深度大、内幕速度差异小，反射能量弱，存在较为严重的低信噪比问题。区内以往地震勘探全部采用炸药激发，可控震源能否实施、能否得到满足地质需求的资料尚不明确。为此，开展了塔中沙漠区可控震源宽线采集试验，从而对可控震源采集的可行性进行了研究。

1 试验区

试验区选择在塔克拉玛干大沙漠腹地，工区地表为条带状沙丘，海拔为1041～1081m，测线近平行于沙丘走向布设，测线通行方向上地面坡度在15°以内。近地表存在稳定的潜水面，埋深4～40m。目的层中—上奥陶统底界埋深约6000m，在剖面上的反射时间大致为3.75～4.0s。

2007年区内曾采用炸药潜水面下激发的方式进行三维地震资料采集。三维观测系统参数为：12线12炮216道、50m道距、50m炮点距、300m接收线距、450m炮线距、72次覆盖。

2 试验及对比方案

2.1 试验采集方案

观测系统参数：采用宽线观测方式进行采集，共铺设接收线2条、炮线3条，炮点和接收点间距为30m，炮线和接收线间距为90m(图1)，采集时每炮均采用2线400道中间放炮观测系统接收。

图1　试验采集方案示意图Fig.1　Sketch map of acquisition schemes used in the test

激发参数：采用KZ28大吨位可控震源激发，1～4台组合、震动1次、驱动幅度为60%、扫描长度为16s、扫描频率为6～64Hz。其中炮线1采用2台组合激发，炮线2采用3台组合激发，炮线3分别采用1台、4台组合各施工1次。

检波组合参数：20个检波器面积组合。

2.2对比方案及思路

主要从两个方面对试验进行对比分析。

2.2.1 可控震源台数及覆盖次数对比

将1～4台激发的可控震源线试验资料进行处理，分别得到100次、200次和400次覆盖的剖面。通过相同覆盖次数不同激发台数的资料对比，分析可控震源激发台数对资料的影响；通过相同激发台数不同覆盖次数的资料对比，分析覆盖次数对资料的影响；通过对比资料品质相当时的采集参数，分析采集参数之间的匹配关系。

2.2.2 炸药和可控震源激发效果对比

将采集的试验资料与以往相同位置炸药激发资料进行对比，分析两种激发方式得到的资料差异；以炸药激发资料效果为标准，将不同采集方案得到的可控震源资料与之进行对比，分析确定与炸药激发等效的可控震源采集方案。

3 试验资料分析

3.1 不同采集参数的可控震源资料对比分析

(1)

式中SN——叠加后的剖面信噪比；

n——可控震源组合台数；

m——观测系统覆盖次数；

k——常数，可看作单台可控震源采集得到的原始资料信噪比。

图2　可控震源激发不同采集参数的叠前时间偏移剖面图Fig.2 Prestack time migration sections using different vibroseis acquisition parameters

从图2中纵向排列的3组剖面来看，相同覆盖次数条件下，随着可控震源激发台数的增加，剖面上3.5s和4.0s左右的反射波同相轴连续性逐步增强。从图2中横向排列的3组剖面上看，在可控震源激发台数相同的条件下，随覆盖次数的增加，剖面上3.5s和4.0s左右的反射波同相轴连续性同样呈逐步增强的趋势。图2中左下至右上对角线上的3张剖面成像效果差别不大。在剖面上取3.0～3.2s时窗，分析有效频带10～45Hz的信噪比，得到图3所示结果。从图3上可以看出，随着可控震源激发台数或覆盖次数的增加，剖面信噪比逐步提高。当采用覆盖次数与可控震源激发台数的乘积相同时，信噪比定量分析结果大致相等。如4台激发100次覆盖、2台激发200次覆盖和1台激发400次覆盖的剖面信噪比都处在2.62～2.67范围内，差异率最大为1.9%。

图3　不同采集参数的叠前时间偏移剖面信噪比图Fig.3　S/N ratios of the prestack time migration sections using different acquisition parameters

由上述理论分析与实际资料对比可知，可控震源组合台数和观测系统的覆盖次数对剖面信噪比存在较大影响。单从提高剖面信噪比的能力而言，增加可控震源组合台数和提高覆盖次数是等效的。因此，在确定采集方案时，用提高覆盖次数和增加组合激发台数提高信噪比的这两种方法可以互换，即提高覆盖次数时可适当减少可控震源组合台数，增加可控震源组合台数时可适当降低覆盖次数。

3.2 炸药激发与可控震源激发资料对比

炸药和可控震源激发的资料在频率、能量和噪声特征等方面都存在较大的差异。理论上，炸药在较好的弹性介质(如水、胶泥、硬岩石等)中激发，能够得到具有较宽频带、较高主频的激发子波，相对于受扫描频带限制的可控震源激发子波有明显的优势。但经过大地对激发子波吸收衰减改造后，实际采集到的深层地震资料上炸药和可控震源激发的地震波频带差别并不明显。在试验区可控震源激发的资料上，目的层奥陶系反射波有效频带为10～35Hz，与炸药激发的频带范围大致相同。

