可控震源在复杂障碍区地震勘探中的应用及效果

陈敬国，刘宏飞，刘　璐，石林菁敏

(中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司华北物探处，河北省任丘 062552)



可控震源在复杂障碍区地震勘探中的应用及效果

陈敬国，刘宏飞，刘璐，石林菁敏

(中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司华北物探处，河北省任丘 062552)

中国东部平原区复杂的地表障碍给三维地震勘探的炮检点放样带来较大困难，尤其是炸药震源激发很难达到设计需要的炮点密度，使炸药震源应用受到极大限制。为提高采样密度，降低炸药震源勘探中的安全风险，在东部平原复杂障碍区开展了可控震源激发的三维地震勘探攻关试验。依托低频可控震源、高精度航空拍摄、检波器打眼机等资源设备和技术支撑，安全、优质、高效地完成了地震采集。结果显示，虽然炸药震源激发的单炮能量和信噪比高于可控震源激发，但经过高覆盖、高炮道密度的资料叠加处理后，可控震源激发地震勘探的深层信息得到了增强。经过叠加和偏移精细处理后，新采集的资料品质稳定性好、能量足、波组特征清晰、目的层连续性好、信噪比高、频带宽，能够很好地满足资料处理、解释的需求。

复杂障碍区；可控震源；地震勘探；航空拍摄；检波器

渤海湾盆地高勘探程度含油气凹陷的二次三维地震勘探已经结束，但由于新的油气接替凹陷正在探索之中，所以老油气区的综合挖潜工作就显得极为重要[1]。炸药震源激发技术目前已非常成熟、完备，但炸药震源激发二次地震勘探资料品质提升有限；同时随着新的《安全生产法》和《环境保护法》的颁布实施，绿色勘探大势所趋，炸药震源的安全性、环保性受到严峻挑战，可控震源勘探方法逐渐走上了历史舞台。

近年来，渤海湾盆地冀中坳陷同口洼槽及周边发现一批有利勘探目标，表明该区有较大的勘探潜力，是蠡县斜坡实现储量接替和形成规模储量的现实地区，有必要对其开展进一步的地震勘探。但该区所处的华北探区地表情况较为复杂，障碍物类型多，村庄连片，水系发达，树林苗圃密布，炸药震源激发的炮点密度难以达到设计需求。因此在同口西实施了渤海湾地区第一块复杂障碍区低频可控震源宽频激发三维地震采集攻关项目。

项目紧密围绕地质需求，依托低频可控震源、高精度航空拍摄(简称航拍)和检波器打眼机等资源设备和技术支撑，通过超前精细谋划准备、强化质量意识、严格过程控制、创新质量管理，安全、优质、高效地完成了项目运作，实现了低频可控震源激发技术、航拍技术和接收技术的联合应用，实现了中国东部复杂障碍区可控震源激发的规模化生产，为在东部复杂障碍区推广可控震源激发奠定了基础。

1 面临的主要问题

1.1 资料品质提升难度大

同口西地区属于饶阳凹陷蠡县斜坡高勘探程度区和保定洼槽的过渡地带，以往勘探采用井炮(炸药震源)激发，整体资料品质较好，信噪比较高、大套波组特征明显。本次勘探的主要目的是搞清古近系沙河街组第一段附近尾砂岩薄层的展布特征及保定洼槽的基底(潜山顶面)特征，采集的主要任务是提高尾砂岩的分辨率和洼槽基底的信噪比。在老油区进行岩性与构造的复合勘探对技术和施工要求极高，再次采用井炮激发资料品质提升难度较大。

1.2 安全生产保障要求高

炸药震源作业安全压力大。冀中地区村庄厂矿密集连片，交通发达，生产工作繁忙，人员流动性强，一旦炸药丢失，社会危害极大。同时炸药震源的申购、运输、储存、使用、销毁的环节过多、手续繁杂，安全生产保障要求高。

