滑动扫描高效地震采集技术在辽河外围盆地复杂地表区的应用

张宏,刘兵,樊平

韩继伟,万敏 (中石油东方地球物理勘探有限责任公司辽河物探处,辽宁盘锦124010)

滑动扫描高效地震采集技术在辽河外围盆地复杂地表区的应用

张宏,刘兵,樊平

韩继伟,万敏 (中石油东方地球物理勘探有限责任公司辽河物探处,辽宁盘锦124010)

辽河外围盆地LX地区构造复杂、干扰发育、近地表吸收衰减严重,是典型的地震资料低信噪比地区。通过可控震源滑动扫描技术、井震分区联合激发方式和海量地震数据实时质控技术的联合应用,成功实施了高覆盖、宽方位三维地震采集方案,大幅提高了LX地区地震资料品质,显著改善了深层构造的成像效果,取得了滑动扫描高效地震采集技术在辽河外围盆地首次工业化应用的成功,也证明了可控震源滑动扫描高效地震采集技术在东部探区复杂地表区应用的可行性。

滑动扫描;高效地震采集;复杂地表区;海量数据实时质控

辽河外围盆地是指除辽河坳陷之外,分布于辽宁、内蒙古通辽-赤峰地区的诸多中、新生代凹陷的总称。由于辽河外围诸凹陷地层破碎,九佛堂组、沙海组等主要目的层界面反射系数小;地表以沙化草场、沙丘和旱地为主,近地表吸收衰减严重,导致该区地震资料信噪比低。以往勘探成果表明,要改善辽河外围盆地构造的成像效果,需要采用高覆盖、高密度、宽方位的三维地震采集技术方案。为了提高地震采集方案的技术经济可行性,同时探索适合东部探区复杂地表区的高效地震采集技术,2013年中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司辽河物探处在辽河外围盆地LX地区实施了可控震源滑动扫描高效地震采集,取得了很好的实施效果。笔者将重点介绍滑动扫描、海量数据实时质控等采集技术及相关配套方法的应用及效果。

1 可控震源滑动扫描技术原理

可控震源按照扫描方式的不同,分为交替扫描(flip-flop sweep)、滑动扫描(slip sweep)、距离分开同步扫描(distance separated simultaneous sweep)和独立同步扫描(independent simultaneous sweep)等几种[1]。交替扫描一般使用2组或多组震源交替作业,一组震源在另一组震源振动的同时移动搬点;前一组震源扫描记录结束后,后一组震源开始扫描,各个震源扫描信号之间没有时间重叠。相对交替扫描,滑动扫描采用多组震源施工,各震源采用的扫描频率相同,各震次扫描时间可以部分重叠(但最小时间间隔不小于相关后要获得的单炮记录长度),下一组震源不必等待上一组震源完成扫描即可开始扫描,大大缩短了相邻2次扫描的间隔时间,从而实现高效采集。

采用可控震源滑动扫描采集的过程中,在放完每组炮之前,仪器连续记录一系列震次激发的地震数据 (包括TB(时断信号)和相关信号的辅助道信息),形成一个炮与炮之间相互重叠的连续母记录。在母记录中,每个震次都有各自对应的TB,虽然震次之间有所重叠,但每个震次扫描的启动时间不同,用相应的VSS(vibrator signature system)信号或者扫描信号与母记录相关就可以得到各震次的有效信息,分离出每个震次独立的单炮记录[2,3](见图1)。

图1 可控震源滑动扫描示意图(a)和母记录切分示意图(b)

2 基于滑动扫描方式的可控震源配置

辽河外围盆地LX地区实施的高密度三维地震,采用可控震源为主、井炮为辅的激发方式实施,其中,可控震源激发点占总炮数的92.4%,具体的三维地震采集方案见表1。

表1 辽河外围盆地LX地区三维地震采集方案

为了最大程度地发挥可控震源高效激发的优势,保证可控震源满效滑动扫描作业,结合研究区可控震源行进速度和相邻激发点间距计算激发时间间隔。相邻炮点行进时间为:

可控震源放、收震源板时间为10s,每炮扫描时间为14s,单台震源激发每炮所需时间为42～78s。该次采集滑动扫描长度为10s(相邻2炮可控震源扫描最小时间间隔),要实现连续激发,需配置7～8组可控震源。考虑实际生产中地表条件的影响,配置等待可控震源台数为4台。因此,要实现滑动扫描满效采集,实际生产过程中处于有效工作状态的可控震源应为12台。按照每日有效生产时间15h计算,12台可控震源满效滑动扫描激发,理论上可连续生产炮数15×3600/10=5400炮。考虑到可控震源激发过程中存在扫描指标超标的情况,按照80%的合格率计算[4],可以保证的日生产能力为5400×0.8=4320炮。

3 基于高精度卫星照片的激发方式选择和可控震源行进路线设计

辽河外围盆地LX地区地表类型多样,主要分为沙丘(占14.3%)、天然草场(占46.3%)、人工草场(占6.3%)、树林(占11.5%)、农田(占21.4%)和村镇(约占0.2%)6大类。合理确定不同地表激发方式,优化设计12台可控震源行进路线,保证可控震源行进的顺畅性,是实现高效地震采集的关键。

3.1 基于高精度卫星照片的激发方式选择

基于分辨率为0.5m的高精度卫星照片,综合考虑可控震源通行能力和不同区域环保要求,确定了不同地表激发方式的选择原则:

