高密度地震資料在準(zhǔn)噶爾盆地的應(yīng)用及面臨的問題

潘 龍， 林 娟 ， 羅 勇， 崔 琴

(中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院 地球物理研究所，烏魯木齊 830013)

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高密度地震資料在準(zhǔn)噶爾盆地的應(yīng)用及面臨的問題

潘 龍， 林 娟 ， 羅 勇， 崔 琴

(中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院 地球物理研究所，烏魯木齊 830013)

高密度地震勘探技術(shù)是近年來在國外發(fā)展較快的一種地震方法，相比以往的地震勘探技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢，信噪比、分辨率能夠大幅提高，能夠更細(xì)致刻畫地質(zhì)目標(biāo)。這里詳細(xì)分析了高密度地震勘探技術(shù)在準(zhǔn)噶爾盆地面臨的困難，論述了準(zhǔn)噶爾盆地高密度地震勘探資料處理技術(shù)的現(xiàn)狀，指出了在準(zhǔn)噶爾盆地實施高密度地震勘探應(yīng)該具備的基本條件，還需要開發(fā)和完善一些必備的配套技術(shù)。

高密度地震勘探； 準(zhǔn)噶爾盆地； 可控震源滑動掃描； 諧波干擾； 海量地震數(shù)據(jù)

0 前言

高密度地震勘探技術(shù)，是近年發(fā)展起來的是對傳統(tǒng)線束狀三維地震勘探方法的一次技術(shù)革命。與傳統(tǒng)三維地震勘探相比，高密度地震勘探主要采用點激發(fā)、點接收、小道距高密度空間采樣，對有效信號和干擾實行“寬進(jìn)寬出”，避免采集過程中因組合壓噪而傷害有效反射信息，室內(nèi)通過處理實現(xiàn)信噪分離，最大限度保持反射信息的原始性和豐富性，達(dá)到提高資料品質(zhì)的目的。其核心理念在于“充分、均勻、對稱”采樣，進(jìn)而滿足疊前成像算法及疊前反演的要求，而相應(yīng)的配套勘探裝備是高密度采集實施的有利保障。

高密度地震勘探技術(shù)源于國外，依據(jù)外業(yè)實施方法的不同形成了兩種類別：①采用小道間距，通過增加接收點和炮密度，達(dá)到提高空間采樣率和分辨率的目的，野外多采用模擬檢波器，通過小面元、小道距、外業(yè)組合、大道數(shù)、較寬方位角采集，室內(nèi)進(jìn)行精細(xì)處理和反演解釋，代表技術(shù)有Eye-D和HD3D一體化技術(shù)；②為通過外業(yè)采集單點接收，室內(nèi)處理數(shù)字組合的高密度地震技術(shù)，核心思想是通過野外單點激發(fā)、接收增加覆蓋密度，室內(nèi)組合達(dá)到提高信噪比、保真度和分辨率的目的，野外多采用數(shù)字檢波器單點接收、子線觀測系統(tǒng)，室內(nèi)進(jìn)行數(shù)字組合壓制噪聲及靜校正等處理，代表技術(shù)為Q-land 技術(shù)。高密度地震勘探技術(shù)有利于提高空間采樣密度，進(jìn)而有助于提高靜校正精度、壓制干擾、同時應(yīng)一般采集方位較寬，可進(jìn)行各向異性分析、提高地震資料的信噪比和空間分辨率。而這三大高密度勘探代表技術(shù)HD3D、Eye-D 和Q- land ，近幾年來得到大力的推廣應(yīng)用，提高空間采樣密度的同時，加大橫、縱比，實現(xiàn)寬方位采集，道密度、橫縱比都較以前有較大提高[1-5]。

