塔中沙漠區(qū)可控震源寬線采集試驗

李　俊，張　坤，周　旭，張　巖

(中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司,河北涿州 072751)

塔中沙漠區(qū)可控震源寬線采集試驗

李俊，張坤，周旭，張巖

(中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司,河北涿州 072751)

摘要：塔中沙漠區(qū)奧陶系碳酸鹽巖勘探需要通過高密度寬方位三維采集來提高勘探精度?；诟呙芏葘挿轿徊杉瘜μ岣卟杉屎徒档涂碧匠杀镜男枨?，開展了可控震源寬線采集試驗，以研究沙漠區(qū)應用可控震源并實施高效采集的可行性。利用試驗數(shù)據(jù)，進行了震源臺數(shù)、覆蓋次數(shù)等施工參數(shù)的對比、炸藥和可控震源資料的對比、可控震源施工效率及影響因素分析。研究表明，可控震源在塔中沙漠區(qū)應用是可行性的。在組合臺數(shù)和覆蓋次數(shù)乘積相等的前提下，單臺激發(fā)高覆蓋觀測與多臺震源組合激發(fā)較低覆蓋次數(shù)觀測的剖面效果基本相當。為得到與炸藥激發(fā)相當水平的資料，單臺可控震源采集的覆蓋次數(shù)至少要達到炸藥激發(fā)覆蓋次數(shù)的11倍以上?？煽卣鹪丛谏衬畢^(qū)施工時，通行條件是影響效率的關鍵，再配置足夠的震源，能夠進行高效采集。

關鍵詞：沙漠區(qū)；低信噪比；可控震源；激發(fā)方法；覆蓋次數(shù)

A Test for Vibroseis Wide-line Acquisition in Central Tarim Desert Area

Li Jun, Zhang Kun, Zhou Xu, Zhang Yan

(BureauofGeophysicalProspectingINC.,ChinaNationalPetroleumCorporation,Zhuozhou,Hebei072751，China)

Abstract:The high-density wide-azimuth 3D acquisition method is needed to improve the survey accuracy for the exploration of the Ordovician carbonate rocks in Central Tarim Desert Area. Since high-density wide-azimuth acquisition demands for increasing acquisition efficiency and reducing exploration cost, we carried out a pilot vibroseis acquisition test using wide lines to study the feasibility of performing high-efficiency acquisitions with vibrators in desert area. Based on the test data, we compared the operation parameters including the number of vibrators and folds, the charge and vibrator data, and analyzed the vibroseis efficiency and influencing factors. Results indicated that vibrator could be applied in Central Tarim Area. In the premise of equal product of the number of vibrators and the selection of folds, single source high-fold observation and multi-source low-fold observation had equivalent effect. To get data similar to charge stimulation, the fold of single-vibrator vibroseis acquisition was at least 11 times higher than that of charge stimulation. When operating in desert area with vibroseis, passing condition is key to efficiency. Integrated with enough vibroseis, we could carry out high-efficiency acquisition.

Key words:desert area; low S/N ratio; vibroseis; shooting method; fold

利用離散地震波場準確重建地下連續(xù)波場的理想條件是地震采集能夠對五維疊前波場W(t，xr，yr，xs，ys)(其中，t為時間；xr、yr為接收點x、y坐標；xs、ys為激發(fā)點x和y坐標)進行充分采樣，采用小點距、小線距的高密度寬方位觀測系統(tǒng)是更接近理想條件的采集方案[1-5]，但這種方案對采集裝備和勘探投入都有很高的要求。地震裝備技術的快速發(fā)展使儀器帶道能力大幅度提升，使得高密度寬方位地震采集的實施具備了可行性；但受成本制約，高密度寬方位地震采集技術的規(guī)?；瘧萌匀幻媾R巨大的阻力?？煽卣鹪锤咝Р杉夹g的出現(xiàn)及快速發(fā)展有效地緩解了高密度寬方位采集的成本壓力，受到了越來越多的關注[6-9]。

