高密度地震资料在准噶尔盆地的应用及面临的问题

潘 龙， 林 娟 ， 罗 勇， 崔 琴

(中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院 地球物理研究所，乌鲁木齐 830013)



高密度地震资料在准噶尔盆地的应用及面临的问题

潘 龙， 林 娟 ， 罗 勇， 崔 琴

(中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院 地球物理研究所，乌鲁木齐 830013)

高密度地震勘探技术是近年来在国外发展较快的一种地震方法，相比以往的地震勘探技术具有明显的优势，信噪比、分辨率能够大幅提高，能够更细致刻画地质目标。这里详细分析了高密度地震勘探技术在准噶尔盆地面临的困难，论述了准噶尔盆地高密度地震勘探资料处理技术的现状，指出了在准噶尔盆地实施高密度地震勘探应该具备的基本条件，还需要开发和完善一些必备的配套技术。

高密度地震勘探； 准噶尔盆地； 可控震源滑动扫描； 谐波干扰； 海量地震数据

0 前言

高密度地震勘探技术，是近年发展起来的是对传统线束状三维地震勘探方法的一次技术革命。与传统三维地震勘探相比，高密度地震勘探主要采用点激发、点接收、小道距高密度空间采样，对有效信号和干扰实行“宽进宽出”，避免采集过程中因组合压噪而伤害有效反射信息，室内通过处理实现信噪分离，最大限度保持反射信息的原始性和丰富性，达到提高资料品质的目的。其核心理念在于“充分、均匀、对称”采样，进而满足叠前成像算法及叠前反演的要求，而相应的配套勘探装备是高密度采集实施的有利保障。

高密度地震勘探技术源于国外，依据外业实施方法的不同形成了两种类别：①采用小道间距，通过增加接收点和炮密度，达到提高空间采样率和分辨率的目的，野外多采用模拟检波器，通过小面元、小道距、外业组合、大道数、较宽方位角采集，室内进行精细处理和反演解释，代表技术有Eye-D和HD3D一体化技术；②为通过外业采集单点接收，室内处理数字组合的高密度地震技术，核心思想是通过野外单点激发、接收增加覆盖密度，室内组合达到提高信噪比、保真度和分辨率的目的，野外多采用数字检波器单点接收、子线观测系统，室内进行数字组合压制噪声及静校正等处理，代表技术为Q-land 技术。高密度地震勘探技术有利于提高空间采样密度，进而有助于提高静校正精度、压制干扰、同时应一般采集方位较宽，可进行各向异性分析、提高地震资料的信噪比和空间分辨率。而这三大高密度勘探代表技术HD3D、Eye-D 和Q- land ，近几年来得到大力的推广应用，提高空间采样密度的同时，加大横、纵比，实现宽方位采集，道密度、横纵比都较以前有较大提高[1-5]。

随着地震勘探技术装备的进步与高精度勘探的需求，高密度地震勘探正逐步进入准噶尔。自2006年起，准噶尔盆地逐步开始尝试高密度地震勘探。依据面元大小、覆盖次数、炮道密度、横纵比，基本可以分为三个阶段：①2006年-2008年，重点围绕开发三维，面元12.5 m × 12 m，覆盖次数介于40次～80次之间，炮道密度平均在280 000道，横纵比平均在0.2；②2008年-2011年，面元12.5 m × 12 m，覆盖次数介于80次-180次之间，平均炮道密度达到了430 000道，横纵比平均0.4；③2013年至今，在此阶段面元大部分为12.5 m × 12 m，也出现了5 m×5 m的小面元，覆盖次数在200次以上，最高覆盖次数达到了1 200次，平均炮道密度达到了3000 000道，横纵比平均0.64。其中，2006年、2011年主要采用可控震源交替扫描和井炮激发，且部署三维多集中在开发三维。2012年-2013年度达到了高密度地震勘探的小高峰，共部署实施了5块，资料面积达1 552.22 km2，满覆盖面积1 821.883 km2，其中4块采用了可控震源滑动扫描，一块山地三维采用了UNIQ采集技术，单点激发、单点接收的井炮采集。