隨著地震勘探技術(shù)裝備的進(jìn)步與高精度勘探的需求，高密度地震勘探正逐步進(jìn)入準(zhǔn)噶爾。自2006年起，準(zhǔn)噶爾盆地逐步開始嘗試高密度地震勘探。依據(jù)面元大小、覆蓋次數(shù)、炮道密度、橫縱比，基本可以分為三個階段：①2006年-2008年，重點圍繞開發(fā)三維，面元12.5 m × 12 m，覆蓋次數(shù)介于40次～80次之間，炮道密度平均在280 000道，橫縱比平均在0.2；②2008年-2011年，面元12.5 m × 12 m，覆蓋次數(shù)介于80次-180次之間，平均炮道密度達(dá)到了430 000道，橫縱比平均0.4；③2013年至今，在此階段面元大部分為12.5 m × 12 m，也出現(xiàn)了5 m×5 m的小面元，覆蓋次數(shù)在200次以上，最高覆蓋次數(shù)達(dá)到了1 200次，平均炮道密度達(dá)到了3000 000道，橫縱比平均0.64。其中，2006年、2011年主要采用可控震源交替掃描和井炮激發(fā)，且部署三維多集中在開發(fā)三維。2012年-2013年度達(dá)到了高密度地震勘探的小高峰，共部署實施了5塊，資料面積達(dá)1 552.22 km2，滿覆蓋面積1 821.883 km2，其中4塊采用了可控震源滑動掃描，一塊山地三維采用了UNIQ采集技術(shù)，單點激發(fā)、單點接收的井炮采集。

1 盆地高密度地震勘探面臨的困難

與傳統(tǒng)的地震勘探相比，高密度勘探主要有五方面優(yōu)勢：①波數(shù)響應(yīng)的優(yōu)勢，高密度地震技術(shù)對噪聲波場采樣充分，將時間域常規(guī)采樣和去假頻濾波基本采樣定律擴(kuò)展到空間域，數(shù)據(jù)按不同組合模式輸出，消除假頻噪聲；②混響方面的優(yōu)勢，高密度接收可以校正由于虛假振幅變化引起的靜校正誤差和沿組合方向的靜校正誤差；③采樣密度優(yōu)勢，高密度接收的地震數(shù)據(jù)，在室內(nèi)組合中可以考慮噪聲壓制滿足平面兩維處理的需要；④高保真度和高分辨率的優(yōu)勢，通過不同道距數(shù)據(jù)的頻譜分析看，小道距數(shù)據(jù)高頻振幅衰減慢，在提高分辨率方面具有優(yōu)勢；⑤高密度地震采集有助于消除采集腳印，采集腳印產(chǎn)生的一個主要原因就是空間采樣不足，而空間采樣的不足多是由野外地震道所限、野外線距和道距過大所引起的，高密度地震技術(shù)的應(yīng)用提高了空間采樣，可有效消除采集腳印[2-5]。但高密度地震勘探同樣面臨著巨大的挑戰(zhàn)，就準(zhǔn)噶爾盆地近年來的高密度采集而言，因其主要采用可控震源滑動掃描與井炮單點激發(fā)單點接收的UNIQ采集技術(shù)，從資料特點來講存在幾個特點：①面元小，②覆蓋次數(shù)高，③平均覆蓋密度高、數(shù)據(jù)量巨大，④相應(yīng)的在現(xiàn)階段也面臨著如下幾個方面正待解決。

1.1 地震記錄諧波干擾嚴(yán)重，無有效的壓制方法

諧波干擾一直存在于可控震源地震采集中,在常規(guī)可控震源地震采集過程中產(chǎn)生的諧波干擾在通過相關(guān)處理之后，其對地震資料產(chǎn)生的影響較小，得到的地震資料一般不考慮諧波干擾的壓制。隨著高密度和寬方位地震數(shù)據(jù)采集工作的需求日益增大, 國際上出現(xiàn)了高效、環(huán)保、高保真的可控震源滑動掃描技術(shù)，并得到廣泛應(yīng)用。普通的非滑動掃描，各炮是單獨存在的，升頻掃描信號經(jīng)過相關(guān)后諧波干擾會產(chǎn)生在負(fù)時間軸，得到相關(guān)資料不存在諧波干擾，滑動掃描采集采用多組震源同時振動，各組掃描在時間上相互重疊，由于得到資料是連續(xù)的，因此除了第一炮，其余的炮中的諧波信號相關(guān)后都會對前一炮集造成影響，特別是在減小滑動時間，提高掃描效率的時候，后續(xù)炮對上一炮造成的諧波干擾更不容小視。通常諧波具有以下特點：①、高次諧波、低次諧波、超次諧波、不規(guī)則或隨機(jī)振蕩信號不同程度發(fā)育；②、與施工區(qū)域的地表條件有關(guān)，成片出現(xiàn)，且頻率范圍為參考信號的整數(shù)倍； ③、分布在整個剖面上，近道尤為明顯，初至諧波的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地層反射上來的諧波信號的能量。