目前，在一些復雜區(qū)域可控震源的應用較少，缺乏施工經(jīng)驗和實際資料，決策者沒有充分的依據(jù)選擇可控震源來進行規(guī)模化施工，塔中沙漠區(qū)就是典型區(qū)域。該區(qū)地表被第四系巨厚松散沙層覆蓋，地形起伏劇烈、表層松軟，通行條件差；近地表吸收衰減和散射作用強，且目的層奧陶系碳酸鹽巖埋藏深度大、內(nèi)幕速度差異小，反射能量弱，存在較為嚴重的低信噪比問題。區(qū)內(nèi)以往地震勘探全部采用炸藥激發(fā)，可控震源能否實施、能否得到滿足地質需求的資料尚不明確。為此，開展了塔中沙漠區(qū)可控震源寬線采集試驗，從而對可控震源采集的可行性進行了研究。

1 試驗區(qū)

試驗區(qū)選擇在塔克拉瑪干大沙漠腹地，工區(qū)地表為條帶狀沙丘，海拔為1041～1081m，測線近平行于沙丘走向布設，測線通行方向上地面坡度在15°以內(nèi)。近地表存在穩(wěn)定的潛水面，埋深4～40m。目的層中—上奧陶統(tǒng)底界埋深約6000m，在剖面上的反射時間大致為3.75～4.0s。

2007年區(qū)內(nèi)曾采用炸藥潛水面下激發(fā)的方式進行三維地震資料采集。三維觀測系統(tǒng)參數(shù)為：12線12炮216道、50m道距、50m炮點距、300m接收線距、450m炮線距、72次覆蓋。

2 試驗及對比方案

2.1 試驗采集方案

觀測系統(tǒng)參數(shù)：采用寬線觀測方式進行采集，共鋪設接收線2條、炮線3條，炮點和接收點間距為30m，炮線和接收線間距為90m(圖1)，采集時每炮均采用2線400道中間放炮觀測系統(tǒng)接收。

圖1　試驗采集方案示意圖Fig.1　Sketch map of acquisition schemes used in the test

激發(fā)參數(shù)：采用KZ28大噸位可控震源激發(fā)，1～4臺組合、震動1次、驅動幅度為60%、掃描長度為16s、掃描頻率為6～64Hz。其中炮線1采用2臺組合激發(fā)，炮線2采用3臺組合激發(fā)，炮線3分別采用1臺、4臺組合各施工1次。

檢波組合參數(shù)：20個檢波器面積組合。

2.2對比方案及思路

主要從兩個方面對試驗進行對比分析。

2.2.1 可控震源臺數(shù)及覆蓋次數(shù)對比

將1～4臺激發(fā)的可控震源線試驗資料進行處理，分別得到100次、200次和400次覆蓋的剖面。通過相同覆蓋次數(shù)不同激發(fā)臺數(shù)的資料對比，分析可控震源激發(fā)臺數(shù)對資料的影響；通過相同激發(fā)臺數(shù)不同覆蓋次數(shù)的資料對比，分析覆蓋次數(shù)對資料的影響；通過對比資料品質相當時的采集參數(shù)，分析采集參數(shù)之間的匹配關系。

2.2.2 炸藥和可控震源激發(fā)效果對比

將采集的試驗資料與以往相同位置炸藥激發(fā)資料進行對比，分析兩種激發(fā)方式得到的資料差異；以炸藥激發(fā)資料效果為標準，將不同采集方案得到的可控震源資料與之進行對比，分析確定與炸藥激發(fā)等效的可控震源采集方案。

3 試驗資料分析

3.1 不同采集參數(shù)的可控震源資料對比分析

(1)

式中SN——疊加后的剖面信噪比；

n——可控震源組合臺數(shù)；

m——觀測系統(tǒng)覆蓋次數(shù)；

k——常數(shù)，可看作單臺可控震源采集得到的原始資料信噪比。

圖2　可控震源激發(fā)不同采集參數(shù)的疊前時間偏移剖面圖Fig.2 Prestack time migration sections using different vibroseis acquisition parameters

