低频可控震源“两宽一高”地震勘探的应用

2017-12-18张丽艳于常青

石油地球物理勘探 2017年6期

关键词：宽频震源方位

张丽艳李昂于常青

(①中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁沈阳 110034； ②中国地质科学院地质研究所，北京100037)

·综合研究·

低频可控震源“两宽一高”地震勘探的应用

张丽艳*①李昂①于常青②

(①中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁沈阳 110034； ②中国地质科学院地质研究所，北京100037)

“两宽一高”是指宽方位、宽频带、高密度三维地震勘探，能够记录更完整的波场信息，假频少、低频信息丰富，有利于薄互层油气藏的刻画和地层各向异性研究。以实际的“两宽一高”资料为基础，从原始资料的波场特征、信噪比及频带等三方面对比分析了“两宽一高”资料的优势和特点，确定了针对“两宽一高”资料的处理技术和流程。利用最终成像结果对断层和砂体进行刻画和描述，体现了“两宽一高”地震勘探的优势。

“两宽一高” 可控震源低频宽频带高分辨率

1 引言

如今油气勘探开发面临的地质问题越来越复杂，难度越来越大[1,2]。在油田勘探开发的中后期对三维地震技术的要求越来越高，如何综合利用地质和地震资料进行油气勘探，并且使地震的作用最大化，是地球物理学家追求的目标之一，地震勘探也由原来的常规三维发展到“两宽一高”三维。“两宽一高”地震指宽方位、宽频带和高密度的地震采集。宽方位是指地震勘探三维排列的横纵比大于0.5，目前宽方位勘探的横纵比一般都在0.7以上[3]；宽方位地震勘探可以获得较完整的地震波场信息，提高断层及岩性的识别能力。宽频带是指采集的原始资料相对频宽——倍频程增加，即在同一分贝下，低截频值变小，高截频值变大，低频端和高频端同时向两端扩展。低频有效成份在地震勘探采集时越来越重要，直接关系到后续的宽频处理；另外，低频信息在全波形反演及油气检测中的作用也非常关键[4]。高密度是指小面元地震采集，同时覆盖次数也大幅度增加，有利于地质体的横向分辨率和纵向分辨率的提高。“两宽一高”三维地震勘探技术逐渐成熟，在国内外地震勘探中得到了广泛应用，如新疆塔里木油田“两宽一高”地震采集的密度已达到1070万道/km2；在准噶尔盆地实施了多块“两宽一高”三维地震采集，大幅度提高了地震资料的品质；辽河油田的“两宽一高”地震勘探面元大小为10m×10m，覆盖次数为256次，横纵比为0.91，接近于全方位采集。在海外的AGM区块及乍得Bonger盆地都采集了“两宽一高”地震资料，取得了较好的地震勘探效果[5-7]。“两宽一高”三维地震勘探激发方式大多采用低频可控震源激发[8]。与井炮激发方式相比，低频可控震源有其独特的优势，每日采集可达到2～4万炮，在提高采集效率、降低成本的同时，降低了HSE风险。低频可控震源的扫描频带为1.5～96Hz，可达6个倍频程，对于薄储层的研究具有重要意义。大庆油田已全面进入精细勘探阶段，储层高含水，单砂体薄，2～3m的薄储层占80%，储层横向变化快，水平井井位部署难度大，如何利用高分辨率三维精细地震勘探提高2～3m薄储层的预测精度是目前三维地震勘探面临的主要难题。2015年大庆油田在三肇地区利用低频可控震源采集了“两宽一高”三维地震资料，本文以此为基础，分析了可控震源资料的固有特征和资料处理难点，针对难点开展研究，确立了针对可控震源的“两宽一高”的处理关键技术，重点突出宽频带、宽方位的高分辨率保幅处理，并取得了较好的成像效果，为后续的高精度薄储层预测和反演提供了高质量的数据。

2 采集参数及原始资料特征分析

2015年大庆油田在三肇地区采集了“两宽一高”地震资料，表1为新、老(常规三维地震)采集参数的对比。“两宽一高”资料由低频可控震源激发，扫描频带为1.5～96Hz，单点模拟检波器接收，横纵比为0.83，覆盖次数为480次，面元尺寸为5m×10m；老资料采用炸药震源激发，组合检波器接收，面元尺寸为20m×20m，横纵比为0.47，属常规窄方位采集。“两宽一高”观测系统的炮密度是常规老资料的6.4倍，道密度是53倍，接收线距是0.6倍，是真正的宽方位、高密度、高覆盖、宽频带三维地震采集。

