辽河油田青龙台地区高分辨率地震采集技术攻关

董文波

(中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院，辽宁盘锦 124010)

辽河油田青龙台地区高分辨率地震采集技术攻关

董文波

(中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院，辽宁盘锦 124010)

基于模拟检波器采集的地震资料频带宽度窄，制约了分辨率的提高。针对此问题，开展了采用数字检波器进行高分辨率地震资料采集工作的研究，通过试验对比了数字检波器单点接收与模拟检波器组合接收的差异，并在辽河油田青龙台地区开展了基于数字检波器的三维地震采集技术攻关。得出以下结论：数字检波器单点采集的原始资料频带宽度为2～120 Hz，比模拟检波器组合采集的资料拓宽近30 Hz，证明在该区采用数字检波器进行地震资料采集以提高原始资料频带宽度切实可行；采用10 m×10 m面元、纵横比为0.83、覆盖次数为300次的观测系统时在该区能较好地发挥数字检波器的频宽优势，并能使其信噪比满足大于1的要求；可控震源与炸药震源联合使用可以提高激发点的密度和均匀性；风干扰对资料高频端信噪比影响较大，激发时风力须不大于2级。

高分辨率地震勘探；地震采集；数字检波器；可控震源；观测系统

辽河油田经过近50年的勘探与开发，勘探目标已经由浅层转向深层，由简单的构造油气藏转向隐蔽油气藏[1]，由物性好的厚层转向薄层、薄互层，而这些转变需要具有高分辨率的地震资料作为研究基础[2-5]。但是目前研究所应用的地震资料，由于原始资料频带宽度的限制，尽管开展了高分辨率处理，分辨率有一定程度的提高，但是仍然难以满足精细地质研究的需要。为此辽河油田在青龙台地区开展了高分辨率勘探地震采集技术攻关，通过采用数字检波器单点接收、优化观测系统设计、炸药震源与可控震源联合激发以及强化野外施工等几个方面进行技术改进，获得了宽频带、高品质的原始地震资料,为后续的高分辨率处理奠定了坚实的资料基础。本文旨在通过对本次地震采集进行总结，探索一套适合辽河探区的高分辨率勘探地震采集工作方法，以期为辽河油田以及其他地区开展基于数字检波器的高分辨率地震采集技术研究提供指导。

1 高分辨率地震采集关键技术

1.1 数字检波器接收技术

辽河油田常规地震采集工作均采用模拟检波器以面积组合的方式进行接收，由此来提高原始资料的信噪比。这种采集方式对于压制面波以及随机干扰具有较好的效果[6]，但是对于以拓宽频带为目标的高分辨率地震勘探则具有负面影响[7]，具体表现在以下两个方面：①由于模拟检波器动态范围、自然频率以及敏感性等参数的影响，其线性频带仅为10～80 Hz，缺失低频和高频成分[8]，限制了原始资料的频带宽度，进而影响了成果数据的分辨率；②野外检波器组合接收将各个检波点接收到的地下不同反射点的信号相互叠加后作为中点的信号输入，这实际上是对多个信号取了平均，这种方式不仅具有低通滤波的作用，会滤掉地震波的高频成分，使其频谱变窄，波形被展宽，直接导致分辨率降低，而且组合后的地震波波形会发生畸变，这对于以拓宽频带提高分辨率为目的的高分辨率地震勘探是极为不利的[9]。

但数字检波器与模拟检波器相比具有以下优点：①数字检波器的频率响应是线性的，高频端可达800 Hz，低频端达3 Hz，远远大于地震反射的有效频带，有利于高频弱反射信号的记录[10]；而模拟检波器超过350 Hz会产生寄生震荡，难以记录真实的地震信号。②数字检波器的相位特性基本为一条直线，相位延迟小，有利于高频成分的记录(图1)。③数字检波器的动态范围可达120 dB，比模拟检波器的动态范围高出约50 dB，更有利于提高高频弱信号的能量。④数字检波器的谐波畸变指标小于0.003%，对于外界电磁信号干扰的影响几乎可以忽略不计。⑤数字检波器可以实现24位全数字输出，避免了数据传输过程中的电磁感应和串音现象[11]，而且数字检波器单点接收避免了由于检波器组合导致的地震波波形畸变，提高了原始资料的保真度[12]。基于上述分析，本次攻关采用了数字检波器单点接收代替常规模拟检波器组合接收的采集方式。

图1 数字检波器与模拟检波器相位特性和频率响应对比

1.2 观测系统优化设计技术

基于数字检波器采集的单炮资料具有较宽的频带宽度，但是干扰背景强，所以采用数字检波器单点接收的方式进行高分辨率地震勘探，观测系统设计的核心是最大程度地发挥数字检波器的频带宽度优势，并通过采集参数的合理设计弥补其抵抗噪音能力差导致原始资料信噪比低的缺点。本次采集在综合考虑青龙台地区地震地质条件及目标地质体特点的基础上，在设计观测系统时，重点考虑了以下几个方面：①减小面元，以保护最高频率，提高纵、横向分辨率和成像清晰度，最大程度发挥数字检波器的优势；②宽方位观测，以获得全方位的高分辨率空间成像和更好的多方向小断层的成像效果[13]；③增加覆盖次数以提高信噪比，由此弥补数字检波器单点采集原始资料信噪比低的缺点。