1.3 环境保护形势紧

炸药震源激发瞬间爆炸威力极大，大面积的爆破作业改变了近地表结构，容易造成地下水的流失，同时爆破后留下的残渣难以降解，产生的气体溶于水或融入空气容易污染环境[2]。随着新《安全生产法》和《环境保护法》的颁布实施，绿色勘探呼声日益高涨，炸药震源作业将面临更加严峻的考验。

1.4 可控震源勘探迫在眉睫

可控震源勘探具有参数可调、绿色环保的优势，是未来陆上地震勘探最主要激发方式之一。可控震源勘探技术可以实现冀中探区“经济、技术、地质效果”一体化，有利于实施大规模“两宽一高”的地震勘探。为进一步挖掘冀中探区的勘探市场，满足“设计部署型”需求，特在同口西地区联合开展了渤海湾地区第一块低频可控震源宽频激发的三维高分辨率地震采集攻关试验。施工围绕地质需求，超前谋划、整体设计、精细策划施工组织、创新规划可控震源施工路线，优化项目运作、保证采集资料质量，并取得了良好的效果。

2 先进的设备资源

2.1 低频可控震源

项目前期投入自主研发的较新、较先进的低频可控震源[3]——KZ28(LFV3) (图1)7台，后又追加1台，形成4组可控震源(每组2台可控震源)的交替扫描施工[4-6]，为三维地震勘探项目的成功奠定了设备资源基础。

2.2 高精度航拍照片

可控震源在作业时间窗口有限的情况下作业，采集设备和人力资源有限，对采集效率有较高的要求，高精度的航拍工作则不可或缺。高精度航拍资料具有全面、及时、准确、清晰、自主性强等特点[7]，具体对比情况见表1。

为了及时、准确地获得更高精度的地表信息，施工前对研究区进行了航拍，航拍的地表信息更加清晰、准确。为后续施工组织、可控震源路线设计等工作打下坚实基础。

表1　高精度航拍与传统方法特点对比表

2.3 检波器打眼机

检波器埋置要求：做到“平、稳、正、直、紧”，目的是保证检波器与大地的良好耦合，提高地震波的接收效果。传统的检波器埋置用镐刨的方式，不能满足冬季坚硬地表施工的质量和效率要求。针对此问题，研发了具有自主知识产权的检波器打眼机[8](图2)，该打眼机可适应不同地表要求，保证耦合效果。检波器打眼机的推广应用增强了接收效果(图3)，打眼机钻孔埋置的1串检波器的接收效果可以达到以往大镐刨坑埋置的2串检波器的接收效果，保证了施工质量，减少了检波器和人员的投入数量，降低了勘探成本，提升了生产效率。

3 创新超前的项目运作意识

3.1 超前谋划准备

(1)技术储备超前。从2012年开始，着手东部复杂障碍区可控震源激发的技术储备工作，3年时间完成试验攻关项目3个，复杂障碍区可控震源激发由理想变成了现实。

(2)项目部署超前。2013年8月，甲方已经开始了同口西地区地震勘探部署研究工作，并提出了部署建议；我处及时配合开展了区块优选和可行性论证；2014年10月，正式安排部署。部署建议和正式部署分别比项目开工提前了17个月和3个月。

(3)技术设计超前。2014年10月初甲方部署完毕，10月31日我处完成技术设计初审，11月5日完成复审，11月20日完成设计终审。在正式采集前50天完成了技术设计，为项目运作提供了充足的野外准备时间。

(4)准备工作超前。我处在设计终审完毕后，立即组建了有丰富采集施工经验的管理人员与技术骨干参与项目协调组和可控震源路线设计组，进行准备工作。进行高精度航拍照片的整理与应用、精细踏勘与可控震源路线设计。开展准备工作比队伍搬迁提前50天，比地震勘探资料采集提前40天。具体准备工作见表2。

表2　可控震源施工前期准备工作表

3.2 集成技术应用

(1)首次可控震源规模生产。新《安全生产法》和新《环境保护法》颁布实施后，绿色勘探迫在眉睫。该项目是首次在东部复杂障碍区实施的低频可控震源宽频激发规模化生产项目。对可控震源不易、不宜进入的区域采用井炮补资料缺口。