图1是低频可控震源“两宽一高”和常规三维地震的原始资料的对比，也是单点检波器接收和组合检波器接收的对比，可以看出：由于“两宽一高”是高密度地震，排列长、道距小、面元小，地震信号的空间采样率得到了提高，在满足空间采样定理的前提下，有效波和干扰波都能得到较完整的刻画(图中红色方框)，更有利于处理过程中的噪声去除；从信噪比方面看，由于常规三维地震勘探采用的是组合检波器接收，具有一定的去噪作用，信噪比相对较高，面波视速度小、频率低，油井干扰较少；单点检波器接收，面波频带宽、视速度大，油井和外源干扰也非常严重(图1a中蓝色方框)。除此之外，还存在可控震源的特有噪声干扰——谐波[9，10]。当可控震源进行滑动扫描时，由于前一次扫描还没有结束，后一次扫描已经开始，对于升频扫描方式，下一组震源的谐波与上一组震源的基波信号混叠在一起，在相关后的地震记录上形成了谐波干扰，而且滑动时间越短，谐波干扰越强，当勘探目标为弱反射层或者薄层时，谐波的影响不可忽略。谐波干扰横向上波及十几道的范围，随着时间的持续，能量逐渐增强，频率主要在40～60Hz之间。图1c和图1d为谐波干扰在单炮上的表现特征、频谱及时频谱。

表1 “两宽一高”和常规三维地震观测系统的对比

图1 “两宽一高”资料和常规三维地震资料原始单炮特征分析

图2是图1a、图1b单炮记录1.0～2.0s时窗的频谱，可以看出，“两宽一高”资料的频宽为4～45Hz，常规三维地震的频宽为9～50Hz，可控震源资料在低频端信息更丰富，高频端的信号能量比炸药震源稍弱。

选取“两宽一高”资料和常规三维资料原始单炮记录的相同时窗进行六个频段的频率扫描：2Hz以下、4～8Hz、8～16Hz、16～32Hz、32～64Hz、70Hz以上。图3和图4分别是二者的单炮分频扫面记录。从低频端的频率扫描来看，“两宽一高”资料在2Hz频率以下频段目的层1.4s处(图3a中红色方框内)还能见到较强能量，而常规三维地震资料在2Hz以下几乎见不到有效信号；随着频率的增加，在优势频带内，“两宽一高”资料的品质非常高。“两宽一高”资料在70Hz以上频段0.8s以后能量非常弱(图3f中红色箭头)，常规三维地震资料70H以上频段1.4s以后的能量相对于“两宽一高”资料较强，这是由于“两宽一高”资料采用的是低频可控震源激发，扫描截止频率到96Hz，常规三维地震采用炸药震源激发。如何提高可控震源的高频信号的能量，是今后需要加强研究的方向。

图2 “两宽一高”(a)和常规(b)三维地震单炮记录频谱对比

图3 “两宽一高”地震资料的不同频段扫描结果

图4 常规三维地震资料的不同频段扫描结果

3 “两宽一高”处理技术

由于“两宽一高”资料与常规三维资料相比具有高密度、宽方位、宽频带、高覆盖的特点和优势，所以在处理时应采取与常规三维地震不同的技术，在处理技术上应体现出“两宽一高”资料的特点。图5是二者处理技术流程的对比。图5a流程中绿色部分是“两宽一高”资料处理的关键技术。从处理流程可以看出，“两宽一高”的处理流程重点体现了在激发方式不同的情况下，针对可控震源的处理技术，主要包括波场的特征分析、信噪分离、如何增强低频弱信号的能量及扩展高频能量的宽频处理、OVT域的宽方位处理等。具体表现为以下四方面。

(1)噪声去除。由于“两宽一高”资料能够记录更完整的波场信息，所以噪声的特征也表现得相对完整，尤其是面波的刻画。针对“两宽一高”资料面波的去除，应该采取更适合的方法。本文主要采用自适应面波衰减技术对面波进行有效去除。该技术提取面波的速度和频率参数，通过可逆的子波变换，将输入数据分解为不同频率—波数域子集，在每个子集中通过波动方程进行弹性建模并计算自适应参数，最终再根据每个子集中面波特征在f-x域进行扇形滤波，减去不同阶数的面波，该方法更适应“两宽一高”资料对面波刻画更完整的情况。第二类噪声是针对谐波干扰的去除，方法很多[9-14]，本文主要采取基于模型的相关方法对谐波干扰进行有效的去除，并取得了较好的效果。