從圖2中縱向排列的3組剖面來看，相同覆蓋次數(shù)條件下，隨著可控震源激發(fā)臺數(shù)的增加，剖面上3.5s和4.0s左右的反射波同相軸連續(xù)性逐步增強。從圖2中橫向排列的3組剖面上看，在可控震源激發(fā)臺數(shù)相同的條件下，隨覆蓋次數(shù)的增加，剖面上3.5s和4.0s左右的反射波同相軸連續(xù)性同樣呈逐步增強的趨勢。圖2中左下至右上對角線上的3張剖面成像效果差別不大。在剖面上取3.0～3.2s時窗，分析有效頻帶10～45Hz的信噪比，得到圖3所示結果。從圖3上可以看出，隨著可控震源激發(fā)臺數(shù)或覆蓋次數(shù)的增加，剖面信噪比逐步提高。當采用覆蓋次數(shù)與可控震源激發(fā)臺數(shù)的乘積相同時，信噪比定量分析結果大致相等。如4臺激發(fā)100次覆蓋、2臺激發(fā)200次覆蓋和1臺激發(fā)400次覆蓋的剖面信噪比都處在2.62～2.67范圍內(nèi)，差異率最大為1.9%。

圖3　不同采集參數(shù)的疊前時間偏移剖面信噪比圖Fig.3　S/N ratios of the prestack time migration sections using different acquisition parameters

由上述理論分析與實際資料對比可知，可控震源組合臺數(shù)和觀測系統(tǒng)的覆蓋次數(shù)對剖面信噪比存在較大影響。單從提高剖面信噪比的能力而言，增加可控震源組合臺數(shù)和提高覆蓋次數(shù)是等效的。因此，在確定采集方案時，用提高覆蓋次數(shù)和增加組合激發(fā)臺數(shù)提高信噪比的這兩種方法可以互換，即提高覆蓋次數(shù)時可適當減少可控震源組合臺數(shù)，增加可控震源組合臺數(shù)時可適當降低覆蓋次數(shù)。

3.2 炸藥激發(fā)與可控震源激發(fā)資料對比

炸藥和可控震源激發(fā)的資料在頻率、能量和噪聲特征等方面都存在較大的差異。理論上，炸藥在較好的彈性介質(如水、膠泥、硬巖石等)中激發(fā)，能夠得到具有較寬頻帶、較高主頻的激發(fā)子波，相對于受掃描頻帶限制的可控震源激發(fā)子波有明顯的優(yōu)勢。但經(jīng)過大地對激發(fā)子波吸收衰減改造后，實際采集到的深層地震資料上炸藥和可控震源激發(fā)的地震波頻帶差別并不明顯。在試驗區(qū)可控震源激發(fā)的資料上，目的層奧陶系反射波有效頻帶為10～35Hz，與炸藥激發(fā)的頻帶范圍大致相同。

在信噪比方面，由于可控震源激發(fā)的能量相對較弱，而且淺層多次折射干擾及近地表散射干擾更為發(fā)育，單炮信噪比明顯低于炸藥激發(fā)資料(圖4)。受單炮信噪比的影響，室內(nèi)處理中可控震源資料的去噪和速度分析難度較大，去噪效果和速度分析精度比炸藥激發(fā)所得資料差。最終導致覆蓋次數(shù)大致相同時，可控震源資料的剖面成像效果明顯不如炸藥激發(fā)的剖面效果(圖5)。

之前的分析表明，通過增加覆蓋次數(shù)或激發(fā)的組合臺數(shù)能提高可控震源資料的剖面信噪比。從圖6a與圖6b和圖6c與圖6d所知，可控震源激發(fā)高覆蓋采集的資料與井炮激發(fā)低覆蓋資料基本相當。由此可得，要達到與炸藥激發(fā)資料相當?shù)钠拭嫘Ч?，可控震源采集的覆蓋次數(shù)m、組合臺數(shù)n與炸藥采集的覆蓋次數(shù)f之間應滿足的關系為：nm≈11f。

圖4　去除線性干擾后的可控震源和炸藥激發(fā)單炮記錄圖Fig.4　Vibroseis and explosive-shooting single shot records after removing the linear disturbance

