单点地震采集优势与应用

赵邦六 董世泰 曾 忠 梁 奇

（1中国石油勘探与生产分公司； 2 中国石油勘探开发研究院）

0 引言

单点高密度地震采集是野外采用单点检波器接收、高空间采样密度观测的一种地震勘探方式。该技术包含两个关键点，一是野外接收检波器，二是高密度采集观测系统，其发展有较长的历史。1973年Newman和Mahoney首次提出单点接收思路，并分析了检波器组合存在一定误差[1]，激发和检波器组合接收存在的信号误差引起了人们普遍关注，如何消除采集带来的信号误差，成为地球物理技术发展关注的方向。1987年，Ongkiehong 和 Huizer系统分析了记录信号中噪声类型及不同观测方式对记录到的信号和噪声影响[2]。1988年，Burger提出了单点接收通过处理改善数据质量的思路，Ongkiehong进一步阐述了通过单点采集来改善地震数据[3]。Burger等(1998)研究证明，采用单点检波器接收时，高频信号只出现在噪声主频范围之外，而组合接收时，部分高频信号出现在噪声主频范围内；如果在野外进行质量控制，并对每个检波器的数据进行预处理，记录的质量会大大提高[4]。研究和试验进一步说明，点震源激发和点接收是两个互补的过程。

随着万道地震仪和高性能检波器的发展，单点高密度地震数据采集成为可能。2000年，Biro和 Orban系统介绍了用于单点采集的SN408轻便型万道地震数据采集系统，分析了单点采集是地震勘探技术发展方向[5]、轻便野外采集系统能够带来成本和质量效益、实时无线单点地震采集系统带来低环境伤害优势[6]，推动单点地震采集技术迅速发展。西方地球物理公司在2001年推出了Q-Land[7]和Q-Marine技术，在野外采用单点检波器记录，对信号和噪声充分采样，通过室内数字组合提高信噪比[8]；CGG公司推出了Eye-D技术，采用单点高密度观测，提高油藏描述精度；I/O公司于2001年推出正交三分量MEMS数字检波器Vectorseis系统。此后，英国Vibtech公司的IT系统、美国Wireless公司的RT3系统、美国Fairfield公司的Z-land系统、美国Geospace公司的GSR系统、法国CGG公司的Unite系统和508系统、中美合资英诺瓦公司的G3i和HAWK等均具备单点高密度采集的能力。

地震仪器技术进步推动了单点高密度技术的普及推广。在阿曼、科威特、沙特阿拉伯、阿拉伯联合酋长国、阿尔及利亚、尼日尔、尼日利亚等沙漠、草原平坦地区开展了大量应用，地震资料信噪比大幅度提升，地震频带明显拓宽。

中国大约在2000年以后开始单点高密度地震采集试验，在野外信噪比较高的平原地区取得了较好的效果，但是，在信噪比相对较低的地区、近地表低降速带较厚的地区，由于单点接收原始单炮能量弱、信噪比低，使单点地震采集技术应用存在较大争议。

本文剖析了检波器发展历程，分析了单点和组合接收的优劣势，通过国内大量实践研究，认为提高信噪比的先决条件是解决好近地表问题，推广单点高密度地震采集技术的条件已经成熟，单点高密度地震采集技术应用是推动全波地震勘探技术发展的关键；提出了优选检波器、优化野外检波器埋置、推广单点地震采集技术等建议。

1 地震检波器发展历程

地震检波器是地震勘探过程中将地下振动信号转变为电信号的波动传感器，是采集地下振动信号的核心关键设备。

20世纪70年代前后，地震检波器为磁电式电动检波器，将地下振动信号转变为模拟电信号，通过电缆直接传输到模拟光点地震仪器，以模拟信号的形式记录下来，频带较窄（14～60Hz）、灵敏度低[3～5V/(m·s-1)]、动态范围小（30dB），受技术条件限制，检波器型号相对单一。

20世纪80年代初期，地震仪器实现了数字化，而后地震检波器在性能及型号上发生了较大的变化，较高性能的20DX、SM4、SN4、SJ-2等检波器相继出现，灵敏度[21.1V/(m·s-1)]、自然频率（10Hz）、失真系数（小于或等于0.2）、频带（8～120Hz）、动态范围（70dB）等技术指标都得到较大改进，精度更高。但该阶段国内检波器生产能力水平较低。80年代末期至90年代，国内部分地震检波器生产厂家引进了国外的检波器生产线，如徐水仪器厂、西安石油仪器厂，经过消化吸收，分别生产20DX、SN4 检波器，技术水平达到了当时国际水平。