(2)反褶积方面。“两宽一高”的可控震源资料是零相位的，由于可控震源扫描信号激发(图6a)所采集的地震数据是由可控震源子波与地下地层介质的反射系数序列的褶积结果，而可控震源子波是可控震源激发采集的地震数据经过自相关后得到的，为零相位(图6b)，所以可控震源采集的“两宽一高”资料是零相位的。但是，为了满足反褶积的假设条件，在反褶积前应该做最小相位化处理，这与炸药震源资料处理不同。

(3)宽方位处理。“两宽一高”资料的横纵比达到0.87，是真正的宽方位资料，能够全方位记录地下的波场信息和照明引起的不均现象，所以针对“两宽一高”资料的宽方位处理应该采取针对性的、能体现宽方位特征的处理，既OVT域的处理，在OVT域进行去噪、规则化、偏移等处理[15-19]。因为方位各向异性特征在宽方位资料上表现得更完整，有利于方位各向异性研究，进行方位各向异性校正，消除各向异性的影响，提高地震资料的分辨率。图7a、图7b为“两宽一高”资料OVT域偏移后的道集校正前、后的对比，该OVT域的方位道集是在360°范围内，地震波场随方位的变化，体现了地下方位各向异性的特征，其中紫色的线代表炮检距的变化，绿色的线代表方位角0°～360°内的变化。从图中可以看出，由于方位各向异性的影响，偏移后的方位道集存在波浪形曲线形状，这种特征在图中1.0～1.2s表现尤其明显(图中红色方框标识处)，波浪形曲线的顶点和底点分别代表各向异性的主方向和垂直方向(也就是裂缝的走向和垂直方向)，通过方位各向异性校正后，消除了这种方位各向异性的影响，同相轴校平。图7c和图7d分别是方位各向异性校正前、后成像剖面的对比，可以看出，校正后的剖面在成像精度和信噪比方面都要优于校正前的剖面，而且经过方位各向异性校正后，层间的弱信号能量得到加强(图中黑色箭头指示处)。

图5 “两宽一高”资料(a)和常规三维(b)处理技术流程对比

图6 可控震源扫描信号(上)及自相关子波(下)

(4)宽频处理。可控震源扫描频率为1.5～96Hz，低频端具有较强的优势，但是能量相对较弱，为了增强低频弱信号的能量，同时拓宽高频有效信号成分，在提高倍频程的前提下，提高其绝对频宽，

图7 OVT域偏移后的方位各向异性校正效果

使得“两宽一高”资料达到真正意义的宽频，所以在“两宽一高”的处理流程上体现了针对可控震源的近地表吸收衰减补偿技术和低频补偿技术[20]。可控震源的近地表吸收衰减补偿技术，主要是在进行相位调整的同时，进行高频能量的扩展。由于可控震源激发是在地表进行的，近地表的吸收衰减既包含从炮点传播经过非弹性地层的衰减，又包含检波点在非弹性地层中传播时的吸收衰减，所以针对可控震源资料的近地表吸收衰减补偿需要对炮点和检波点都进行补偿。低频补偿技术主要是针对可控震源的低频信号进行的，低频震源可以输出丰富的低频信号，但是由于仪器响应以及地层的吸收衰减等因素的影响会造成低频的损失，这部分损失的低频能量需要进行合理的补偿处理，才能充分发挥低频信息的作用。基于地震数据子波的低频补偿技术，针对频谱特点合理地进行低频补偿，拓宽有效信号的低频成分。

图8为采用上述两流程处理得到的最终成像剖面及频谱对比。从频谱图(图8c和图8d)可以看出：常规三维资料的有效频带为10～82Hz，约为3个倍频程； “两宽一高”有效频带为3～80Hz，约为4个倍频程，高频成份略低、但低频信息相对较丰富。倍频程的增加可以减少视分辨率的假象，低频成份对提高地震资料分辨率、识别薄储层也起着重要作用。从成像剖面可以看出“两宽一高”资料能够使小断层成像更清晰，断点收敛更干脆(图8a、图8b中黑色箭头标注处)，图8a中左侧两处断层，在1.0～1.4s之间整个断面成像从浅到深成像都非常清楚(绿色箭头标注处)，优于常规三维资料。