圖5　覆蓋次數(shù)基本相當時可控震源激發(fā)和炸藥激發(fā)資料疊前時間偏移剖面圖Fig.5　Prestack time migration sections from vibroseis and explosive-shooting when folds are equivalent

圖6　不同激發(fā)方式不同采集參數(shù)的疊前時間偏移剖面圖Fig.6　Prestack time migration sections acquired using different parameters and different shooting methodsa—井炮高速層激發(fā)72次覆蓋；b—可控震源2臺組合激發(fā) 400次覆蓋;c—井炮高速層激發(fā)144次覆蓋；d—可控震源4臺組合激發(fā) 400次覆蓋

綜合上述對比分析結果，在塔中沙漠區(qū)采用可控震源采集得到的資料的有效頻帶與炸藥激發(fā)資料差別不大，但單炮的信噪比明顯低于炸藥激發(fā)資料。采用高覆蓋或多臺組合激發(fā)等提高信噪比的措施后，能夠得到與炸藥激發(fā)資料等效的剖面效果。如果采用單臺可控震源激發(fā)，要得到與炸藥激發(fā)相當水平的資料，可控震源采集的覆蓋次數(shù)要達到炸藥激發(fā)覆蓋次數(shù)的11倍。

3.3 可控震源施工效率及影響因素分析

沙漠區(qū)通行條件差對可控震源工作效率有很大影響。從施工現(xiàn)場反饋的信息來看，沙丘坡度大和彎道多是影響可控震源工作效率的兩個關鍵點。測試表明，輪式震源的爬坡能力只能達到15°，拐彎時需要路面寬度達到5m以上。施工中需加強選點、線路設計和推路工作，使震源道路坡度和拐彎處的寬度滿足通行需要，才能確保可控震源在沙漠區(qū)有效施工。

對試驗線所有炮點的采集時間進行統(tǒng)計，得出間隔30m的兩個相鄰炮點的放炮時間間隔平均為63.55s。將這個時間減去可控震源掃描時間16s和聽時間7s，可得震源就緒時間(搬點+起降平板時間)平均為40.55s。按照這個時間推算，配置3組可控震源進行交替掃描施工，可達到156炮/h的生產(chǎn)效率，配置4組震源進行滑動掃描施工(10s滑動時間)，可達到360炮/h的生產(chǎn)效率。

4 認識及建議

根據(jù)試驗資料的分析結果，通過合理選擇采集參數(shù)，塔中沙漠區(qū)可控震源施工能夠得到與炸藥激發(fā)等效的剖面效果，通過解決可控震源通行問題，并合理配置資源，能夠實現(xiàn)高效采集施工。因此，塔中沙漠區(qū)可控震源施工具有可行性。塔中沙漠區(qū)采用可控震源施工時，在采集方法選擇和施工組織上需關注以下幾點：

(1)可控震源施工需要采用比炸藥激發(fā)更強化的采集方案。以得到與炸藥激發(fā)相當水平的資料為衡量標準，單臺可控震源采集的覆蓋次數(shù)至少要達到炸藥激發(fā)覆蓋次數(shù)的11倍以上。

(2)盡管在組合臺數(shù)和覆蓋次數(shù)乘積相等的前提下，單臺激發(fā)高覆蓋觀測與多臺震源組合激發(fā)低覆蓋次數(shù)觀測的剖面效果基本相當，但由于單臺激發(fā)在提高施工效率、保護高頻信號和利用力信號壓制諧波干擾等方面存在優(yōu)勢，在高精度三維勘探中應優(yōu)先考慮采用單臺激發(fā)高覆蓋觀測的采集方法。

(3)可控震源在沙漠區(qū)施工時，通行條件是影響效率的關鍵。在塔中地區(qū)西部沙丘起伏程度與試驗區(qū)相當、地面相對高差在40m以內(nèi)的區(qū)域，通過加強選點、線路設計和推路工作解決好通行問題，再配置足夠的震源，才能進行高效采集。

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作者簡介：第一李俊(1977年生),男,工程師,現(xiàn)主要從事地震采集方法研究工作。郵箱： bgpzx@163.com。

中圖分類號：P631.4

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