(1)面元。

面元是影响数字检波器能否最大程度发挥其宽频优势以获取高品质原始资料的关键参数[14]。考虑到青龙台地区目的层沙三段地层倾角较大的特殊性(平均大于30°)，面元的设计首先应该满足地层倾角较大处90 Hz信息同相叠加的要求。通过计算，面元应小于12.85 m。在此基础上重点考虑需要保护的最高频率。通过前文试验结果可知，基于数字检波器采集的单炮资料在沙三段频带宽度可达2～120 Hz，而满足沙三段纵向分辨率10 m要求需要保护的最高频率为90 Hz。通过图2单炮F-K谱分析可以看出满足90 Hz有效信号无污染采样所要求的道距应不大于20 m。而通过图3对二维试验不同面元的剖面进行对比可知，当面元为5 m和10 m时，剖面成像清晰，层间信息丰富，细节变化明显，而且两者品质相差不大；当面元增加至15 m时，剖面品质下降较大，成像清晰度、视分辨率以及层间信息明显减少。综合考虑上述因素，最终确定本次采集的面元为10 m×10 m。

图2 10 m、20 m、30 m、40 m道距单炮F-K谱分析

图3 不同面元对成果数据的影响

(2)覆盖次数。

由于数字检波器灵敏度高，且采用单点的方式进行采集，压制噪音的效果差，所以在设计观测系统时，提高覆盖次数压制噪声是提高信噪比的关键[15]；而信噪比又是分辨率的基础，所以覆盖次数直接影响着原始资料的分辨率。理论上覆盖次数越高，压制噪音的效果越好，越有利于三维速度分析和准确地估算静校正量。但覆盖次数受限于采集作业成本，所以覆盖次数的设计既要满足原始资料高频端的信噪比要求，同时也要兼顾采集作业成本。二维试验结果表明：当覆盖次数达到240次时，单炮信噪比平均为1.1，满足期望信噪比大于1的要求且能兼顾勘探成本(图4)。

(3)方位角。

青龙台地区不同宽窄方位处理的叠加剖面表明：宽方位观测有利于接收更多更强的绕射信息，而且复杂构造区小断层的成像效果更好。此外，据凌云研究组研究表明，宽方位观测还具有以下优点：①在面元大小和覆盖次数一定的条件下，宽方位角观测的最终空间成像分辨率优于窄方位角的观测结果；②宽方位角观测可以获得全方位的高分辨率空间成像，更适合河流相储层、岩性边界及复杂断裂的勘探；③宽方位角有利于衰减人文干扰和部分规则干扰；④宽方位角观测具有更强的衰减多次波的能力[13]。本次采集具有较高的覆盖次数和较小的面元，具备宽方位观测的基础。综合考虑上述因素，通过论证采用了最大非纵距为2390 m、纵向最大炮检距为2870 m、纵横比为0.83的宽方位观测系统(图5)。

图4 数字采集二维试验信噪比统计

图5 方位角分布图

基于上述分析，结合其他参数的论证，本次地震采集的观测系统如下：

表1 观测系统参数表

1.3 震源联合应用技术

激发点、接收点的密度和分布均匀性直接影响偏移剖面的纵、横向分辨率以及压制噪声的效果和偏移噪声的大小[16-17]。青龙台地区地表条件复杂，障碍物多，而炸药震源受地表条件限制严重，激发点难以均匀布置。对此，为最大程度地提高激发点分布的均匀性，设计了炸药震源和可控震源联合的激发方式。

在无障碍地区，根据药量和激发井深考核试验结果，采用9 m井深、3 kg的炸药震源进行激发，高频成分可以达到最佳效果。在障碍区内采用可控震源激发，激发时需考虑以下两方面的问题：一是将可控震源与炸药震源在能量、频谱、子波一致性等方面进行对比，以确定激发参数；二是激发时减少震动次数，增加激发点密度，由此避免多次震动导致信号一致性差的问题，并压制环境干扰和激发时产生的干扰，有利于提高信噪比和成像精度[18]。由图6可以看出，当采用KZ28AS震源单台单次滑动扫描、扫描频率6～90 Hz、扫描长度14 s、驱动幅度75%时，与9 m井深、3 kg的炸药震源激发相比，在能量等激发参数上具有较好的一致性，可以联合使用。采用可控震源激发的区域将震源间距由20 m缩小到10 m，震源数量为采用炸药震源数量的2倍，可以提高障碍区激发点的密度和均匀性。

