辽河坳陷低频可控震源地震采集技术应用

2017-01-05张宏刘兵中石油东方地球物理勘探有限责任公司辽河物探处辽宁盘锦124010

长江大学学报(自科版) 2016年31期

关键词：炮点辽河震源

张宏,刘兵 (中石油东方地球物理勘探有限责任公司辽河物探处，辽宁盘锦 124010)

刘炎坤 (长江大学工程技术学院，湖北荆州 434020)

樊平,万敏 (中石油东方地球物理勘探有限责任公司辽河物探处，辽宁盘锦 124010)

辽河坳陷低频可控震源地震采集技术应用

张宏,刘兵 (中石油东方地球物理勘探有限责任公司辽河物探处，辽宁盘锦 124010)

刘炎坤 (长江大学工程技术学院，湖北荆州 434020)

樊平,万敏 (中石油东方地球物理勘探有限责任公司辽河物探处，辽宁盘锦 124010)

可控震源激发具有扫描频率设置灵活、子波频带宽、激发高效的特点，近年来在辽河坳陷陆上地震勘探中已攻关应用，是该区今后地震采集技术的发展方向。重点介绍了低频可控震源试验及数字化地震监控技术的在辽河坳陷DMT地区应用效果。低频可控震源通过增加低频信号成分，拓宽地震资料频宽，利于提高复杂构造的成像精度，改善斜坡带深层地层成像的成像效果。通过联合应用低频可控震源高效采集配套技术，获得了DMT地区高品质的地震资料，证明了低频可控震源地震采集技术在辽河坳陷陆上复杂区地震勘探中的有效性。

低频拓展；滑动扫描；震源轨迹预设计；数字化地震监控技术

辽河坳陷作为高勘探程度油区，经过40多年的油气勘探，基岩及内幕、岩性和火成岩等各类油气藏目标的富集整装区带已基本探明，当前勘探阶段需要进一步提高地震资料的品质，精细刻画各类油气藏的隐蔽性目标。由于辽河坳陷陆上地表障碍密集，地质条件复杂，地震采集方案实施和资料品质改善均面临很大挑战，为进一步探索适应辽河坳陷复杂区的高密度地震采集技术，同时验证低频可控震源采集技术的有效性，东方地球物理勘探有限责任公司辽河物探处2016年在辽河坳陷DMT地区开展了低频可控震源激发试验及配套采集技术攻关，取得了很好的实施效果。下面,笔者将重点介绍低频可控震源试验及数字化地震监控技术的应用效果。

1 低频勘探优势及可控震源低频扫描信号实现方法

为满足复杂地质目标更高精度的成像需求，目前地震勘探更加注重宽频地震信号的应用。由于地层吸收衰减特别是近地表吸收衰减对地震信号高频端的限制，通过地面检波器可接收到的地震高频信号难以进一步提高，在当前基础上，通过降低地震子波信号的低频段是拓展地震信号频宽的有效方法。研究和实际勘探表明，低频勘探具有以下几个方面的优势[1，2]：低频信号穿透能力强，利于提高火成岩、煤层等强反射界面下伏地层的成像效果；拓展信号倍频程、减少子波旁瓣、改善地震资料纵向分辨率；利于提高速度反演精度、提高偏移成像质量；降低反演对井资料的依赖度，提高地震反演的精度；利于识别低频伴影，提高岩性地质体和流体的识别能力。

可控震源具有激发子波扫描频率可灵活设置的优势，可针对性的增加低频信号成分，实现宽频信号激发的目的。目前有2种方法可以降低可控震源扫描信号的最低频率[3，4]：

1)常规可控震源拓展低频信号设计。常规可控震源受机械结构以及液压系统流量能力的限制，标定的低频极限一般是6Hz。基于常规可控震源，通过数学手段设计可控震源机械系统能够承受的低频信号，突破可控震源出厂标定的最低频率限制，实现降低扫描信号最低频率的目的。

2)专用低频可控震源激发。改进现有的可控震源机械和液压系统，使之能够激发低频信号。

2 DMT地区可控震源低频扫描信号激发对比分析

辽河坳陷陆上DMT地区基岩及内幕油气藏、岩性油气藏富集，是目标勘探阶段的重点勘探区带。由于该区现有地震剖面中，西部斜坡带边界断裂未完全落实，断裂下盘地层层间关系不清，难以准确弄清基岩构造形态及断裂展布特征；同时，洼陷区沙四段砂砾岩储层纵向分辨率不够，储层平面追踪困难，需要进一步提高地震剖面的分辨率。针对地质需求，地震攻关采用“高密度三维观测系统+低频可控震源高效采集”技术路线实施。三维地震采集前，为验证该区低频信号采集效果，利用专用低频可控震源分别设计1.5～96Hz和3～96Hz的扫描信号，采用表1所示的观测系统进行二维线对比采集。