图8 “两宽一高”资料和常规三维处理结果对比

4 “两宽一高”资料识别小断层和单砂体

图9是“两宽一高”三维地震资料和常规三维地震资料的相干体切片对比，可以看出，两种资料都能反映出该地区断层的空间展布、走向及发育情况，但是“两宽一高”资料能更清楚地反映断层平面组合关系、连续性和线性特征(图中椭圆标注处)。由于“两宽一高”资料的低频较丰富，成像剖面的低频可达3Hz。低频成分具有相对稳定、传播距离远、穿透能力强，能更好地识别深层或屏蔽层下的地质目标，增强特殊岩性体的识别能力。低频成分的增加可以减少视分辨率的假象，在反演时能够降低地震反演对测井资料的依赖，有效提高波阻抗反演的精度。从反演剖面(图10)可以看出，“两宽一高”资料纵向分辨率比常规三维资料有较为明显的提升，图中黑色方框内标注的Fangfu124-53井在0.8～1.0s之间两套砂体的叠置关系得以突出，反映出第一套砂体为指状的三角洲前缘相沉积，纵向上砂层较薄、横向上有一定的延伸长度，第二套为具有正韵律结构的河道砂体沉积，纵向砂体较厚，横向上成“短轴状”。而常规资料由于分辨率较低，上面的砂体完全与上覆地层混在一起，下面的砂体也没有刻画出来。整体上“两宽一高”资料与井上砂岩有较好的对应关系，吻合程度也高于常规三维资料。

图9 “两宽一高”资料和常规三维对小断层刻画对比

图10 “两宽一高”资料和常规三维资料对砂体刻画的对比

5 结论和认识

(1)“两宽一高”是精细三维地震的发展趋势，将成为岩性油藏地震勘探的主要技术手段；

(2)低频可控震源扫描频率为1.5～96Hz，能够实现“两宽一高”三维地震经济、高效采集，增加低频成分、提高分辨率，实现真正意义的宽频采集；

(3)“两宽一高”三维地震处理技术与常规三维地震处理技术存在很大的差异，主要体现在如何提高低频和高频有效信号能量的宽频处理和更加注重了OVT域内的方位处理及方位各向异性的研究；

(4)“两宽一高”地震资料面元小、覆盖次数高，纵向分辨率和横向分辨率都优于常规三维地震资料，无论在刻画断层平面展布还是砂体描述方面都优于常规三维地震资料，且与井的吻合度较高。

感谢东方地球物理公司研究院提供了技术支持。

[1] 张保庆，周辉，左黄金等.宽方位地震资料处理技术及应用效果.石油地球物理勘探，2011，46(3)：396-400.

Zhang Baoqing，Zhou Hui，Zuo Huangjin et al.Wide azimuth data processing techniques and their application.OGP，2011，46(3)：396-400.

[2] 张军华，朱焕，郑旭刚等.宽方位角地震勘探技术评述.石油地球物理勘探，2007，42(5)：603-609.

Zhang Junhua，Zhu Huan，Zheng Xugang et al.Summary of wide-azimuth seismic exploration technique.OGP，2007，42(5)：603-609.

[3] 王学军，于宝利，赵小辉等.油气勘探中“两宽一高”技术问题的探讨与应用.中国石油勘探，2015，20(5)：41-53.

Wang Xuejun，Yu Baoli，Zhao Xiaohui et al.Development and application of “2W1H” technique in oil and gas exploration.China Petroleum Exploration，2015，20(5)：41-53.

[4] 孔德政，于敏杰，刘新文等.两宽一高地震采集技术在复杂山前带的应用及效果分析.新疆石油天然气，2016，12(1)：33-38.

Kong Dezheng，Yu Minjie，Liu Xinwen et al.Application and effects of the “two-wide one-high” seismic acquisition technique in complex piedmont.Xinjiang Oil & Gas，2016，12(1)：33-38.

[5] 王兆磊，公亭，李隆梅等.高密度宽方位地震资料处理技术研究进展.物探化探计算技术，2015，37(4)：465-471.

Wang Zhaolei，Gong Ting，Li Longmei et al.The new progress of high-density and width azimuth seismic data processing.Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration，2015，37(4)：465-471.

[6] 凌云研究小组，宽方位角地震勘探研究.石油地球物理勘探，2003，38(4)： 350-357.

Ling Yun Study Group.Application and study on wide azimuth seismic exploration.OGP，2003，38(4)：350-357.

[7] 裴家学.宽方位地震资料在陆西凹陷勘探中的应用.大庆石油地质与开发，2015，34(5)：146-150.

Pei Jiaxue.Application of the wide azimuth seismic data in the exploration of Luxi Sag.Petroleum Geology and Oilfield Development in Daqing，2015，34(5)：146-150.

[8] 汪恩华，赵邦六，王喜双等.中国石油可控震源高效地震采集技术应用与展望.中国石油勘探，2013，18(5)：24-34.