20世纪90年代中后期，为满足高精度地震勘探的需要，地震检波器向三高（高保真、高灵敏度、高分辨率）方向发展，检波器的型号及品种越来越多，出现不同型号超级检波器、涡流检波器、高性能压电检波器，失真系数（小于或等于0.1）、频带（5～160Hz）等指标进一步改进。由于认识的误区，还一度出现自然频率为14Hz、28Hz、40Hz等所谓高频模拟检波器。

进入21世纪，随着传感器、电子、计算机、数据传输等技术发展，光纤传感、微电子机械传感、高性能压电材料、电容传感等一批高新技术进入地震勘探检波器研发应用领域，相继出现了精度更高的检波器，在地震检波器本体内全面实现数字化，如CGG公司的DSU数字地震单元、I/O公司的Vectorseis数字检波器，减少了信号的模拟传输，检波器的动态范围（小于120dB）、灵敏度[大于80V/(m·s-1)]、失真系数（等于零）、频带（0～800Hz）等技术指标大幅度提高，抗电磁干扰能力显著提升。

但数字检波器成本过高，数据通信又必须与专有地震仪器相匹配，其应用范围受到限制。因此，模拟检波器随之得到发展空间，向宽频领域发展，自然频率向更低频率拓展，灵敏度向更高指标迈进，为高分辨率、高精度地震勘探创造了有利条件。2006年后，国内外均研制成功了高灵敏度检波器，如GeoSpace公司的GS-ONE检波器，灵敏度为85.5V/(m·s-1)，自然频率为10Hz；CGG公司的GS-5，灵敏度为80V/(m·s-1)，自然频率为5Hz；国内DS系列、SN系列等检波器，灵敏度为82.5V/(m·s-1)，自然频率分别为5Hz、10Hz，频带为2～160Hz。高灵敏度宽频检波器的出现，为单点高密度、高精度地震勘探的规模实施创造了条件。

2 单点采集与组合采集优劣势

除单个检波器性能指标影响地震采集资料品质外，其接收方式、探区地表条件也是影响地震资料品质的关键因素。检波器性能和地表条件在一定时期内无法改变，但检波器接收方式可以随时改变，直接影响地震采集效果，所以本文对接收方式进行重点分析。

2.1 组合采集优劣势

野外组合采集是指使用通过串并联方式将单个检波器组成检波器串，采用一串或多串按一定图形摆放插置地表后作为一道地震信号接收，形成地震信号的接收阵列（图1）。组合采集主要目的是压制野外规则干扰及随机干扰，其组合效果与检波器性能及其与地面耦合条件、组合方式、组合参数和构建的组合效应有关。组合方式是指在每个地震道中，按一定形式和间隔将多个检波器连接在一起接收地震波的样式，包括沿测线方向以地震道桩号为中心对称布置的线形组合、面积组合或花式组合等。

图1 单点接收与检波器组合接收示意图Fig.1 Schematic diagram of single geophone and geophone array receiving

当地表存在起伏时，组合特征函数h(f)为

式中f——频率；

ω——圆频率；

i——检波器组合个数；it

∆——时差。

因此，组合采集的优势是：①压制规则干扰和随机干扰，具有低通滤波作用，提高了资料的信噪比；②降低环境噪声影响,极大地扩大了动态范围,有利于弱信号记录。

地震信号通过检波器组合接收后，频率、相位、振幅都会发生相应的变化。因此，组合采集的劣势是：①损失了有效波的高频成分，使地震有效波的频带宽度变窄，资料分辨率整体降低[9]。②组内每个检波器接收信号时存在高程高差影响，使每个检波器之间存在时差，导致通放带变窄；且由于高程的无规律性，也无法做到点点测量，引起通放带与压制带的频率特征函数不规则。③引起地震信号相位、振幅变化，地震波信号的保真度降低。④由于野外地表情况的复杂性，检波器组合不能完全按理论图形布设，造成野外实际物理点位不准。⑤野外施工埋置检波器工作量增大、劳动强度大、施工效率低，设备占用率和使用成本高，检波器耦合质量也难以保证（图2a）。

2.2 单点采集优劣势

单点采集顾名思义就是在每个物理接收点（一个地震道）只布设一个检波器，以单点方式接收地震信号（称为单点接收）（图1、图2b），检波器分为模拟和数字两种。

图2 检波器组合接收（a）与单点接收（b）野外效果图Fig.2 Field operation of single geophone (a) and geophone array (b) receiving