1 盆地高密度地震勘探面临的困难

与传统的地震勘探相比，高密度勘探主要有五方面优势：①波数响应的优势，高密度地震技术对噪声波场采样充分，将时间域常规采样和去假频滤波基本采样定律扩展到空间域，数据按不同组合模式输出，消除假频噪声；②混响方面的优势，高密度接收可以校正由于虚假振幅变化引起的静校正误差和沿组合方向的静校正误差；③采样密度优势，高密度接收的地震数据，在室内组合中可以考虑噪声压制满足平面两维处理的需要；④高保真度和高分辨率的优势，通过不同道距数据的频谱分析看，小道距数据高频振幅衰减慢，在提高分辨率方面具有优势；⑤高密度地震采集有助于消除采集脚印，采集脚印产生的一个主要原因就是空间采样不足，而空间采样的不足多是由野外地震道所限、野外线距和道距过大所引起的，高密度地震技术的应用提高了空间采样，可有效消除采集脚印[2-5]。但高密度地震勘探同样面临着巨大的挑战，就准噶尔盆地近年来的高密度采集而言，因其主要采用可控震源滑动扫描与井炮单点激发单点接收的UNIQ采集技术，从资料特点来讲存在几个特点：①面元小，②覆盖次数高，③平均覆盖密度高、数据量巨大，④相应的在现阶段也面临着如下几个方面正待解决。

1.1 地震记录谐波干扰严重，无有效的压制方法

谐波干扰一直存在于可控震源地震采集中,在常规可控震源地震采集过程中产生的谐波干扰在通过相关处理之后，其对地震资料产生的影响较小，得到的地震资料一般不考虑谐波干扰的压制。随着高密度和宽方位地震数据采集工作的需求日益增大, 国际上出现了高效、环保、高保真的可控震源滑动扫描技术，并得到广泛应用。普通的非滑动扫描，各炮是单独存在的，升频扫描信号经过相关后谐波干扰会产生在负时间轴，得到相关资料不存在谐波干扰，滑动扫描采集采用多组震源同时振动，各组扫描在时间上相互重叠，由于得到资料是连续的，因此除了第一炮，其余的炮中的谐波信号相关后都会对前一炮集造成影响，特别是在减小滑动时间，提高扫描效率的时候，后续炮对上一炮造成的谐波干扰更不容小视。通常谐波具有以下特点：①、高次谐波、低次谐波、超次谐波、不规则或随机振荡信号不同程度发育；②、与施工区域的地表条件有关，成片出现，且频率范围为参考信号的整数倍； ③、分布在整个剖面上，近道尤为明显，初至谐波的能量远远高于地层反射上来的谐波信号的能量。

2012年-2013年准噶尔盆地高密度地震采集重点采用了可控震源滑动扫描的方式来实施，以玛西1井区三维的原始单炮为例，由于其滑动扫描时间较小，谐波干扰在单炮上表现较为突出，且主要集中在高频端，分布范围广，难以有效压制，特别是在高频端。从高频扫描及不同处理阶段单炮频谱可以看出，谐波干扰在高频端依然存在(图1)。对岩性勘探目标为主的精细勘探，特别是对薄砂层、弱反射的刻画，要求地震资料具有“相对振幅保持、分辨率高”的特点，如何有效提高高频端的信噪比及分辨率就显得至关重要，如何有针对性地压制谐波干扰就显得尤为重要，不容忽视。

针对谐波干扰压制，业界自上世纪90年代就开始着手研究，以CGG公司为例，是在外业采集过程中，利用HPVA专利技术，通过估计每次激发记录的谐波特征，预测噪声并在野外现场记录中减除，即记录是已去除谐波噪音后的“原始单炮”。此方法尚未在准噶尔盆地推广,新疆油田针对谐波干扰压制方法开展了大量的试验工作，具体可划分为以下几个方面：①在外业采集阶段，通过优化激发参数，如同步距离、滑动时间，进而消弱谐波干扰对有效反射的影响，当然，这一方法会大幅降低施工效率;②采用分频、多域，结合谐波干扰能量差异及频率差异，分步压制，此方法虽然有一定效果，但残留较多，效果并不理想;③结合震源力信号，采用模型法加以压制，该方法压制较为彻底，但要求质量较高的震源力信号且精确到微秒级的GPS时间，其压制效果对力信号的质量有较大依赖，同时还要求采集过程中保证震源力信号的连续性;④根据谐波及资料特点，自主研发适合谐波干扰压制的方法(比如基于2范数的中值滤波、共偏移距域邻炮干扰压制等方法),已取得阶段进展，但还有待进一步完善和优化。也就是说，目前还没有一个比较完备的技术方法来彻底解决谐波干扰的影响[6-10]。