Wang Enhua，Zhao Bangliu，Wang Xishuang et al.Application and outlook of vibroseis acquisition techniques with high efficiency of CNPC.China Petroleum Exploration，2013，18(5)：24-34.

[9] 伍建，王润秋，魏加明等.可控震源地震数据谐波滤除方法.石油地球物理勘探，2014，49(1)：47-52.

Wu Jian，Wang Runqiu，Wei Jiaming et al.A method for vibroseis data harmonic filtering.OGP，2014,49(1)：47-52.

[10] 曲英铭，李振春，韩文功等.可控震源高效采集数据特征干扰压制技术.石油物探，2016，55(3)：395-407.

Qu Yingming，Li Zhenchun，Han Wengong et al.The elimination technology for special interference in vibroseis efficient acquisition data.GPP，2016，55(3)：395-407.

[11] 赵殿栋，胡立新，宋桂桥等.可控震源时变滑动扫描及低频能量补偿技术.中国石油勘探，2016，21(3)：116-123.

Zhao Diandong，Hu Lixin，Song Guiqiao et al.Tech-nology of variable slip time sweep and low-frequency energy compensation with vibroseis operation.China Petroleum Exploration，2016，21(3)：116-123.

[12] 林娟，罗勇，刘宜文等.可控震源滑动扫描谐波干扰压制方法.石油地球物理勘探，2014，49(5)：852-856.

Lin Juan，Luo Yong，Liu Yiwen et al.Harmonic interference suppression on vibroseis slip sweep data.OGP，2014，49(5)：852-856.

[13] 胡江涛，王华忠，王兆磊.利用可控震源谐波提高地震数据分辨率.石油地球物理勘探，2013，48(6)：876-881.

Hu Jiangtao，Wang Huazhong，Wang Zhaolei.Broadband seismic data with vibroseis harmonics.OGP，2013，48(6)：876-881.

[14] 刘玉海，尹成，潘树林等.基于非线性扫描技术的可控震源地震勘探分辨率提高方法.东北石油大学学报，2013，37(2)：55-62.

Liu Yuhai，Yin Cheng，Pan Shulin et al.A high resolution research with nonlinear signal to improve vibrator exploration based on nonlinear scanning.Journal of Northeast Petroleum University，2013，37(2)：55-62.

[15] 段文胜，李飞，黄录忠等.OVT域宽方位层析速度建模与深度域成像.石油地球物理勘探，2016，51(3)：521-528.

Duan Wensheng，Li Fei，Huang Luzhong et al.Wide azimuth tomographic velocity model building and depth imaging in the OVT domain.OGP，2016，51(3)：521-528.

[16] 詹仕凡，陈茂山，李磊等．OVT域宽方位叠前地震属性分析方法．石油地球物理勘探，2015，50(5)：956-966.

Zhan Shifan，Chen Maoshan，Li Lei et al.OVT-domain azimuth prestack seismic attribute analysis.OGP，2015，50(5)：956-966.

[17] 段文胜，李飞，王彦春等.面向宽方位地震处理的炮检距向量片技术.石油地球物理勘探，2013，48(2)：206-213.

Duan Wensheng，Li Fei，Wang Yanchun et al.Offset vector tile for wide-azimuth seismic processing.OGP，2013，48(2)：206-213.

[18] Schapper S，Jefferson R，Calvert A et al.Anisotropic velocities and offset vector tile prestack-migration processing of the Durham Ranch 3D，Northwest Colorado.The Leading Edge，2009，28(11)：1352-1361.

[19] Wang Shirui，Ling Yun，Guo Xiangyu.Application of wide azimuth land 3D - a case history.SEG Technical Program Expanded Abstracts，2003，22：490-493

[20] 公亭，王兆磊，顾小弟等.宽频地震资料处理配套技术.石油地球物理勘探，2016，51(3)：457-466.

Gong Ting，Wang Zhaolei，Gu Xiaodi et al.Broadband seismic data matching processing.OGP，2016，51(3)：457-466.

*辽宁省沈阳市黄河北大街280号中国地质调查局沈阳地质调查中心，110034。Email：moonliyan@sohu.com

本文于2017年1月4日收到，最终修改稿于同年9月8日收到。

本项研究受国家自然科学基金面上项目(41374128)资助。

1000-7210(2017)06-1236-10

张丽艳，李昂，于常青.低频可控震源“两宽一高”地震勘探的应用.石油地球物理勘探，2017,52(6):1236-1245.

P631

10.13810/j.cnki.issn.1000-7210.2017.06.014

(本文编辑：宜明理)