2.2.1 单点采集优势

(1)提高地震信号的保真度。①单点接收对地震信号和干扰噪声充分采样，对信号和噪声无压制作用，避免了全工区因采用固定组合模式压制随地变化的干扰噪声，将压制噪声的环节后移到资料处理中心室内来完成，使野外采集的资料忠实于原始面貌，不损失信号频率、相位、振幅特性，具有野外原始资料保真的优势。②在起伏地表区，地震波到达每个检波器的时间存在差异，组合后改变了地震波形特征，如图3组合输出记录所示。单个检波器接收消除了由于地形高差变化或近地表速度变化所造成的旅行时差异，克服了检波器组合时组内地震道叠加所造成的地震信号畸变、地震属性失真[10]，如图3单点输出记录所示。③单点接收检波器不存在组合时组内的系统误差，而组合接收每个检波器具有不同的灵敏度、自然频率误差，检波器之间的误差一般超过±2%。④单点接收初至波拾取准确，避免静校正误差，消除了原组合接收方式下的地震道野外时间误差，有利于野外静校正精度提高。工区一般均存在近地表问题，组合接收产生的静校正问题室内资料处理无法纠正。⑤单点接收有利于噪声识别与压制。单点接收针对信号和噪声无压制作用，一是实现了全波采样，二是与波数响应相对应的时间和频率可被充分采样，将基本采样定律扩展到了空间域，恰当的单点接收道距能消除假频噪声，有利于室内识别规则干扰和压制规则噪声，提高室内资料信噪比。⑥单点接收到的信号是独立的，能够校正由于虚假振幅变化和沿组合方向静校正差所造成的影响[11-12]。

图3 起伏地表组合接收示意图（a）与组合接收和单点接收输出波形示意图（b）Fig.3 Schematic diagram of geophone array receiving on rugged ground (a) and comparison of output waveform of geophone array and single geophone receiving (b)

（2）有利于野外质量控制。在地形复杂地段，单点接收很容易选择检波器的埋置点，特别是在地形起伏大或地面植被茂密区，单点接收不会带来因组合接收造成的地面耦合不一致的情况。每个地震道只有一个检波器，野外从地震仪器上很快能判断检波器的耦合状态，避免组合接收时某一个或几个检波器出现耦合或其他性能问题时不易发现的难题。地震仪器在检测组合检波器串时检测的是综合效应，单个检波器性能指标检测难以实现，除非是单点接收。单点检波器容易布设，耦合情况能够一目了然地检测到，可以有效控制野外检波器埋置质量。

（3）有利于降低野外采集成本。单点接收所用单个检波器重量和体积是组合接收的十几分之一至几十分之一，可极大地节约运载设备的投入，除降低野外员工劳动强度外，有利于野外生产组织和作业效率提高，降低野外劳动力投入，很好地控制高密度地震采集条件下的野外施工成本。

（4）有利于提高空间分辨率。根据地震采集面元与假频的计算公式，在均方根速度和偏移孔径角度给定的情况下，面元尺寸与最大频率（假频点）成反比，面元尺寸缩小一倍，则假频点扩大一倍。即小面元使有效地震频带展宽，加上单点高密度空间采样率高，使单点高密度采集比常规采集更具有提高纵向、横向分辨率的优势，特别在提高横向分辨率方面优势更加明显。

（5）有利于室内先进处理技术的应用。实践证明，检波器组合不能完全压制各种类型的噪声，特别是对规则干扰压制，反而伤害了有效信号而无法弥补，而随着地震处理技术进步，通过处理压制各类噪声是有效且成功的做法。单点高密度采集没有假频现象，适合基于面波反演的地滚波压制技术[10]、非规则相干噪声压制技术、五维插值技术等先进去噪技术应用。单点高密度采集覆盖次数高[13-14]、方位角信息丰富，适合方位矢量道集域数据规则化技术应用，能够改善空间振幅一致性；适合分方位处理、全频带提高分辨率处理等技术的应用，有利于保护野外采集到的微弱地震波有效信号，最终使地震处理成果质量明显提高。

（6）有利于推动全波地震勘探技术发展。全波地震勘探要求忠实地记录完整的大地振动，包括震源噪声，对目标进行无混叠空间采样，记录地下返回的全频带频率。单点检波器能够实现高矢量保真度、多分量采集，能精确地保持矢量定向处理的各分量之间的相对振幅，尽可能忠实地保持各向异性，记录和保存地下返回的方位角变化范围全频带频率数据，是全波地震勘探的基础，有利于推动全波地震勘探技术发展。