图1 某三维典型原始单炮及频谱Fig.1 Typical primary shot and spectrum of some 3D block(a)原始单炮；(b)频谱

1.2 单点激发、单点接收，资料信噪比明显降低

准噶尔盆地高密度地震勘探，无论采用可控震源(1台1次)激发还是井炮(单井)激发、单点接收，均改变了以往传统的炮检点组合激发、接收模式，单点激发或单点接收保证了地震信号的宽进宽出，同时也对噪声的压制大大削弱，而造成原始地震资料的信噪比降低明显。以2013年度新采集的UNIQ三维为例(单点激发、单点接收)，原始单炮与以往采集的单炮相比，信噪比有明显降低的特征，同时随机噪声更为突出，虽然经过噪声压制后有所改善，但依然难以见到有效反射，而常规方法采集的原始或去噪单炮，均可见清晰有效反射(图2、图3)。虽然目前业界多采用通过提高覆盖次数来提高叠加剖面的信噪比，如何选择经济有效的覆盖次数，是很难界定的。同时原始单炮的信噪比的降低，直接导致的则是CMP道集、CRP道集的信噪比的明显降低，这些对叠前提高信噪比、提高分辨率及后续的叠前反演、储层预测等各项工作的开展都非常不利。

1.3 高密度地震勘探，带来了海量地震数据

高密度地震勘探产生的数据，无论是外业采集质量监控、数据处理还是存储都带来难以预估的挑战，具体表现有如下几点：①高密度地震采集平均每天的采集炮次多达几千炮，每炮的道数几千乃至几万道，传统的即时调显、分频扫描的监控与评价难以满足高密度带来的海量地震数据的需求；②高密度地震采集随之而来的是地震数据的快速增加，因而数据存储、数据安全及资料处理的实效性均带来较大影响。2012年全年新疆油田采集的二、三维原始地震数据总共为约12 TB，而2013年实施高密度地震采集后，5块三维的地震数据就达到了近140 TB(图4)。面对如此巨大的海量地震数据，如何评价、如何高效处理都需要加以快速解决；③现有地震数据处理系统往往难以适应万道接收及几十万炮的海量地震数据。高密度地震勘探往往意味着高覆盖密度，相应的炮道密度都大幅增加。目前的静校正软件或处理系统对道数或炮次都有不同程度的限制，因而高密度地震数据潜力及地震数据处理的效率也受到影响。以2012年吉25-吉33井区与2013年玛10井区三维为例，二者数据量相差约4倍，但叠前时间偏移时间相差达到了近11倍之多，严重影响了地震数据处理的效率。

图2 相同位置高密度三维采集原始单炮与以往原始单炮对比Fig.2 High density 3D original single shot collected at the same location comparing with the previous original single shot(a)高密度三维采集原始单炮；(b)以往原始单炮

图3 相同位置高密度三维采集去噪单炮与以往去噪对比Fig.3 Denoising single shot collected at the same location comparing with the previous de-noising(a)高密度三维采集去噪单炮；(b)以往去噪单炮

图4 相同位置高密度三维采集去噪单炮与以往去噪对比Fig.4 Denoising single shot collected at the same location comparing with the previous de-noising(a)高密度三维采集去噪单炮；(b)以往去噪单炮

2 准噶尔盆地高密度地震技术展望

高密度空间采样是解决复杂地质目标精细勘探和油藏精细描述的一种必然的趋势。准噶尔盆地复杂多变的表层、深层地震地质表条件需要高密度地震技术来解决近地表高差、速度变化大、快等的影响，从而获得具有较高信噪比的地震数据。准噶尔盆地高密度地震勘探尚处于发展阶段，需要进一步研究技术有效性，优选实施靶区，开展小道间距、高道密度地震采集、处理、解释配套技术应用研究，开展单点激发、接收高密度地震勘探先导性试验和可行性研究，逐步形成适合于准噶尔部分探区的，不同的、经济可行的高密度地震勘探技术[1-4]。