(2)首次低频可控震源宽频激发。采用大吨位低频可控震源KZ28(LFV3)激发，低频(起始频率为1.5Hz)信息吸收衰减慢，穿透能力强，有利于提高中深层资料能量和信噪比。

(3)首次室内点位避障设计。按照“就近”原则放样设计激发点，使实际点尽量靠近理论设计位置，以确保覆盖次数、近中炮检距、方位角尽量均匀合理。如对东西窄、南北长的障碍物尽量在东西两侧加密炮点；对东西宽、南北窄的障碍物尽量布在南北两侧互补线上加密炮点。设计不理想时，可进入激发点设计分析循环系统多次踏勘(图4)。

(4)首次应用地理信息系统。全面使用ArcGIS地理信息系统软件[9-10]，实现所有炮点室内设计、野外放样，确保观测系统属性均匀。

3.3 精细生产组织

(1)精细作业窗口。华北地区地震勘探季节性强，春、夏、秋三季植被作物生长，不适合地震勘探作业，唯有冬季最佳。可控震源吨位大、轮胎宽，轧地面积大，冬季上冻前及化冻后可控震源车在麦地或植被区域作业时植被破坏严重，惟有冬季上冻期是最佳作业时间窗口。根据作业区近年来的历史平均气温统计分析，确定了可控震源地震勘探最佳作业窗口。

(2)精细路线踏勘。可控震源路线设计结合飞行踏勘数据体进行逐点踏勘、逐点落实。“分区分块”设计可控震源行走路线，对每条路线进行实地踏勘、分析，确保可控震源车到点方便、快捷。路线设计原则：震点尽量分布规则均匀，可控震源不掉头，减少绕行。

(3)精细推演论证。组织机关、二线、地震队及一体化单位召开项目生产协调会，安排部署项目运作关键事宜。同时为保证项目顺利实施，生产管理部门和地震队背靠背编制生产组织模式，并进行对比答辩，优选最佳方案。

(4)精细生产组织。及时调整炮点编排顺序，缩短仪器操作员寻找炮点时间，调整后仪器操作员可迅速找到即将放炮点，较以往每炮加快2～3s。根据生产进度及自然、社会环境持续动态调整资源投入，满足复杂障碍区高效地震采集需求，具体增加的资源统计情况见表3。

表3　动态调整资源投入统计表

4 质量管理控制

4.1 健全一个质量管理体系

地震队建立、健全质量管理网络，成立以队经理为组长的项目质量管理小组，质量管理实行属地管理和直线管理，具体工作落实到个人。施工前制订有针对性的《质量控制计划》，将质量管理工作做到“四化”：超前化、程序化、规范化、严格化。

4.2 落实两种技能培训方式

一是前期培训：理论与实际相结合，转换研究区培训，开展技术标准规范、技术设计及甲方相关要求培训；低频可控震源宽频激发新技术培训。

二是持续培训：施工过程中，SPS编排、可控震源任务分配、区块划分、新技术磨合等问题通过周质量分析会、班组现场分析会、晨会、专题会等形式得到及时解决，保证项目质量的受控性，确保优质、高效采集。

4.3 抓好七个重点关键环节

做到所有工序都有人负责把关，推行各工序在做好本道工序的同时，为上道工序把关，为下道工序负责。关键班组重点抓好质量管理的关键环节(表4)。

表4　标准化质量管理的关键环节统计表

4.4 强化四个层级检查的整改与落实

现场通过班组自查、质检组核查、甲方代表及驻队监督巡查和来访者抽查等形式实现野外作业质量的多层次、全覆盖、100%到位检查。同时要求发现问题及时整改，落实并执行“发现问题—及时上报—及时整改—及时反馈”的质量管理循环闭合工作机制，不让问题过夜，不让问题转移，不让问题成为问题。