2.2.2 单点采集劣势

单点采集单炮记录与组合采集单炮记录相比，一是野外记录信噪比较低，有较强的面波和背景噪声，在信噪比相对较低的地区，原始记录上难以识别到连续的反射同相轴；二是单点采集对检波器的性能和埋置要求高，单个检波器如果工作不正常，会影响整道数据；三是需要相对较高的炮道密度，确保提高数据处理效果。

3 如何认识原始资料信噪比问题

野外一般存在比有效地震信号能量更强的各类噪声。理论上讲，适当的组合可以滤除部分噪声，所以传统地震采集常采用炮点或检波点组合来抑制相干干扰和环境噪声，采用这种接收方式已有很长历史。而实际上，施工时理论设计的组合很难适应野外噪声变化，且组合中每个检波器高程变化、耦合的不一致性及组内静校正的误差却污染了地震数据。组合形式越复杂，地震波场采样误差就越大。因此，野外组合不仅使压制干扰的效果打了折扣，而且带来了地震信号的畸变。不使用组合接收，野外原始记录信噪比很低，看不到有效地震信号，如何评价记录质量是读者关心的问题，应当从影响原始资料信噪比的因素入手进行分析。

所谓信噪比是指有效信号振幅或能量与记录中认定的噪声振幅或能量的比值，这是地震资料质量评价的参考指标。常说信噪比低，是指噪声干扰强且无法视觉识别出有效地震信号，但这并非是地震记录中真的没有有效信号，而是有效信号叠加或隐藏在“干扰波”之中。现阶段地震采集使用的检波器和数字地震记录仪动态范围较大（80～120dB），地震反射信号完全可以记录下来，经过室内针对性处理技术应用和精细处理，有效信号完全可以被处理出来。

信噪比问题实际上是近地表和环境引起的问题，地下地层响应影响十分有限，仅在几个强波阻抗界面产生多次波时才影响有效信号。因此，要提高地震采集资料信噪比，首先应从解决近地表问题入手。众所周知，野外噪声具有规则和非规则之分，规则噪声主要是面波和折射波，非规则噪声为环境噪声、绕射波、散射波和机械干扰。一般情况下，规则噪声较非规则噪声能量强，是影响地震信噪比的主要因素，也是研究人员关注和工作的主要对象。规则干扰是由于近地表低降速带引起的干扰，而绕射波、散射波是由于地形起伏造成的非规则噪声。所以，要解决资料信噪比问题，应从解决近地表问题做起。

提高地震资料信噪比，应首先开展高密度近地表调查工作，精细剖析低降速带结构和信号衰减规律，为室内静校正处理和地震波吸收补偿打好基础。特别是去噪前的静校正精度对噪声衰减十分关键，静校正量计算准确了，规则噪声的特征就清晰了，室内处理就可以认准和压制，消除规则噪声、提高资料信噪比就不会是难题。所以，研究人员关心信噪比问题，就不应该只盯着野外检波器组合这一种方式，而更要关注地震检波器的性能和耦合质量提升。针对耦合质量问题，在四川金华5井区开展了“体耦合”埋置和常规埋置对比试验，采用专用工具将检波器埋置于地表之下10～20cm，即“体耦合”（图4a），而常规埋置检波器“尾椎”依然暴露在地表（图4b）。

图4 “体耦合”埋置（a）与常规埋置（b）野外效果图Fig.4 Field plant of “body coupling” (a) and conventional geophone (b)

“体耦合”埋置（图5a）与常规埋置（图5b）单炮记录20～40Hz频率扫描对比可知，“体耦合”使接收条件改善后资料频带拓宽，高频信息丰富，提高了层间弱反射能量。

图5 “体耦合”埋置（a）与常规埋置（b）单炮记录20～40Hz频率扫描对比图Fig.5 Comparison of seismic reflection section by “body coupling” (a) and conventional geophone (b) receiving

资料信噪比是地震勘探不可回避的问题，是永恒存在的问题，只是需要换个思路去解决。现阶段随着计算机技术快速发展，室内地震处理技术进步很快，依靠野外精细地表调查，室内处理提高资料信噪比已成现实。所以，地震采集采用单点检波器、小道距或小面元观测，实现信号和噪声的“宽进宽出”必成为提高勘探精度和油藏描述精度的关键技术方向。

