丁 伟,胡立新,何京国,赵国勇,段卫星,刘丽娟
(中国石油化工集团公司石油工程地球物理有限公司胜利分公司,山东东营257100)
随着可控震源技术的逐渐发展,目前震源车能驶入的地区,如平原、城镇、一般山地、山前带、丘陵、沙漠等,基本上就可以采用可控震源采集资料。从2013年统计数据来看,国外陆上地震勘探工作量的75%是采用可控震源完成的;国内陆上可控震源地震采集工作量在30%左右,并呈逐年上升的趋势。国外相继研发并广泛应用了基于提高采集效率的高密度、高品质的可控震源地震采集技术,而国内这方面的研究相对较少。2013年在我国西部HS地区开展了可控震源高效地震采集试验和应用研究,这是在西部山前带三维地震勘探中首次规模化应用可控震源高效采集技术,取得了较好的效果。
西部HS地区地表以砾石戈壁为主,表层砾石覆盖厚度较大,低、降速层厚度一般在4~30m,高速层速度在2000m/s左右。上部地层受构造活动影响较小,为单倾斜坡特征,构造与断裂不发育,主要包括三叠系、侏罗系、白垩系泛湖盆正常沉积地层,属于第一勘探目标层。下部地层主要是二叠系-石炭系,构造变形强烈,以逆掩推覆褶皱和冲断为主要构造特征,属于第二勘探目标层。勘探目的层埋深跨度大(420~6575m)和构造复杂是制约本区浅、中、深一体化勘探的主要地质问题。因此,HS地区采用的地震采集方法既要有利于提高采集效率,又要能够提高“浅、中、深”目的层地震成像质量。
可控震源高效采集观测系统设计从有利于提高成像质量入手,依据勘探地质目标和可控震源间噪声干扰水平与压噪能力来开展[1-2],同时要有利于提高可控震源的采集效率。针对HS地区山前带地质构造复杂、资料信噪比低等特点,设计了40线6炮“锯齿”型观测系统,面元大小25m×25m,覆盖次数达1680次(面元属性分析见图1所示),道密度为268.8×104道/km2。
分析图1a可见,可控震源激发的路线适合于可控震源高效采集;从面元属性分析(图1b至图1e)来看,方位角和炮检距分布较为均匀;从叠前时间偏移响应(图1f)来看,其旁瓣小、聚焦性好。由图1可以得出结论:上述观测系统面元小、炮点密度高、方位角宽、面元属性均匀,且具有较好的叠前偏移响应,能够兼顾浅、中、深各主要目标层,满足山前复杂构造的叠前偏移成像要求。与常规炸药震源采集的高精度三维观测系统相比[3],该观测系统炮密度、道密度、覆盖次数更高,炮排距更小,属性更好。
图1 高效采集观测系统及面元属性分析a 局部炮点平面设计; b 玫瑰图; c 炮检距分布; d 方位角分布; e 炮检距分布; f 叠前时间偏移响应
可控震源高效采集方法是:依据观测系统和地表条件,重点考虑目的层反射资料质量、震源间噪声干扰水平与压噪能力,投入足够数量的震源和采集设备以及相关配套软、硬件,合理设计可控震源采集面上的分布与工作方式[4],通过仪器、震源、排列等工序之间协调一致,密切配合,实现可控震源高效采集。
HS地区采用可控震源高效同步滑动扫描方法(图2和图3),扫描长度为16s,听时间为8s,滑动时间为12s。将10台可控震源间隔12km分成2组,每组5台震源(第1组为V1至V5,第2组为V6至V10),分别分布在5束测线内,每组内的震源进行滑动扫描或交替扫描,并且其中的1台与另一组的任意一台震源配对进行同步扫描。每台可控震源准备就绪后即进入震源任务序列。在震源任务序列中,同步扫描优先权最高,其次是滑动扫描,优先权最低的是交替扫描。优先权最高的可控震源优先启动扫描,两组震源之间任意两台震源优先配对同时(同步)扫描,每组震源之间按可控震源间距匹配相应的滑动时间进行滑动扫描。两组震源之间的两台震源距离小于12km时,亦采取滑动扫描;两台震源距离小于150m时,采取交替扫描。参与高效采集的可控震源按照“动态配对管理规则”自动选择同步扫描、滑动扫描或交替扫描,充分利用生产资源,提高地震采集效率。
图2 可控震源高效采集方法