采集上，在充分、对称、均匀的指导原则下，针对提高资料信噪比矛盾突出的重点难点地区，开展野外噪声压制、高效可控震源激发、海量数据分析评价等技术研究。特别是在高密度地震勘探原始数据的评价方面，简单的通过单炮的定量分析、频率扫描已难以评价高密度地震资料的优越，但完全不对单炮做评价也不可取，针对高密度地震资料需要针对性的结合点、线、面的优选敏感参数，如单炮含信比、均方根振幅、频率、标准炮等参数的对比分析，确保采集质量。应做好如下几点：①建立适合高密度地震勘探地震数据的评价规范，依据针对性评价规范与标准开展评价；②针对不同区，不同激发地表、激发岩性、构造特点，开展实验，建立标准炮；③研发并配备适合高密度采集的定量化的分析软件，优选适合高密度地震资料的定量化分析与评价关键技术指标(如均方根振幅、单炮含信比等)；④外业采集中加大环境噪声、仪器、突发事件、排列等的监控力度(如环境噪声监测，仪器性能、震源性能的动态实时监测；突发事件监测，激发点、排列状态的实时监测)。

在处理上，针对高密度地震勘探带来的海量地震数据，应考虑处理时效、处理技术适用性方面的研究；在室内地震资料处理中可尝试室内道组合、抽排列等技术减少地震数据，提高部分环节处理效率，也便于适应目前现阶段的处理软硬件。同时也可大力推广基于GPU的叠前时间偏移，提高高密度地震数据处理的时效性，另外加大OVT域地震资料处理技术应用并尝试开发对高密度三维噪声压制的针对性技术方法、分方位处理、静校正、各向异性处理等方面相关技术的研发与应用，进而充分发挥高密度地震资料的潜力。

在解释上则需要利用好高密度地震数据带来的全方位地震数据信息，比如快慢波速度研究与应用，同时逐步尝试分方位或考虑方位角信息的叠前反演。

3 结束语

1)可控震源滑动扫描作为高密度地震勘探的高效采集技术之一，是未来高密度地震勘探的必然趋势，针对盆地可控震源滑动扫描高效采集，只有具备邻炮干扰压制、滑动扫描谐波压制、 现场实时质控、海量数据质量分析及可控震源出力驱动等技术条件，滑动扫描高效采集技术才具备规模应用的基础。

2)滑动扫描高效采集谐波干扰可以在野外施工现场种通过参数优化，减少其对目的层段有效反射资料的影响，室内压制则需要提供完整的、高质量的震源力信号及精确到微秒的GPS时间。目前缺乏针对性的去除谐波的方法，严重制约了可控震源勘探的效率。需要研发针对性较强、高效的方法压制谐波干扰，以便提高处理时效性，得到更好的经济效益。

3)在保证一定含信比的基础上，当覆盖次数足够高时基本可以弥补单点激发、单点接收造成的信噪比降低而导致的叠加数据的信噪比的降低，但单点激发、单点接收造成的资料有效信号的减弱对噪声识别及信噪分离都带来了新的挑战，同时是否能够提高CRP道集的信噪比，还有待进一步研究，因此具体的覆盖次数需结合地质需求、地质目标、正演模型分析需科学精细论证。

4)现阶段对高密度原始地震资料评价缺乏针对性的评价机制及规范，完全忽略原始地震单炮记录的评价并不可取，优选技术指标开展定量的评价分析及外业施工的质量提出了更高的要求。

5)高密度地震勘探技术具有明显的优势,但配套设备、配套的技术还需不断地完善。同时其成本较高、应用领域还需要进一步分析，具体应用时仍需科学定量分析地质目标与经济投入的匹配关系，控制落实成本。

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Discussion on the facing problems of the seismic data with high density in Junggar basin

PAN Long, LIN Juan, LUO Yong, CUI Qing

(Institude of Geophysics,Research Institude of Exploration and Development, Xinjiang Oilfield Company,PetroChina,Urumqi,Xinjiang 830013,China)

High density seismic exploration, a geophysical method, is developed rapidly in recent years in foreign countries. It has obvious advantages compared with the seismic exploration technology in the previous studies, SNR and resolution can be improved greatly, and then the geological target can be further characterized in detail. . The difficulties of the high density seismic exploration in Junggar basin is analyzed in detailed in this paper. The present situation of the Junggar basin of high density seismic data processing technology is stated carefully, pointing out that the implementation of the basic conditions of high density seismic exploration and the necessary supporting technology needed to develop and improve. Only to have a more thorough understanding to the high density seismic exploration technology, it can play its due role.

high density seismic exploration； Junggar basin； vibroseis slide scanning； harmonic interference； huge seismic data

2015-05-21 改回日期：2015-10-08

潘龙(1976-),男，高级工程师，主要研究方向为地震资料处理，E-mail：panlong@petrochina.com。

1001-1749(2016)05-0637-06

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2016.05.10