4 单点高密度地震采集应用

4.1 国外应用效果

单点高密度地震采集技术在国外不同地表开展了大量应用。如在阿尔及利亚Hassi-Messaoud区块，西方公司利用Q-Land单点高密度地震采集技术，面元为5m×5m，覆盖次数为96次，野外仪器道数超过5万道，采用单台、单次可控震源高效激发，成像道密度达384万道/km2，通过井约束处理，地震剖面频带宽度从原来的8～40Hz拓宽至6～80Hz（图6），地震资料信噪比大幅度提升，准确落实了断层、不整合面、溶蚀裂缝等地质特征。在美国俄克拉何马威奇托山地区，面元为16.7m×16.7m，72次覆盖，激发主要采用可控震源，炮道密度为25万道/km2，与老三维地震相比，剖面质量明显提升（图7），断裂成像精度大幅度提高，地层接触关系清楚。

图6 阿尔及利亚Hassi-Messaoud区块组合采集常规三维地震（a）与单点高密度三维地震（b）剖面对比Fig. 6 Comparison of seismic section of conventional geophone array 3D (a) and single-point high-density 3D (b) acquisition in Hassi-Messaoud block, Algeria

图7 美国俄克拉何马威奇托山地区组合采集常规三维地震（a）与单点高密度三维地震（b）剖面对比Fig.7 Comparison of seismic section of conventional geophone array 3D (a) and single-point high-density 3D (b) acquisition in Wichita Mountain area, Oklahoma, USA

4.2 中国石油国内应用效果

中国石油单点地震采集技术应用与国际基本同步。自2003年在苏里格开展第一块单点数字二维地震和三维地震勘探以来，共实施数字单点地震勘探二维地震约20000km、数字三分量三维地震总面积约5000km2。2009年开始分别在辽河油田、西南油气田开展模拟单点地震采集试验，2012年开始逐步推广应用模拟检波器单点采集。截至目前，共实施模拟单点三维地震总面积约19590km2。地表类型包括山地、沙漠、平原、城镇油田区等，在提高分辨率、保真度和成像精度等方面，均见到明显勘探效果。

4.2.1 平缓地表区应用

2013年中国石油召开渤海湾物探技术研讨会，明确要求针对渤海湾盆地等高勘探程度区开展单点高密度宽频、宽方位目标三维地震采集技术应用。辽河油田在雷家—高升地区部署210km2的单点高密度三维地震采集，工区经济发达，村镇、鱼池等障碍区占工区面积的27.3%，地表为平原，近地表低降速带为第四系腐殖土和胶泥，厚度为4～7m，河套区为8～9m。接收检波器采用单点DS-10H检波器，钻孔埋置，激发采用高速层顶界面以下0.5m单井激发，村镇区辅助使用单台、单次、低频可控震源。图8为两串组合检波器单炮记录与单点检波器单炮记录，图9为对应的频谱对比，单点记录频带比组合记录展宽约8Hz。

图8 辽河雷家—高升地区组合采集与单点高密度采集单炮记录对比Fig.8 Comparison of single-shot record of geophone array and high-density single geophone receiving in Leijia-Gaosheng area, Liaohe Oilfield

叠前时间偏移剖面对比，单点接收剖面主频从16Hz提高到25Hz，提高了9Hz；频带从6～25Hz拓展到6～38Hz，拓宽了13Hz。单点接收剖面沉积特征清楚，易于层位解释和层序地层学解释。截至目前，在松辽、渤海湾、新疆、柴达木等盆地相对比较平缓的地区共实施三维单点高密度地震21217km2。

4.2.2 丘陵地表区应用

四川盆地川中地区地表多为丘陵水田区，其地下油气藏类型为裂缝型致密砂岩油气藏，精细识别与刻画河道砂体和裂缝发育是油气勘探开发的难点。为提高薄层砂岩储层的纵向分辨能力[15]，精细刻画裂缝的展布，在该区实施了单点高密度三维地震。

单点高密度采集对所有信号充分采样，未经任何形式的过滤，单点高密度采集与组合采集单炮频率扫描对比可知（图10），单点采集深层频率可达40Hz，中浅层频率可达70Hz，分别比组合采集高10Hz和20Hz左右。

图9 辽河雷家—高升地区组合采集与单点高密度采集单炮记录频谱对比Fig.9 Comparison of frequency spectrum of single-shot record of geophone array and high-density single geophone receiving in Leijia-Gaosheng area, Liaohe Oilfield

图10 公115井区组合采集与单点高密度采集单炮频率扫描对比Fig.10 Comparison of frequency scanning of single-shot record of geophone array and high-density single geophone receiving in Gong 115 well block

