可控震源升降频同步扫描高效采集技术及其应用效果

2022-11-04卢光年孙晓英孙梦刘阳

石油工业技术监督 2022年10期

关键词：震源滑动距离

卢光年，孙晓英，孙梦，刘阳

1.中国石油吐哈油田分公司勘探事业部（新疆哈密 839009）2.新疆职业大学师范学院（新疆乌鲁木齐 830000）3.中国石油东方地球物理公司吐哈物探处分公司（新疆哈密 839009）

1 技术背景

2010—2019年吐哈油田共部署18块三维地震勘探，满覆盖面积共3 478.31 km2，平均三维勘探面积约193.24 km2，炮道密度从20多万道增长到200万道左右，准东SHG三维更是达到479万道（图1）。

图1 近年吐哈油田三维部署面积与炮道密度

三维勘探炮道密度的增长促进高效采集技术的应用和发展，吐哈探区可控震源采集技术可分为4个阶段：

在第1阶段（2010年），采用可控震源常规激发[1]，平均日效400炮。

在第2阶段（2011年），采用可控震源交替扫描技术激发，将平均日效提高到1 150炮。

在第3阶段（2012—2018年），采用可控震源滑动扫描技术激发，平均日效达到2 600炮左右。

在第4阶段（2019年），采用可控震源动态扫描技术激发[2]，平均日效达到4 000炮以上。

尤其是2019年准东区块SHG三维，借助可控震源动态扫描技术10组震源平均日效高达5 610炮，首次实现了小面元（12.5 m×12.5 m）、覆盖密度达478.72万次/km2三维地震采集，地震资料品质改善明显，取得了较好的地质效益和经济效益。

然而根据T-D统计和克朗模拟分析（图2），SHG三维日效主要来源于10 s滑动扫描方式激发，实际激发最高日效6 749炮与克朗模拟滑动扫描7 040炮非常接近，而克朗模拟同样T-D参数10组震源动态扫描日效为16 580炮，比实际平均生产效率高3倍。主要原因动态扫描技术是将交替扫描、滑动扫描和距离分离同步扫描综合在一起的技术，比滑动扫描生产效率的提升，主要来源于距离分离同步扫描技术的使用[3]。距离分离同步扫描技术需要可控震源组空间距离大到其最深目的层反射相互不干扰[4]，一般要求大于2倍的最大炮检距再加2 km，石树沟三维按此计算要大于14.1 km，受三维部署面积和距离分离同步扫描技术的限制无法发挥动态扫描技术的全部优势。因此对于一次部署面积不大的高密度地震勘探，还亟待一种突破距离分离同步扫描技术限制的高效采集技术。

图2 SHG三维部署图与生产效率统计对比

2 基本原理

可控震源升降频同步扫描技术，是通过位于不同炮点两组震源，采用不同的扫描方式：升频或降频扫描方式，其他扫描参数完全相同同步激发，接收排列为满足每组震源接收的超级排列，记录含有升频和降频地震信号的未相关地震数据，再通过对应升频或降频扫描信号进行相关实现波场分离，进行排列分割，形成各自炮点相关记录的技术（图3）。

图3 升降频同步扫描技术未相关记录与分离后记录

2.1 形成机制

在地震信号处理中，地震道是地震子波与地层反射系数序列的褶积。可控震源的记录是地面振动信号与扫描信号的相关分析对比[5]，因此当地下地层为两层介质反射系数为1的简单模型时，扫描信号相关分析对比（图4），可以看作是模拟反射地震道的分析。

图4 不同扫描信号与相关前后分对比

采用升频或是降频的扫描方式（图4中1、3行），振动信和扫描信号一样，其相关波形（自相关子波）是一致的，相关后时频域一样收敛为尖脉冲，这保证了同一个采集项目可以采用升频、降频两种方式同时进行采集，获得相关后的记录相一致。

可控震源升降频同步激发时（图4中2、4行），振动信号是升、降频扫描信号的混合叠加，然后分别用升、降频扫描信号进行相关分离，相关子波中多了邻炮干扰[6]，其振幅远远小于自相关子波主瓣振幅。相关后时频域对应扫描信号收敛为尖脉冲，另外混叠升、降信号成为线性的邻炮干扰。除邻炮干扰，同步激发分离后子波形态和频宽与单独采用升、降频激发的一致，这保证了升降频同步激发的可行性。