图3 可控震源高效采集扫描方式
可控震源高效同步滑动扫描方法主要产生两种特征干扰,“交涉干扰”和“谐振干扰”,且在单炮记录中分布比较广泛[5-9]。图4a,图4b和图4c分别是HS地区野外生产可控震源单台单次扫描记录、同步扫描记录和滑动扫描记录,明显可见图4a 和图4c上存在可控震源自身产生的“谐振干扰”(图中①处),图4b上存在可控震源之间同步扫描产生的“交涉干扰”(图中②处),图4c上存在滑动扫描产生的“谐振干扰”(图中③处)。同步“交涉干扰”表现为强相干性的线性干扰,相对于“谐振干扰”影响范围大,出现的位置取决于同步震源距离的远近。本工区同步震源距离12km时,“交涉干扰”主要出现在地震记录中的远偏移距和深层,干扰第二勘探目标层反射。从频谱分析(图5a至图5c)来看,高效采集噪声频率与地震波频率完全重合,需要通过后续的特殊处理加以压制。
在单炮记录中,同步交涉干扰的角度和出现位置不能准确预测,采用常规噪声压制方法无法进行有效识别和压制。但炮域相干性很强的同步交涉干扰在CMP域表现为能量较强且孤立的随机噪声,因此可以在CMP域应用异常振幅识别与衰减技术对孤立的强振幅噪声进行压制。如图6所示,原始单炮记录有较强的同步交涉干扰,在炮域经常规去噪之后同步交涉干扰几乎没有得到有效衰减,但经CMP域异常振幅识别与衰减之后,同步交涉干扰得到了较好的压制。
对于谐振干扰,在CMP域也能获得较理想的去噪效果,如图7所示。
图4 可控震源高效采集典型单炮记录a 单台单次扫描记录; b 同步扫描记录; c 滑动扫描记录
图5 可控震源高效采集单炮记录及其频谱分析a 单台单次谐振频谱; b 同步扫描交叉干扰频谱; c 滑动扫描谐振频谱
图6 CMP域同步交涉干扰压制a 原始单炮记录; b 常规炮域去噪后单炮记录; c CMP域去噪后单炮记录
除了在CMP域,高效采集特征噪声在共检波点域、共偏移距域、十字排列域等也表现为随机噪声,因此,通过数据域变换进行高效采集特征噪声压制是比较有效的方法。HS地区覆盖次数高达1680次,高覆盖次数对高效采集特征噪声的压制有较理想的效果。实践证明,应用数据域变换方法去噪以后地震剖面上不会存留高效采集特征噪声的影响。
图7 CMP域压制谐振干扰a 原始单炮记录; b 常规炮域去噪后单炮记录; c CMP域去噪后单炮记录
西部HS地区可控震源高效采集最高产量13007炮/d,最高时效718炮/h,平均产量6110炮/d,炮点面积为22.6km2/d,取得国内最高日产、最高时效、最高平均日产3项记录。本地区可控震源常规采集方法生产效率一般为500炮/d左右,相应炮点面积为7.5km2/d,高效采集每天完成的炮数是常规采集的12倍左右,每天完成的炮点面积是常规采集的3倍左右。也就是说,可控震源高效同步滑动扫描方法能够大幅度提高地震资料采集效率。
图8为HS地区相同位置可控震源常规采集(24线9炮、252次覆盖)与高效采集资料满覆盖段剩余静校正前的叠加剖面。对比分析可见,高效采集剖面(图8b)信噪比较高,整体质量优于常规采集剖面(图8a),尤其是中浅层(第一勘探目标层)优势明显,浅层超剥带和冲断带成像更加清晰,达到了本区地质任务的要求。
图8 相同位置常规采集(a)与高效采集(b)资料叠加剖面对比
通过可控震源高效采集攻关,在HS地区资料采集中取得了国内最高日产、最高时效、最高平均日产3项记录。同时,该地区高效采集资料叠加剖面质量整体有较大提高,尤其是中、浅层较常规采集资料的成像效果优势明显。对于类似HS地区复杂地质构造、勘探面积较小的工区,可控震源高效同步滑动扫描方法可望得到较好的推广应用。
致谢:在项目研究中得到了中国石油化工股份有限公司石油工程地球物理公司韩文功和中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院吕公河的大力支持,在此表示衷心感谢!