单点高密度成果剖面低频和高频信息丰富，频宽比组合接收拓宽14Hz，反演能够识别厚度为4m左右的砂体，凉上段底界相干切片能够识别6m断距的断层（图11），与实际地质情况吻合度高。目前，四川盆地地震勘探全面实现单点地震采集。

4.2.3 沙漠地表区应用

4.2.3.1 新疆玛湖地区

为查清环玛湖地区10～15m厚度的有利储层空间展布特征和识别10～15m断距的断层，2016年在准噶尔盆地达探1井区部署实施了620km2的单点高密度三维地震。工区地表疏松，低降速带厚度为1～29m，部分地表为碱地，采用井震联合激发方式。常规组合检波器采集老三维地震资料（图12a）频宽为8～60Hz，主频为33Hz；单点接收地震资料（图12b）频宽为5～66Hz，主频为36Hz，单点采集资料频宽拓宽8Hz，主频提高4Hz，其成像精度大幅度提高，小断层成像精度明显改善，地层接触关系清楚，中深层百口泉组砂体刻画能力较老资料有明显改善，有利于优质储层平面展布规律预测。利用新三维地震资料在百一段落实岩性圈闭19个，在百二段落实岩性圈闭16个，为扩大储量规模和勘探成果奠定了扎实基础。

图11 公115井区组合采集与单点高密度采集凉上段底界相干切片对比Fig.11 Comparison of coherent slice of base of Upper Liangshan Formation of geophone array and high-density single geophone receiving in Gong 115 well block

图12 达探1井区组合采集与单点高密度采集偏移剖面对比Fig.12 Comparison of migration section of geophone array and high-density single geophone receiving in Datan 1 well block

4.2.3.2 塔里木中古43井区

塔中地区油气藏类型为深层裂缝—洞穴—孔洞型油气藏，石灰岩及白云岩储层横向变化大，单井产量高，但准确识别十分困难，已发现储量动用程度低。“串珠”型地震响应对应的洞穴型油气藏已很难再发现，“小串珠”型地震响应对应的裂缝—孔洞型油气藏是寻找的重点目标[16]。该区老三维地震资料虽经多轮重新处理，但资料品质难以提高，利用老地震资料识别难度巨大。为提高“小串珠”响应和裂缝识别精度，为碳酸盐岩水平井钻探提供更准确的地质层位，在该区部署开展了单点2个宽频检波器高密度三维地震采集。该区地表主要以北北东向条带状的大沙丘为主，相对高差一般在40m以内，工区平均沙丘厚度为20.4m，最大可达56m。采用炸药激发，单炮记录对比，2个检波器单点组合能量较两串10个常规组合检波器弱（图13），但对应部位的反射依然可见，从频谱对比看，2个单点检波器频响范围比两串10个组合检波器频响范围宽（图14），更有利于去除规则噪声。

图13 中古43井区组合采集与单点高密度采集单炮记录对比Fig.13 Comparison of single-shot record of geophone array and high-density single-point receiving in Zhonggu 43 well block

单点高密度三维地震成像剖面与老三维地震成像剖面相比（图15），石灰岩顶面清楚，缝洞体成像质量高，背景噪声低，断裂清楚，与“串珠”状反射关系更密切，断溶体更易识别。

截至目前，在新疆、塔里木、鄂尔多斯等盆地沙漠区共实施单点二维地震20320km、单点高密度三维地震2153km2。

图14 中古43井区组合采集（两串10个20DX检波器组合接收）与单点高密度采集（2个SN5检波器接收）单炮频谱对比Fig.14 Comparison of frequency spectrum of geophone array (2 series 20DX geophone arrays) and high-density single-point (2 SNS geophones) receiving in Zhonggu 43 well block

图15 中古43井区组合采集与单点高密度采集深度偏移剖面对比Fig.15 Comparison of depth migration section of geophone array and high-density single-point receiving in Zhonggu 43 well block

4.2.4 山地地表区应用

截至目前，在四川、新疆、塔里木、鄂尔多斯、柴达木等盆地山地区共实施单点高密度三维地震4816km2。野外单点高密度地震采集工作量与常规组合检波器在山地探区相比，优势更加明显，在设备与人员投入、劳动强度、施工效率与成本等方面，都具有独特技术和施工优势。“两宽一高”单点三维地震采集，很好地控制了山地地震施工成本的快速增长，同时，单点采集技术优势也得到充分体现，复杂山地资料品质大幅度提升，奠定了塔里木库车、准噶尔南缘、柴达木西南缘、四川盆地周缘油气大发现的基础，取得了巨大应用成果。