表1 DMT地区低频可控震源二维线观测系统表

对2种扫描频率采集的二维叠加剖面，进行1～96Hz低频段的分频扫描对比，对应保留1.5～96Hz和3～96Hz的有效地震信号，如图1所示。在1.5～96Hz对应的叠加剖面中，西部斜坡带基底反射能量明显较强，深层地层反射信号同相轴连续性更强，剖面整体品质更高；1.5～3Hz的低频信号对改善深层地层的成像效果作用明显，由此确定DMT地区地震攻关采集，可控震源激发子波应该包含1.5～3Hz的低频信号，源合适的扫描频率为1.5～96Hz。

图1 叠加剖面扫描对比(1～96Hz分频扫描)

3 可控震源高效采集关键技术

DMT地区地表障碍密集，类型多样，主要分为村庄(17.78%)、树林(9.80%)、鱼池及河流(5.36%)、大棚(4.08%)等4大类。相对西部探区沙漠、戈壁区地表障碍稀疏分布而言，如何保证复杂地表区可控震源的高效作业是DMT地区地震攻关顺利实施的关键。另外，地震攻关采用高密度三维观测系统36L×4S×368T×1R，面元10m×20m，炮点距40m，密集分布的炮点也给震源高效作业带来极大挑战。针对可控震源高效作业难点，通过综合应用可控震源滑动扫描、震源行进轨迹预设计、数字化地震监控等关键技术，实现了DMT复杂区的高效地震采集。

3.1 滑动扫描高效激发技术

可控震源按照扫描方式的不同，分为交替扫描(Flip-Flop Sweep)、滑动扫描(Slip-Sweep)、距离分开同步扫描(Distance Separated Simultaneous Sweep)和独立同步扫描(Independent Simultaneous Sweep)等几种[5,6]。滑动扫描技术是在交替扫描技术上发展起来的高效激发技术，一般采用多组震源施工，各震源采用的扫描频率相同，各震次扫描时间可以部分重叠(但最小时间间隔不小于相关后要获得的单炮记录长度)(见图2)。可控震源滑动扫描采集过程中，在放完每组炮之前，仪器连续记录一系列震次激发的地震数据(包括TB(Time Breaking,时断信号)和相关信号的辅助道信息)，形成一个炮与炮间相互重叠的连续母记录。在母记录中，每个震次都有各自对应的TB，虽然震次之间有所重叠，但每个震次扫描的启动时间不同，用相应的VSS(Vibrator Signature System)力信号或者扫描信号与母记录相关就可以得到各震次的有效信息，分离出每个震次独立的单炮记录(见图3)。

图2 可控震源滑动扫描示意图

图3 母记录切分示意图

每台可控震源不必等待上一组震源完成扫描即可开始扫描，这样就大大缩短了相邻2次扫描的间隔时间，从而实现高效采集。DMT地区可控震源滑动扫描具体参数为：扫描长度16s，滑动时间12s，驱动幅度65%。

3.2 震源行进轨迹预设计技术

DMT地区密集分布的水渠、河流、窄涵洞、垄沟和下地口是制约可控震源通行的主要因素。依据该区高精度的卫星图片和实地踏勘获得的地物信息，对采集线束内的激发点，采用“分线束线排”与“分区块”相结合的划分方法，在保证可控震源快速行进的原则下，提前设计可控震源实际行进路线，主要步骤如下：

1)基于分辨率为0.5m的地表卫星图片，以水渠、河流、垄沟等地物为分块界限，将全部激发点划分为116块作业单元；

2)对每个作业单元，进行逐块的实地踏勘，使用GPS记录该作业单元的下地口、出地口、拐点(2炮点间无法直接通过，需通过拐点连接)的准确坐标，并在卫片图上绘制出可控震源行进路线草图；

3)使用Global Mapper软件在卫星图片上进行全部下地口、出地口、拐点的展布，结合某一作业单元中激发点的分布位置，对本单元中炮点及拐点顺次连线，优化、形成可控震源的行进路线和对应的震源轨迹格式文件(见图4)。

图4 DMT地区某作业单元可控震源轨迹形成过程图

3.3 数字化地震监控技术

数字化地震监控技术是将计算机、网络通信、GPS等技术与地震采集技术相结合，形成的集可控震源可视化导航、震源采集任务远程分发、地震作业指挥、采集质量控制于一体的远程化实时监控系统，支撑地震采集全过程网络化、数字化的动态管理，以提高地震生产效率、保证采集资料质量。

3.3.1 可控震源可视化导航(DSG)

可控震源可视化导航系统是基于地理信息系统平台开发的震源车载导航终端，达到厘米级定位精度，支持GPS和北斗卫星定位系统。震源车载终端在显示工区高清卫星图片及障碍物等地物信息的基础上，同时显示作业单元的炮检点、预先设计的震源轨迹路线和震源机组的相对位置，准确引导可控震源在复杂地表区按照既定路线快速行进，实现可控震源自动导航和逐点激发。

在每个炮点激发时，该系统自动对每个震次中心坐标(COG)、震源状态的6个指标(峰值相位、平均相位、峰值出力、平均出力、峰值畸变和平均畸变)和VSS进行记录，依据规定的质控标准判定本次激发单炮是否合格。若激发单炮合格，则车载终端实时提示激发合格，炮点标识的显示颜色变化；若炮点激发不合格，车载终端报警，提示可控震源原地等待，在滑动扫描时序队列分配的时间点再次启震。对已完成激发的全部合格炮点，导航系统通过共享方式，让每台震源机组实时看到炮点分布位置，避免重复激发或放错炮。