参 考 文 献
[1] 冯在军,古士明,孙洪涛,等.合理设置仪器参数,提高可控震源施工时效[J].物探装备,2010,20(3):163-166
Feng Z J,Gu S M,Sun H T,et al.A reasonable way to set the instrument parameters and improve the efficiency of vibroseis exploration[J].Equipment for Geophysical Prospecting,2010,20(3):163-166
[2] 薛海飞,董守华,陶文朋.可控震源地震勘探中的参数选择[J].物探与化探,2010,34(2):185-190
Xue H F,Dong S H,Tao W P.Parameter selection in vibroseis seismic exploration[J].Geophysical & Geochemical Exploration,2010,34(2):185-190
[3] 倪宇东.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
Ni Y D.Advances in vibroseis acquisition[J].Oil Geophysical Prospecting,2011,46(3):349-356
[4] 曹务祥,孙哲,刘丽丽.高保真可控震源采集能量分析[J].石油地球物理勘探,2011,46(4):535-537
Cao W X,Sun Z,Liu L L.Energy analysis of high fidelity vibroseis acquisition[J].Oil Geophysical Prospecting,2011,46(4):535-537
[5] 陶知非,刘兴元,王志杰.可控震源低频能量激发在低频地震数据采集应用中的误区[J].物探装备,2012,22(4):211-217
Tao Z F,Liu X Y,Wang Z J.Pitfalls of vibroseis application in low frequency seismic data acquisition[J].Equipment for Geophysical Prospecting,2012,22(4):211-217
[6] 田新琦,周彤,王志明,等.滑动扫描可控震源地震数据谐波干扰的消除方法[J].石油物探,2011,50(6):565-574
Tian X Q,Zhou T,Wang Z M,et al.Method of eliminating harmonic noise for vibroseis data in slip sweep technique[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2011,50(6):565-574
[7] 黄明忠,李培明,王彦娟.独立同步激发数据两步法邻炮干扰压制技术研究[J].石油物探,2012,51(5):464-468
Huang M Z,Li P M,Wang Y J.Two-step suppressing method for neighboring-shot interference by using vibroseis independent simultaneous shooting data[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2012,51(5):464-468
[8] 邬达理.多源地震资料重叠炮信息消除方法研究[J].石油物探,2013,52(5):519-523
Wu D L.Elimination of duplicate shots information of multi sources seismic data[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2013,52(5):519-523
[9] 张留争,田泽,商杰,等.VE464可控震源控制系统的功能开发与应用[J].物探装备,2010,20(6):366-371
Zhang L Z,Tian Z,Shang J,et al.Development and application of VE464 vibrator control system[J].Equipment for Geophysical Prospecting,2010,20(6):366-371
[10] 刘益成,陈联青,易碧金,等.可控震源滑动扫描记录信号分离原理分析[J].石油天然气学报,2009,31(2):50-58
Liu Y C,Chen L Q,Yi B J,et al.Analysis of vibroseis sliding scan signal separation principle[J].Journal of Oil&Gas Technology,2009,31(2):50-58
[11] 张洁,周辉,张红静.可控震源高保真采集数值模拟及炮集分离[J].石油物探,2012,51(2):178-183
Zhang J,Zhou H,Zhang H J.Numerical simulation and source separation for high fidelity vibroseis seismic data acquisition[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2012,51(2):178-183
[12] 张留争,赵志宽,杨晓昭,等.采用428XL仪器实现高保真可控震源三维地震采集[J].物探装备,2007,17(4):245-250
Zhang L Z,Zhao Z K,Yang X Z,et al.Using 428XL seismograph to implement 3D hi-fi vibroseis seismic acquisition[J].Equipment for Geophysical Prospecting,2007,17(4):245-250
[13] 胡天跃.地震资料叠前去噪技术的现状与未来[J].地球物理学进展,2002,17(2):218-223
Hu T Y.The current situation and future of seismic data prestack noise attenuation techniques[J].Progress in Geophysics,2002,17(2):218-223
[14] 康冶,于承业,贾卧,等.f-x域去噪方法研究[J].石油地球物理勘探,2003,38(2):136-138
Kang Y,Yu C Y,Jia W,et al.f-x domain denoising method research[J].Oil Geophysical Prospecting,2003,38(2):136-138
[15] 冯兴强,杨长春,王勋杰,等.f-x-y域最小平方反演预测滤波[J].信号处理,2005,21(2):166-171
Feng X Q,Yang C C,Wang X J,et al.Prediction filtering by least-square inversion in f-x-y domain[J].Signal Processing,2005,21(2):166-171
[16] 夏洪瑞,陈德刚,周开明.地震资料处理中随机干扰消除方法分析[J].石油物探,2003,42(1):93-96
Xia H R,Chen D G,Zhou K M.Random noise elimination in seismic data processing[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2003,42(1):93-96