4.2.4.1 库车地区东秋8构造

东秋8构造位于塔里木盆地库车坳陷山前冲断带东秋构造带西段，地表为典型的复杂山地，海拔为1000～2300m，山体区风化层较薄，一般小于10m，局部高速层出露，山前过渡带低速带厚度较大，厚度为50～100m，局部厚达180m。地下构造断层下盘及浅层信噪比偏低，以往资料无法满足构造建模、圈闭落实需求。经多轮次论证，2015年在该区部署实施了单点高密度三维地震。单点采集单炮记录与两串组合采集单炮记录相比（图16），面貌基本一致、能量相当，局部层段单点采集反射波组更为清楚，噪声特征更加明显、更具有规律性。

单点高密度地震资料有利于山地静校正和叠前去噪技术优势的发挥，采用基于起伏地表的整体速度建模技术，成像精度大幅度提升，单点采集偏移剖面较组合采集老剖面反射能量强，波组特征更清楚，同相轴连续性更好，波形更为活跃，构造顶部成像更为合理，隐伏构造形态更为清晰（图17），较好地落实了背斜构造。

图16 东秋8构造组合采集与单点高密度采集单炮对比Fig.16 Comparison of single-shot record of geophone array and high-density single geophone receiving in Dongqiu 8 structure

图17 东秋8构造组合采集与单点高密度采集偏移剖面对比Fig.17 Comparison of migration section of geophone array and high-density single geophone receiving in Dongqiu 8 structure

4.2.4.2 准噶尔南缘霍尔果斯山地

准噶尔南缘具有丰富的油气资源，但地表和地下双复杂使南缘勘探面临构造落实程度低等挑战。为落实霍尔果斯背斜目的层轴部断裂特征及断点准确位置，2012年在该区部署实施了单点高密度采集试验。该区地表起伏大，海拔为600～1500m，山体部位出露新近系沙湾组，两翼依次出露新近系塔西河组、独山子组及第四系西域组等。采用炸药震源激发，单点GAC检波器接收，波场采样均匀，规避了低速面波等干扰假频现象。采用折射层析静校正+反射波剩余静校正、非规则相干噪声压制[17]、规则环境噪声压制[18]、曲波变换面波压制、径向变换线性去噪等技术手段，偏移成像精度较老资料有大幅度提升，中浅层信噪比大幅度改善，深层构造形态更加可靠（图18）。

图18 霍尔果斯背斜组合采集与单点高密度采集偏移剖面对比Fig.18 Comparison of migration section of geophone array and high-density single geophone receiving in Huoerguosi anticline

4.2.5 黄土山地地表区

自2015年开始，在鄂尔多斯盆地南部巨厚黄土山地开展单点高密度先导试验，先后在古峰庄、庆城北、盘克、洪德等区块共实施单点高密度三维地震2140km2。

在陇东地区，为精细刻画砂体展布，准确预测含油气甜点区，有效支撑开发水平井轨迹导向设计及井位部署，在庆城北部署三维地震600km2。工区属于典型的黄土山地地貌，冲沟、陡坎区域占施工面积的35%，表层覆盖黄土，最厚达260m左右，沟中多有砂岩出露，地表起伏较大，最大高差约为250m。此次三维地震采用炸药激发，在局部障碍区采用可控震源补炮；选用DS-5高灵敏度、低失真、适用倾角大、高可靠性、重量轻的单点检波器接收；检波器采用钻孔埋置在地表30cm以下，降低环境噪声，确保检波器和大地实现“体耦合”。单点采集单炮资料及频率扫描与一串12个常规检波器组合采集单炮资料及频率扫描对比可知（图19），初至清晰，能够满足初至波法层析静校正的需求；频率扫描分析显示，各频段视信噪比差异不大。DS-5单点检波器采集有利于提升低频段信噪比，频带宽度基本相当。

图19 庆城北区块组合采集与单点采集原始单炮和频率扫描对比Fig.19 Comparison of original single-shot record and frequency scanning of geophone array and single geophone receiving in North Qingcheng block

图20 陕18井区单点采集与组合采集偏移剖面对比Fig.20 Comparison of migration section of single geophone and geophone array receiving in Shaan 18 well block