2012年-2013年準(zhǔn)噶爾盆地高密度地震采集重點采用了可控震源滑動掃描的方式來實施，以瑪西1井區(qū)三維的原始單炮為例，由于其滑動掃描時間較小，諧波干擾在單炮上表現(xiàn)較為突出，且主要集中在高頻端，分布范圍廣，難以有效壓制，特別是在高頻端。從高頻掃描及不同處理階段單炮頻譜可以看出，諧波干擾在高頻端依然存在(圖1)。對巖性勘探目標(biāo)為主的精細(xì)勘探，特別是對薄砂層、弱反射的刻畫，要求地震資料具有“相對振幅保持、分辨率高”的特點，如何有效提高高頻端的信噪比及分辨率就顯得至關(guān)重要，如何有針對性地壓制諧波干擾就顯得尤為重要，不容忽視。

針對諧波干擾壓制，業(yè)界自上世紀(jì)90年代就開始著手研究，以CGG公司為例，是在外業(yè)采集過程中，利用HPVA專利技術(shù)，通過估計每次激發(fā)記錄的諧波特征，預(yù)測噪聲并在野外現(xiàn)場記錄中減除，即記錄是已去除諧波噪音后的“原始單炮”。此方法尚未在準(zhǔn)噶爾盆地推廣,新疆油田針對諧波干擾壓制方法開展了大量的試驗工作，具體可劃分為以下幾個方面：①在外業(yè)采集階段，通過優(yōu)化激發(fā)參數(shù)，如同步距離、滑動時間，進(jìn)而消弱諧波干擾對有效反射的影響，當(dāng)然，這一方法會大幅降低施工效率;②采用分頻、多域，結(jié)合諧波干擾能量差異及頻率差異，分步壓制，此方法雖然有一定效果，但殘留較多，效果并不理想;③結(jié)合震源力信號，采用模型法加以壓制，該方法壓制較為徹底，但要求質(zhì)量較高的震源力信號且精確到微秒級的GPS時間，其壓制效果對力信號的質(zhì)量有較大依賴，同時還要求采集過程中保證震源力信號的連續(xù)性;④根據(jù)諧波及資料特點，自主研發(fā)適合諧波干擾壓制的方法(比如基于2范數(shù)的中值濾波、共偏移距域鄰炮干擾壓制等方法),已取得階段進(jìn)展，但還有待進(jìn)一步完善和優(yōu)化。也就是說，目前還沒有一個比較完備的技術(shù)方法來徹底解決諧波干擾的影響[6-10]。

圖1 某三維典型原始單炮及頻譜Fig.1 Typical primary shot and spectrum of some 3D block(a)原始單炮；(b)頻譜

1.2 單點激發(fā)、單點接收，資料信噪比明顯降低

準(zhǔn)噶爾盆地高密度地震勘探，無論采用可控震源(1臺1次)激發(fā)還是井炮(單井)激發(fā)、單點接收，均改變了以往傳統(tǒng)的炮檢點組合激發(fā)、接收模式，單點激發(fā)或單點接收保證了地震信號的寬進(jìn)寬出，同時也對噪聲的壓制大大削弱，而造成原始地震資料的信噪比降低明顯。以2013年度新采集的UNIQ三維為例(單點激發(fā)、單點接收)，原始單炮與以往采集的單炮相比，信噪比有明顯降低的特征，同時隨機(jī)噪聲更為突出，雖然經(jīng)過噪聲壓制后有所改善，但依然難以見到有效反射，而常規(guī)方法采集的原始或去噪單炮，均可見清晰有效反射(圖2、圖3)。雖然目前業(yè)界多采用通過提高覆蓋次數(shù)來提高疊加剖面的信噪比，如何選擇經(jīng)濟(jì)有效的覆蓋次數(shù)，是很難界定的。同時原始單炮的信噪比的降低，直接導(dǎo)致的則是CMP道集、CRP道集的信噪比的明顯降低，這些對疊前提高信噪比、提高分辨率及后續(xù)的疊前反演、儲層預(yù)測等各項工作的開展都非常不利。

1.3 高密度地震勘探，帶來了海量地震數(shù)據(jù)