2.2 邻炮干扰

从上述的模拟分析可知，升、降频相关分离后存在邻炮干扰，其振幅远远小于自相关子波主瓣振幅，在时频域中为线性，斜率相反，大小相等，为扫描速率的一半，起止频率与扫描信号一样。实际相关后记录长度为听时间长度，留在相关后记录的邻炮干扰频带有限（图5中第1行），频带范围有以下计算关系。

图5 邻炮干扰信号模拟、升频分离后记录和升频相记录时频谱对比

升频分离后邻炮干扰频带：

降频分离后邻炮干扰频带：

其中，F1为扫描最低频率，F2为扫描最高频率，Ts为扫描长度，Tl为听时间。

可控震源升降频同步激发分离升频相关记录与同一炮点只采用升频扫描的相关记录（图5中第2、3行），邻炮干扰表现为近炮点的中高频干扰，通过时频域和频率域分析对比，与信号模拟保留听时间范围内的邻炮干扰频带一致。

综上所述邻炮干扰具有：振幅弱、频带分布可知、时频谱中线性分布的特征，可以通过开发针对性的模块进行处理，也可以通过高覆盖增强反射信号能量来压制[7]。

2.3 实现方式

2.3.1 二维实现方式

升降频同步扫描技术可以分居两个不同炮点的震源成一组，组内两个震源分别采用升、降频两种扫描方式，“一炮双响”同步激发，组间采用滑动扫描方式。共两种组织方式:纵向组织方式和横向组织方式（图6），每组搬点距离都是40 m，滑动时间10 s。从统计炮间隔时间来看横向组合效率更快，达到每炮（一炮双响）平均40 s，按每天作业20 h计算日效可达1 800炮，3 600个炮点较以往采集效率高1倍。

图6 升降频同步扫描技术不同组织方式与炮间隔统计

由于目前还没有针对的导航软件，采用两组模式导航平板不能直接分组，需要仪器对其进行分组，每组选一台震源为主震源进行源驱放炮。平行分组不能保证每组震源平板都落地更容易产生废振次，纵向分组是选择后面一台震源进行源驱放炮，可以有效避免费振次的产生[8]，如果将来对导航软件进行升级就不会存在这种现象，目前来看纵向分组更符合生产需求。

2.3.2 三维实现方式

三维采集时，将炮点沿线束方向分成升频和降频扫描的两个区块，区块长度最好大于最大炮检距，这样可以避免在分离记录内出现强邻炮干扰，同一区块内震源采用滑动扫描技术进行采集[9]，不同区块的震源采用升降频同步扫描技术采集。

实际采集时同动态扫描一样按距离进行控制：两组震源距离大于或等于一个区块长度时进行同步激发；小于一个区块长度时采用滑动扫描，这样就可以用升降频同步扫描技术替代以往动态扫描中的距离分离同步扫描，形成新动态扫描技术。由于其大大缩减了距离分离同步扫描中震源的空间距离，更适合有限部署面积三维地震勘探，从而大幅提高生产效率[10]。

3 应用实例

自2019年初詹士凡首席专家提出思路，吐哈物探处经过室内模拟和点试验，验证了可控震源升降频同步扫描技术的可行性，并依托吐哈盆地LB高精度三维项目，进行了无滑动时间限制的升降频混采段试验，依托准东SHG二维项目进行“一炮双响”方式升降频同步激发段试验，优化了实施组织方式和验证剖面叠加效果（图7）。

图7 准东SHG二维试验剖面对比

通过前期试验2020年得到吐哈油田勘探公司认可，4月在吐哈盆地TB-SQD二维项目TD2020-XX测线进行生产应用（图8），顺利实现了纵向组合“一炮双响”升降频同步激发加组间滑动扫描方式。

图8 吐哈TB-SQD剖面对比

TD2020-XX测线采用升降频同步激发技术，增加炮点密度距，炮点距由40 m变为20 m，覆盖次数提高一倍达到3 000次。去除加油、绕路等时间，有效采集时效63炮/h（一炮双响），126个炮点，相对其他测线40 m的炮点距，在增加炮点密度的情况下，采集效率基本一致。并且通过增加覆盖次数现场处理剖面比以往三维资料，现场处理剖面浅层和深层资料都有提高，保障经济效益促进了资料的地质效果。