位于陕18井区的单点采集偏移剖面与组合采集偏移剖面对比可知（图20），单点检波器采集信噪比、保真度更高，剖面连续性好，细节优于组合接收，频带宽度由组合采集的8～60Hz拓宽到单点采集的4～65Hz。在长庆探区合水、银洞子、演武、庆城北、古峰庄、洪德等区块黄土山地地表开展的单点地震采集实践表明：在黄土较厚区，覆盖次数增加到400次以上，单点采集与组合采集资料品质有一定提升,特别是在成像聚焦度、弱反射连续性方面存在明显优势；在黄土较薄区，单点采集资料具有较高的分辨率[16]，单点采集在复杂黄土山地具有广阔的应用前景。

5 认识

5.1 单点高密度地震采集技术具有广泛的适应性

随着油气勘探开发对象向米级储层及低幅度构造、复杂碳酸盐岩、火山岩、基岩潜山等非均质储层、致密油气、深层构造等领域转移，传统构造解释已不能满足勘探开发地质需求，需要通过精耕细作，利用高保真、高分辨率资料精细解剖复杂地质目标，这就需要采用精细的提高分辨率处理[19-21]、叠前方位矢量片道集处理、分方位处理解释、高分辨率反演等技术来实现。高密度、全方位、高保真的原始数据是提高地震勘探精度的重要基础，而单点地震采集技术是实现高密度、全方位、高保真采集的必然选择，该技术使经济型高密度三维地震勘探成为可能，是实现地震勘探降本增效的关键技术。

上述应用涵盖了岩石出露的山地、黄土山地、沙漠、平原等，说明单点高密度地震采集技术在不同地表具有广泛的适应性。

5.2 优选单点检波器是地震采集质量提升的关键

如前所述，影响模拟检波器性能的指标主要包括灵敏度、失真度、频响范围、动态范围等，其稳定性主要受制于材料和制造工艺。灵敏度是反映微弱信号输入检波器后对其的响应能力，灵敏度越高，检波器越好。同时，为确保信号变化大时，最大输入信号必须同样具有适当的精确度，要求检波器有良好的动态范围。新一代模拟检波器的频率响应范围（简称频响范围）与自然频率相关，自然频率低，则频率特性曲线向低频率延伸。以20DX检波器为例，自然频率为4.5Hz时，其频响范围约为1.6～160Hz；自然频率为10Hz时，其频响范围约为5～160Hz；自然频率为28Hz时，其频响范围约为10～160Hz。

在实际应用中，应选择高灵敏度、低失真度、低自然频率、频响范围宽、动态范围大、稳定性好、从顶部出线的检波器，并选择大道数、轻便灵活、大动态范围、低系统噪声的记录系统，具备质量控制数据实时传输能力，才能确保采集数据质量。

5.3 适当的成像道密度是提高单点高密度采集资料品质的有力保障

单点高密度采集未实施野外组合压噪，单道记录未经过组合叠加，野外原始记录一般信噪比较低，在室内通过对各类波形特征分析，根据噪声特点选用不同的噪声压制方法进行剔除[22-23]。为了达到较好的噪声压制效果，并提升弱反射信号能量，一般应确保有较高的成像道密度。在炸药震源激发情况下，一般在山地地区成像道密度应大于100万道/km2，在沙漠和较厚低降速带地区成像道密度应大于120万道/km2，在平原地区成像道密度应大于80万道/km2。如采用可控震源施工，成像道密度应达到炸药震源的两倍以上。

5.4 强化检波器耦合质量是野外施工管理的重要环节

野外施工时，一方面要重点确保野外单点检波器耦合效果，应采取专用工具钻孔，将检波器整体埋置在地表之下，做到真正“体耦合”，降低环境噪声。另一方面，采用地震仪器自带的质量控制工具，对野外排列进行实时质控，监控检波器的阻值、漏电、倾斜度等状态，确定检波器工作正常；同时，采用量化地震采集质控软件，对野外单炮记录进行实时质量分析，重点检查不工作道、激发能量、背景噪声等，确保野外施工质量[24]。

6 结语

单点高密度地震采集技术已经成熟，是进一步提高成像精度和储层预测精度的有效技术，有利于提高地震数据质量，降低野外施工成本，实践证明具有广阔的推广应用前景。建议优选高灵敏度的宽频单点检波器，在不同类型地表面向不同类型油气藏，大力推广单点高密度地震采集技术，以提高静校正精度、数据保真度，增强高频弱信号能量，进而提高地震数据质量。为高效勘探、低成本开发作出更大贡献，并推动地震勘探技术升级换代，向矢量全波地震勘探时代迈进。

致谢：感谢中国石油相关油田公司和东方地球物理公司相关物探处提供试验资料。