高密度地震勘探產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，無論是外業(yè)采集質(zhì)量監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理還是存儲都帶來難以預(yù)估的挑戰(zhàn)，具體表現(xiàn)有如下幾點：①高密度地震采集平均每天的采集炮次多達(dá)幾千炮，每炮的道數(shù)幾千乃至幾萬道，傳統(tǒng)的即時調(diào)顯、分頻掃描的監(jiān)控與評價難以滿足高密度帶來的海量地震數(shù)據(jù)的需求；②高密度地震采集隨之而來的是地震數(shù)據(jù)的快速增加，因而數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)安全及資料處理的實效性均帶來較大影響。2012年全年新疆油田采集的二、三維原始地震數(shù)據(jù)總共為約12 TB，而2013年實施高密度地震采集后，5塊三維的地震數(shù)據(jù)就達(dá)到了近140 TB(圖4)。面對如此巨大的海量地震數(shù)據(jù)，如何評價、如何高效處理都需要加以快速解決；③現(xiàn)有地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)往往難以適應(yīng)萬道接收及幾十萬炮的海量地震數(shù)據(jù)。高密度地震勘探往往意味著高覆蓋密度，相應(yīng)的炮道密度都大幅增加。目前的靜校正軟件或處理系統(tǒng)對道數(shù)或炮次都有不同程度的限制，因而高密度地震數(shù)據(jù)潛力及地震數(shù)據(jù)處理的效率也受到影響。以2012年吉25-吉33井區(qū)與2013年瑪10井區(qū)三維為例，二者數(shù)據(jù)量相差約4倍，但疊前時間偏移時間相差達(dá)到了近11倍之多，嚴(yán)重影響了地震數(shù)據(jù)處理的效率。

圖2 相同位置高密度三維采集原始單炮與以往原始單炮對比Fig.2 High density 3D original single shot collected at the same location comparing with the previous original single shot(a)高密度三維采集原始單炮；(b)以往原始單炮

圖3 相同位置高密度三維采集去噪單炮與以往去噪對比Fig.3 Denoising single shot collected at the same location comparing with the previous de-noising(a)高密度三維采集去噪單炮；(b)以往去噪單炮

圖4 相同位置高密度三維采集去噪單炮與以往去噪對比Fig.4 Denoising single shot collected at the same location comparing with the previous de-noising(a)高密度三維采集去噪單炮；(b)以往去噪單炮

2 準(zhǔn)噶爾盆地高密度地震技術(shù)展望

高密度空間采樣是解決復(fù)雜地質(zhì)目標(biāo)精細(xì)勘探和油藏精細(xì)描述的一種必然的趨勢。準(zhǔn)噶爾盆地復(fù)雜多變的表層、深層地震地質(zhì)表條件需要高密度地震技術(shù)來解決近地表高差、速度變化大、快等的影響，從而獲得具有較高信噪比的地震數(shù)據(jù)。準(zhǔn)噶爾盆地高密度地震勘探尚處于發(fā)展階段，需要進(jìn)一步研究技術(shù)有效性，優(yōu)選實施靶區(qū)，開展小道間距、高道密度地震采集、處理、解釋配套技術(shù)應(yīng)用研究，開展單點激發(fā)、接收高密度地震勘探先導(dǎo)性試驗和可行性研究，逐步形成適合于準(zhǔn)噶爾部分探區(qū)的，不同的、經(jīng)濟(jì)可行的高密度地震勘探技術(shù)[1-4]。

采集上，在充分、對稱、均勻的指導(dǎo)原則下，針對提高資料信噪比矛盾突出的重點難點地區(qū)，開展野外噪聲壓制、高效可控震源激發(fā)、海量數(shù)據(jù)分析評價等技術(shù)研究。特別是在高密度地震勘探原始數(shù)據(jù)的評價方面，簡單的通過單炮的定量分析、頻率掃描已難以評價高密度地震資料的優(yōu)越，但完全不對單炮做評價也不可取，針對高密度地震資料需要針對性的結(jié)合點、線、面的優(yōu)選敏感參數(shù)，如單炮含信比、均方根振幅、頻率、標(biāo)準(zhǔn)炮等參數(shù)的對比分析，確保采集質(zhì)量。應(yīng)做好如下幾點：①建立適合高密度地震勘探地震數(shù)據(jù)的評價規(guī)范，依據(jù)針對性評價規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)開展評價；②針對不同區(qū)，不同激發(fā)地表、激發(fā)巖性、構(gòu)造特點，開展實驗，建立標(biāo)準(zhǔn)炮；③研發(fā)并配備適合高密度采集的定量化的分析軟件，優(yōu)選適合高密度地震資料的定量化分析與評價關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)(如均方根振幅、單炮含信比等)；④外業(yè)采集中加大環(huán)境噪聲、儀器、突發(fā)事件、排列等的監(jiān)控力度(如環(huán)境噪聲監(jiān)測，儀器性能、震源性能的動態(tài)實時監(jiān)測；突發(fā)事件監(jiān)測，激發(fā)點、排列狀態(tài)的實時監(jiān)測)。