图6 可控震源与炸药震源激发效果对比

1.4 低噪接收技术

由数字检波器灵敏度高的特点可以得出，在野外施工时降低环境噪音的影响是提高信噪比的另一个重要方面。试验证实，对单炮资料影响较大的有两个方面：一是检波器的耦合效果[19]，二是风干扰。

当数字检波器的耦合效果不好时，高频微震增强反而不利于高分辨率勘探，所以采用数字检波器进行采集时必须改进检波器埋置工艺，以提高耦合效果。本次工作采用打眼机结合防伤害冻土钻头打眼来进行检波器的埋置。特殊地表如水泥地面、冰面以及柏油路等，则采用将检波器插入特制的水泥坨中并用沙袋压实的方式采集，确保水泥坨与大地最佳耦合。由图7的对比试验可以看出，该埋置方式的记录质量明显优于常规的埋置方式。

图7 数字检波器不同埋置方式记录质量对比

第二个方面是风干扰的影响。风干扰的频谱主要集中在高频端，这对于保护高频有效信号有较大的作用。由图8可以看出，当风力大于2级时，记录质量开始受到严重影响，表明干扰背景明显加强，所以需要严格控制激发时段，在风力小于2级时进行激发，以有效控制野外采集过程中产生的高频噪音。

2 应用效果分析

由图9可以看出，模拟检波器组合接收采集的老资料的单炮记录中的信噪比明显高于数字检波器单点接收的数据；但数字检波器单点采集的单炮记录品质提高明显，反射层次清晰、视频率高且具有丰富的层间信息。由图10频谱对比可以看出，新资料具有明显的频率优势，东营组(1.5s)频带宽度为2～145 Hz，沙河街组一段(2.0 s)频带宽度为2～125 Hz，沙三中亚段(2.5 s)频带宽度为2～120 Hz，与模拟检波器组合检波相比，频带宽度拓宽约30 Hz。由图11中数字采集的叠加剖面的视频率对比可以看出，图11a中的视频率明显高于图11b中的视频率，而且具有更丰富的层间信息，地层接触关系也更加清晰。

图8 风干扰对地震记录的影响对比

图9 单炮记录效果对比

图10 单炮记录频谱分析

图11 Line1387叠加剖面效果对比

3 认识与结论

青龙台地区基于数字检波器的地震采集项目是辽河油田开展的诸多高分辨率地震勘探技术攻关中较为成功的一个，原始资料的频带宽度较老资料拓宽了近30 Hz，为后续的高分辨率处理奠定了基础，由此证明了数字检波器在高分辨率勘探地震采集中的巨大优势和潜力。但是提高地震资料分辨率是一项涉及野外采集、室内处理与解释的系统工程，需要各个环节的技术水平同时加强。

通过本次研究，取得以下几个方面的结论：

(1)数字检波器单点接收在拓宽原始资料频带宽度方面效果明显，在青龙台地区，与模拟检波器组合接收得到的资料相比，频带宽度拓宽了近30 Hz。

(2)减小面元、提高激发点的密度和均匀性，是使数字检波器最大程度地发挥其宽频优势的重要保证。

(3)数字检波器抗噪音能力差，综合提高覆盖次数、震源联合应用以及提高检波器耦合效果等多

种手段，是压制噪音以提高原始资料分辨率的有效方法。

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An Application Example of High-Resolution Seismic Acquisition Technology of Qinglongtai Area in Liaohe Oilfield

Dong Wenbo

(PetroleumExplorationandDevelopmentResearchInstitudeofLiaoheOilfieldCompany,PetroChina,Panjin,Liaoning124010,China)

The bandwitdh of seismic data which acquisited from the analog geophones was narrow. It restricted the raise of the seismic resolution. To resolve this problem, we carried out the seismic acquisition job based on the digital geophone. At first ,We compared the difference between digital geophone and analog geophone through the 2D experiment . Besides, we carried out 3D seismic acquisition technology based on digital geophone in Qinglongtai area of Liaohe oilfield. Concluded as follows: The bandwidth of original data acquisited from digital geophone is 2～120 Hz, which is nearly 30 Hz higher than that of the analog geophone. It has proved that it is practicable to use the digital geophone for seismic data acquisition to improve the original data bandwidth. When the key parameters such as binning is 10m×10m, the mean aspect ratio is 0.83, the number of fold times is 300, the bandwidth advantage of the digital geophone can be well displayed in this area, and the SNR can meet the requirement of more than 1. The combination of vibrating source and explosive source can increase the density and uniformity of the excitation point. The acquisition job can not be go on when the wind exceed force 2, because the wind noise can have a bad effect on the front end of single shot record.

high-resolution seismic exploration； seismic acquisition； digital geophone； vibrator； observation system

董文波(1986—)，男，辽宁沈阳人，硕士，工程师，主要从事地震资料采集、解释以及储层预测等方面的工作。邮箱：dongwenbo.163@163.com.