1)西北部沙丘地表沟壑曲折,地表高程为277～307m;同时该区环保要求严格,禁止破坏稀疏植被,采用井炮激发。

2)局部区域分布的窄 (密)林带,树木间距小于3m,可控震源无法通行,采用井炮激发。

3)人工草场区,避免可控震源对草地碾压和破坏,采用井炮激发。

4)其余地表使用可控震源进行激发。

3.2 可控震源行进路线设计

研究区制约可控震源通行的地表主要是封闭围栏、人工草场、密集树林、铁路和垄沟。对于即将实施采集线束内的激发点,依据高精度的卫星照片和施工前详细踏勘结果,细致地划分每台震源的作业区域和激发总炮数,确定具体的行进路线,主要遵循以下原则:

1)以人工草场、密集树林、铁路和垄沟为分块界限,按照总炮数分配每块中的可控震源数量。

2)可控震源先垂直测线方向逐炮激发,然后再沿测线方向转换到下一炮排激发,作业方向按照蛇形方式推进。

3)密林区、村庄等复杂地表,根据各块采集进度动态调配震源,保证整线束采集效率。

以LX地区SW21-30束可控震源实施炮点为例,单日炮点分块及可控震源作业方向如图2所示。

图2 LX地区SW21-30束可控震源单日施工炮点分块图

4 可控震源滑动扫描地震采集质量监控技术

可控震源滑动扫描高效地震采集时,质量控制技术要与地震采集效率相匹配,重点分为可控震源激发指标和海量地震数据单炮指标2个方面的监控内容,具体监控流程见图3。

4.1 可控震源激发指标监控

可控震源激发指标主要包括震源扫描指标和震点坐标,具体为6项指标 (峰值出力、平均出力、峰值相位差、平均相位差、峰值畸变和平均畸变)和COG(cluster of orthologous groups)数据。对照LX地区使用的KZ28AS可控震源6项指标的正常参考值,在可控震源完成某一震点的激发后,通过震源VIBPRO、G3i地震采集仪器对以上指标进行实时对比,若发现指标超限,可控震源原地发送READY信号和COG信号,在G3i地震采集仪器上任务排队等待并重新激发,保证可控震源扫描指标全部达标。对于可控震源每炮发送的COG信号,将其与SPS(shell processing support)炮点坐标进行比对;同时连续、动态显示可控震源当前位置和行进轨迹,防止可控震源遗漏震点或者非正点激发。

4.2 海量原始单炮指标监控

采用KL-Rt QC质量控制软件与G3i地震采集仪器同步连接,实时监控每一炮的质量,主要监控排列状况、激发能量、频率、异常道和辅助道信息等内容。以单炮能量监控为例,根据目的层埋深设定相应时间窗口,对当前炮之前采集得到的30炮,计算所有道对应时间窗口内的平均能量,将该平均值作为当前单炮能量判断的样本值;同时,设定能量值的30%为门槛值,若当前单炮的能量低于或超过样本值的30%时,判定该炮能量不足或噪声超标,要求可控震源重新激发,确保原始单炮指标及时达标。

图3 可控震源 “滑动扫描”质量监控流程

5 应用效果分析

通过可控震源滑动扫描技术和配套采集技术的应用,辽河外围盆地LX地区地震采集最高日效达到7347炮,平均日效达到3201炮,比该区以往三维地震采集日效提高5倍。对比该区以往叠前时间偏移剖面,该次三维地震采集高密度、高覆盖的技术优势得到充分发挥,新采集的地震资料偏移剖面中,西部斜坡部位构造落实,凹陷深部位目的层波组特征明显,地层接触关系清楚,构造成像效果得到大幅改善(见图4)。

图4 辽河外围盆地LX地区旧(a)、新(b)采集资料叠前时间偏移剖面

6 结论与认识

滑动扫描地震采集技术能大幅提高地震采集效率、缩短野外作业时间、降低采集成本,能在有限的勘探成本范围内实现高密度、高覆盖、宽方位的三维地震技术方案。通过LX地区三维地震高效采集工程的实施,证明了可控震源滑动扫描技术在东部探区复杂地表区应用的可行性。

由于滑动扫描技术的应用占用多台可控震源和大量仪器及附属设备,要在东部探区将可控震源高效采集的优势充分发挥出来,需综合考虑区块采集工作量 (采集区块满覆盖面积不小于200km2)、地表条件 (可控震源行进相对顺畅)、施工时间要求 (重点避开农业生产时间)、配套质量监控能力 (高效采集海量数据质量监控实时性)等因素,进行全面、系统的可行性论证,才能保证该技术取到较好的实施效果。

滑动扫描高效地震采集技术是所有参加过该项目的研究人员集体智慧的结晶;同时,在该项目的研究过程中,特别得到了东方地球物理公司采集技术支持部王井富副总工程师的指导和帮助,在此表示衷心的感谢!

[1]什内尔索纳M E.可控震源地震勘探[M].李乐天,等译.北京:石油工业出版社,1993.

[2]魏国伟,张慕刚,魏铁,等.可控震源滑动扫描采集方法及应用[J].石油地球物理勘探,2008,43(增刊2):67～69.

[3]倪宇东,王井富,马涛,等.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.

[4]周大同,周恒,张慕刚,等.可控震源施工效率估算方法[J].石油地球物理勘探,2008,43(增刊2):50～54.

[编辑] 龚丹

P631.44

A

1000-9752(2014)12-0074-04

2014-06-13

中国石油天然气股份有限公司科学研究与技术开发项目(2012E-3003)。

张宏(1982-),男,2007年长江大学毕业,硕士,工程师,现主要从事地面地震采集技术、井中地震采集技术的研究工作。