在處理上，針對高密度地震勘探帶來的海量地震數(shù)據(jù)，應(yīng)考慮處理時效、處理技術(shù)適用性方面的研究；在室內(nèi)地震資料處理中可嘗試室內(nèi)道組合、抽排列等技術(shù)減少地震數(shù)據(jù)，提高部分環(huán)節(jié)處理效率，也便于適應(yīng)目前現(xiàn)階段的處理軟硬件。同時也可大力推廣基于GPU的疊前時間偏移，提高高密度地震數(shù)據(jù)處理的時效性，另外加大OVT域地震資料處理技術(shù)應(yīng)用并嘗試開發(fā)對高密度三維噪聲壓制的針對性技術(shù)方法、分方位處理、靜校正、各向異性處理等方面相關(guān)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，進(jìn)而充分發(fā)揮高密度地震資料的潛力。

在解釋上則需要利用好高密度地震數(shù)據(jù)帶來的全方位地震數(shù)據(jù)信息，比如快慢波速度研究與應(yīng)用，同時逐步嘗試分方位或考慮方位角信息的疊前反演。

3 結(jié)束語

1)可控震源滑動掃描作為高密度地震勘探的高效采集技術(shù)之一，是未來高密度地震勘探的必然趨勢，針對盆地可控震源滑動掃描高效采集，只有具備鄰炮干擾壓制、滑動掃描諧波壓制、 現(xiàn)場實時質(zhì)控、海量數(shù)據(jù)質(zhì)量分析及可控震源出力驅(qū)動等技術(shù)條件，滑動掃描高效采集技術(shù)才具備規(guī)模應(yīng)用的基礎(chǔ)。

2)滑動掃描高效采集諧波干擾可以在野外施工現(xiàn)場種通過參數(shù)優(yōu)化，減少其對目的層段有效反射資料的影響，室內(nèi)壓制則需要提供完整的、高質(zhì)量的震源力信號及精確到微秒的GPS時間。目前缺乏針對性的去除諧波的方法，嚴(yán)重制約了可控震源勘探的效率。需要研發(fā)針對性較強(qiáng)、高效的方法壓制諧波干擾，以便提高處理時效性，得到更好的經(jīng)濟(jì)效益。

3)在保證一定含信比的基礎(chǔ)上，當(dāng)覆蓋次數(shù)足夠高時基本可以彌補(bǔ)單點激發(fā)、單點接收造成的信噪比降低而導(dǎo)致的疊加數(shù)據(jù)的信噪比的降低，但單點激發(fā)、單點接收造成的資料有效信號的減弱對噪聲識別及信噪分離都帶來了新的挑戰(zhàn)，同時是否能夠提高CRP道集的信噪比，還有待進(jìn)一步研究，因此具體的覆蓋次數(shù)需結(jié)合地質(zhì)需求、地質(zhì)目標(biāo)、正演模型分析需科學(xué)精細(xì)論證。

4)現(xiàn)階段對高密度原始地震資料評價缺乏針對性的評價機(jī)制及規(guī)范，完全忽略原始地震單炮記錄的評價并不可取，優(yōu)選技術(shù)指標(biāo)開展定量的評價分析及外業(yè)施工的質(zhì)量提出了更高的要求。

5)高密度地震勘探技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢,但配套設(shè)備、配套的技術(shù)還需不斷地完善。同時其成本較高、應(yīng)用領(lǐng)域還需要進(jìn)一步分析，具體應(yīng)用時仍需科學(xué)定量分析地質(zhì)目標(biāo)與經(jīng)濟(jì)投入的匹配關(guān)系，控制落實成本。

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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

潘龍(1976-),男，高級工程師，主要研究方向為地震資料處理，E-mail：panlong@petrochina.com。

1001-1749(2016)05-0637-06

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2016.05.10