3.3.2 震源激发任务远程分发

DMT地区采用16台低频可控震源规模激发，为了使各个震源机组实时接收轨迹文件和作业单元的激发任务文件，在作业营地建立网络服务器，通过4G网络与每台震源建立通信链路，实现激发任务文件远程发放和质控数据的回传，主要步骤如下：

1)在作业营地通过网络服务器，将当天生产的激发任务文件和轨迹文件远程分发给每台可控震源；

2)可控震源通过车载导航终端，实时接收对应文件，并显示需要作业的激发点位置和震源轨迹路线，自动循迹激发；

3)可控震源将单炮激发中记录的质控数据(COG坐标、6项指标和VSS信息)传回到网络服务器，质控人员进行下载，对各个震次的6项指标进行分析并分类统计，判定各台震源的工作状态的好坏和采集单炮的质量。

3.3.3 地震作业指挥系统(DSC)

地震作业指挥系统面向野外采集生产场景，在作业营地集中、动态显示工区地表卫星图片、路口、地物、震源轨迹路线、震源当前作业位置、作业单元激发任务完成进度等信息，指挥人员通过该系统及时掌握野外生产动态；同时，该系统根据设定的时间段，对各个震源机组的状态指标、完成的炮数、炮点的COG偏差等信息进行分项统计，全面展示采集过程中各个震源工作状态和采集资料质量，引导作业人员准确查找影响地震作业的原因，及时采取措施对生产进行动态调配，协调各个机组的作业进度，从而保证生产效率和资料质量。

4 应用

图5 DMT地区采集地震资料叠加剖面对比

通过低频可控震源采集及配套技术的应用，首次在辽河坳陷陆上复杂区取得了低频可控震源地震采集的成功。本次地震攻关在DMT累计采集148776炮，全部震次6项指标合格率达到97.5%，全部震次中心坐标与设计点位偏离小于3m占总炮数的96.7%，使地震采集日效从以往的井炮采集最高1000炮/天增加到震源采集平均2917炮/天；在保证原始资料品质的同时，实现了高效地震采集作业。与该区以往叠加剖面对比表明，该次地震攻关高密度三维观测系统和低频采集的优势得到充分体现，新采集资料叠加剖面中西陡坡构造反射特征明显，地层接触关系明确；洼陷部位资料频率提升显著，层间信息更为丰富；基底低频反射信号能量大幅增加，断点绕射信号明显(见图5)，为复杂构造的高精度成像提供了高品质资料。

5 结论与认识

辽河坳陷陆上各类油气藏的隐蔽性目标勘探对地震技术提出了更高的要求，复杂的地表条件对地震采集方案的实施提出极大的挑战。DMT地区三维地震攻关效果表明，面对辽河坳陷陆上复杂的地质、地表条件，通过低频可控震源高效采集作业，能在一定的勘探成本范围内支撑高密度、高覆盖三维地震技术方案的工业化实施，证明了低频可控震源采集技术在辽河坳陷陆上复杂区应用的有效性。通过本项目的研究与实施，形成以下几点认识：

1)在辽河坳陷陆上地震勘探中，采用“高密度三维观测系统+低频可控震源高效采集”技术路线实施地震采集，可以进一步提高地震资料品质，实现地震勘探技术经济的一体化。

2)低频可控震源激发能进一步增加地震子波低频信号成分，拓展地震资料的有效频宽；但由于拓展的低频信号能量相对较弱，需要在后续的处理解释中进行针对性地保护，才能更好地发挥出低频信号的作用。

3)辽河坳陷陆上复杂区可控震源的高效采集，关键是要提前弄清作业区限制震源通行的障碍物分布，准确设计震源行进轨迹，从而引导可控震源快速行进和循迹作业。

致谢：辽河坳陷低频可控震源地震采集技术是所有参加过该项目的研究人员集体智慧的结晶；同时，在该项目的研究过程中，特别得到了东方地球物理公司新疆物探处黄永平总工程师、东方地球物理公司采集技术支持部肖虎副总工程师的指导和帮助，在此表示衷心的感谢！

[1]M·E·什内尔索纳.可控震源地震勘探[M].李乐天等译.北京：石油工业出版社，1993.

[2]倪宇东，王井富，马涛，等.可控震源地震采集技术的进展[J].石油地球物理勘探，2011，46(3):349～356.

[3]倪宇东，秦天才，纪迎章，等.可控震源地震勘探采集技术 [M].北京：石油工业出版社，2014.

[4]李红远，谷东辉，门哲，等.可控震源宽频激发技术及应用[A].中国石油学会物探技术研讨会[C].宜昌，2015.

[5]魏国伟，张慕刚，魏铁，等.可控震源滑动扫描采集方法及应用[J].石油地球物理勘探，2008，43(增刊2):67～69.

[6]丁伟，胡立新，何京国，等.可控震源高效地震采集技术研究及应用[J].石油物探，2014，53(3): 338～343.

[编辑] 洪云飞

2016-06-16