在信噪比方面，由于可控震源激发的能量相对较弱，而且浅层多次折射干扰及近地表散射干扰更为发育，单炮信噪比明显低于炸药激发资料(图4)。受单炮信噪比的影响，室内处理中可控震源资料的去噪和速度分析难度较大，去噪效果和速度分析精度比炸药激发所得资料差。最终导致覆盖次数大致相同时，可控震源资料的剖面成像效果明显不如炸药激发的剖面效果(图5)。

之前的分析表明，通过增加覆盖次数或激发的组合台数能提高可控震源资料的剖面信噪比。从图6a与图6b和图6c与图6d所知，可控震源激发高覆盖采集的资料与井炮激发低覆盖资料基本相当。由此可得，要达到与炸药激发资料相当的剖面效果，可控震源采集的覆盖次数m、组合台数n与炸药采集的覆盖次数f之间应满足的关系为：nm≈11f。

图4　去除线性干扰后的可控震源和炸药激发单炮记录图Fig.4　Vibroseis and explosive-shooting single shot records after removing the linear disturbance

图5　覆盖次数基本相当时可控震源激发和炸药激发资料叠前时间偏移剖面图Fig.5　Prestack time migration sections from vibroseis and explosive-shooting when folds are equivalent

图6　不同激发方式不同采集参数的叠前时间偏移剖面图Fig.6　Prestack time migration sections acquired using different parameters and different shooting methodsa—井炮高速层激发72次覆盖；b—可控震源2台组合激发 400次覆盖;c—井炮高速层激发144次覆盖；d—可控震源4台组合激发 400次覆盖

综合上述对比分析结果，在塔中沙漠区采用可控震源采集得到的资料的有效频带与炸药激发资料差别不大，但单炮的信噪比明显低于炸药激发资料。采用高覆盖或多台组合激发等提高信噪比的措施后，能够得到与炸药激发资料等效的剖面效果。如果采用单台可控震源激发，要得到与炸药激发相当水平的资料，可控震源采集的覆盖次数要达到炸药激发覆盖次数的11倍。

3.3 可控震源施工效率及影响因素分析

沙漠区通行条件差对可控震源工作效率有很大影响。从施工现场反馈的信息来看，沙丘坡度大和弯道多是影响可控震源工作效率的两个关键点。测试表明，轮式震源的爬坡能力只能达到15°，拐弯时需要路面宽度达到5m以上。施工中需加强选点、线路设计和推路工作，使震源道路坡度和拐弯处的宽度满足通行需要，才能确保可控震源在沙漠区有效施工。

对试验线所有炮点的采集时间进行统计，得出间隔30m的两个相邻炮点的放炮时间间隔平均为63.55s。将这个时间减去可控震源扫描时间16s和听时间7s，可得震源就绪时间(搬点+起降平板时间)平均为40.55s。按照这个时间推算，配置3组可控震源进行交替扫描施工，可达到156炮/h的生产效率，配置4组震源进行滑动扫描施工(10s滑动时间)，可达到360炮/h的生产效率。

4 认识及建议

根据试验资料的分析结果，通过合理选择采集参数，塔中沙漠区可控震源施工能够得到与炸药激发等效的剖面效果，通过解决可控震源通行问题，并合理配置资源，能够实现高效采集施工。因此，塔中沙漠区可控震源施工具有可行性。塔中沙漠区采用可控震源施工时，在采集方法选择和施工组织上需关注以下几点：

(1)可控震源施工需要采用比炸药激发更强化的采集方案。以得到与炸药激发相当水平的资料为衡量标准，单台可控震源采集的覆盖次数至少要达到炸药激发覆盖次数的11倍以上。

(2)尽管在组合台数和覆盖次数乘积相等的前提下，单台激发高覆盖观测与多台震源组合激发低覆盖次数观测的剖面效果基本相当，但由于单台激发在提高施工效率、保护高频信号和利用力信号压制谐波干扰等方面存在优势，在高精度三维勘探中应优先考虑采用单台激发高覆盖观测的采集方法。

(3)可控震源在沙漠区施工时，通行条件是影响效率的关键。在塔中地区西部沙丘起伏程度与试验区相当、地面相对高差在40m以内的区域，通过加强选点、线路设计和推路工作解决好通行问题，再配置足够的震源，才能进行高效采集。

参考文献

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作者简介：第一李俊(1977年生),男,工程师,现主要从事地震采集方法研究工作。邮箱： bgpzx@163.com。

中图分类号：P631.4

文献标识码:A