4.5 采集资料现场“四步法”监控

第一步，仪器操作员监控：仪器主机监控，可控震源扫描信号的推送与返回，强干扰、排列监控和站体监控。

第二步，上车解释员监控：原始单炮监控，能量、信噪比、频率、辅助道及整体品质变化监控。

第三步，内业解释员监控：核查野外采集质量工作，数据品质监控，能量、频率、信噪比、干扰、辅助道和整体品质监控与评价。

第四步，处理质控员监控：GeoEast质控评价，震点偏移、掉排列、能量和干扰检查。

4.6 发挥监督在质量管理方面的积极作用

对待监督，秉承“立足基础工作交流、关注重点质量班组、强化质量检查与改进”的工作方针，工作中积极吸取监督在质量管理方面的经验，不断提高工作要求。针对监督发现的重点质量问题，找主管领导进行强化沟通。强化现场联合检查，发现问题及时沟通解决，确保施工质量。

5 采集效果

同口西地区三维野外地震采集工作历时35天，共完成有效炮点26386个，提供了两套完整的数据体。最高日效2064炮，平均日生产效率1508炮。采集原始单炮一级品率达91.04%，高出合同要求16个百分点，实现了全区空炮率为零、废品率为零、质量事故为零、无甲方质量投诉事件，整个项目实现了复杂障碍区安全、优质、高效的标准化生产。

5.1 原始单炮记录效果

图5左图为可控震源激发的原始单炮记录，右图为炸药震源激发的原始单炮记录。通过图5对比可以发现，炸药震源激发的单炮能量和信噪比高于可控震源，但可控震源激发单炮的浅层资料品质与炸药激发效果相当，中深层反射信息稍弱。经过高覆盖、高炮道密度的资料叠加处理后，深层的信息应能得到增强。

5.2 偏移成果剖面效果

勘探成果剖面显示(图6)，高炮道密度的可控震源地震资料经过叠加和偏移精细处理后，与以往炸药激发资料相比，资料品质稳定性好、能量足、波组特征清晰、目的层连续性好、信噪比高、频带宽，能够很好地满足地震资料处理、解释需求。

6 结　论

(1)复杂地表区障碍物众多，炸药震源受安全和环保要求限制，无法达到高炮道密度采集，可控震源作为绿色环保激发震源的代表，具有较好的发展前景。

(2)炸药震源激发能量和信噪比均优于可控震源，但高炮密度、高覆盖采集的可控震源地震资料明显优于常规炸药震源地震资料。

(3)同口西三维地震采集项目的成功运作，表明可控震源规模化采集应用在华北地区复杂障碍区是可行的。

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Application and Effect of Vibrator in Seismic Exploration in Complex Obstacle Area

Chen Jingguo, Liu Hongfei, Liu Lu, Shilin Jingmin

(HuabeiGeophysicalDepartment,CNPCBGP，Renqiu,Hebei062552,China)

The complex surface barrier in eastern plain area of China brings great difficulties to the shot point layout of 3D seismic exploration, especially the explosive source excitation is difficult to achieve the required shot density, so, the use of explosive source has been greatly restricted. In order to improve the sampling density and reduce the security risk of explosive source exploration, the vibrator excitation test for 3D seismic exploration in eastern complex barrier area has been carried out. Based on the low frequency vibrator, high precision aerial photography, geophone equipment and technical support resources, the seismic acquisition was completed in a safe, high quality and efficient manner. The results showed that the single shot energy and signal to noise ratio excited by explosive source are higher than that of vibrator, but after the processing of data superposition in high coverage and high channel density, the data from deep formation was improved. Compared with the previous data, the new data has high quality and stability, clear wave group, good continuity, high signal to noise ratio and wide frquency band after stacking and migration process, it can meet the requirement of data processing and interpretation.

complex obstacle area, vibrator, seismic exploration, aerial photography, geophone

陈敬国(1981年生)，硕士，工程师，从事复杂区高精度综合地球物理勘探新技术新方法研究与推广应用工作。邮箱：chenjg_cugb@163.com。

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