遼河坳陷低頻可控震源地震采集技術應用

張宏,劉兵 (中石油東方地球物理勘探有限責任公司遼河物探處，遼寧 盤錦 124010)

劉炎坤 (長江大學工程技術學院，湖北 荊州 434020)

樊平,萬敏 (中石油東方地球物理勘探有限責任公司遼河物探處，遼寧 盤錦 124010)

遼河坳陷低頻可控震源地震采集技術應用

張宏,劉兵 (中石油東方地球物理勘探有限責任公司遼河物探處，遼寧 盤錦 124010)

劉炎坤 (長江大學工程技術學院，湖北 荊州 434020)

樊平,萬敏 (中石油東方地球物理勘探有限責任公司遼河物探處，遼寧 盤錦 124010)

可控震源激發具有掃描頻率設置靈活、子波頻帶寬、激發高效的特點，近年來在遼河坳陷陸上地震勘探中已攻關應用，是該區今后地震采集技術的發展方向。重點介紹了低頻可控震源試驗及數字化地震監控技術的在遼河坳陷DMT地區應用效果。低頻可控震源通過增加低頻信號成分，拓寬地震資料頻寬，利于提高復雜構造的成像精度，改善斜坡帶深層地層成像的成像效果。通過聯合應用低頻可控震源高效采集配套技術，獲得了DMT地區高品質的地震資料，證明了低頻可控震源地震采集技術在遼河坳陷陸上復雜區地震勘探中的有效性。

低頻拓展；滑動掃描；震源軌跡預設計；數字化地震監控技術

遼河坳陷作為高勘探程度油區，經過40多年的油氣勘探，基巖及內幕、巖性和火成巖等各類油氣藏目標的富集整裝區帶已基本探明，當前勘探階段需要進一步提高地震資料的品質，精細刻畫各類油氣藏的隱蔽性目標。由于遼河坳陷陸上地表障礙密集，地質條件復雜，地震采集方案實施和資料品質改善均面臨很大挑戰，為進一步探索適應遼河坳陷復雜區的高密度地震采集技術，同時驗證低頻可控震源采集技術的有效性，東方地球物理勘探有限責任公司遼河物探處2016年在遼河坳陷DMT地區開展了低頻可控震源激發試驗及配套采集技術攻關，取得了很好的實施效果。下面,筆者將重點介紹低頻可控震源試驗及數字化地震監控技術的應用效果。

1 低頻勘探優勢及可控震源低頻掃描信號實現方法

為滿足復雜地質目標更高精度的成像需求，目前地震勘探更加注重寬頻地震信號的應用。由于地層吸收衰減特別是近地表吸收衰減對地震信號高頻端的限制，通過地面檢波器可接收到的地震高頻信號難以進一步提高，在當前基礎上，通過降低地震子波信號的低頻段是拓展地震信號頻寬的有效方法。研究和實際勘探表明，低頻勘探具有以下幾個方面的優勢[1，2]：低頻信號穿透能力強，利于提高火成巖、煤層等強反射界面下伏地層的成像效果；拓展信號倍頻程、減少子波旁瓣、改善地震資料縱向分辨率；利于提高速度反演精度、提高偏移成像質量；降低反演對井資料的依賴度，提高地震反演的精度；利于識別低頻伴影，提高巖性地質體和流體的識別能力。

可控震源具有激發子波掃描頻率可靈活設置的優勢，可針對性的增加低頻信號成分，實現寬頻信號激發的目的。目前有2種方法可以降低可控震源掃描信號的最低頻率[3，4]：

1)常規可控震源拓展低頻信號設計。常規可控震源受機械結構以及液壓系統流量能力的限制，標定的低頻極限一般是6Hz。基于常規可控震源，通過數學手段設計可控震源機械系統能夠承受的低頻信號，突破可控震源出廠標定的最低頻率限制，實現降低掃描信號最低頻率的目的。

2)專用低頻可控震源激發。改進現有的可控震源機械和液壓系統，使之能夠激發低頻信號。

2 DMT地區可控震源低頻掃描信號激發對比分析

遼河坳陷陸上DMT地區基巖及內幕油氣藏、巖性油氣藏富集，是目標勘探階段的重點勘探區帶。由于該區現有地震剖面中，西部斜坡帶邊界斷裂未完全落實，斷裂下盤地層層間關系不清，難以準確弄清基巖構造形態及斷裂展布特征；同時，洼陷區沙四段砂礫巖儲層縱向分辨率不夠，儲層平面追蹤困難，需要進一步提高地震剖面的分辨率。針對地質需求，地震攻關采用“高密度三維觀測系統+低頻可控震源高效采集”技術路線實施。三維地震采集前，為驗證該區低頻信號采集效果，利用專用低頻可控震源分別設計1.5～96Hz和3～96Hz的掃描信號，采用表1所示的觀測系統進行二維線對比采集。

表1 DMT地區低頻可控震源二維線觀測系統表

對2種掃描頻率采集的二維疊加剖面，進行1～96Hz低頻段的分頻掃描對比，對應保留1.5～96Hz和3～96Hz的有效地震信號，如圖1所示。在1.5～96Hz對應的疊加剖面中，西部斜坡帶基底反射能量明顯較強，深層地層反射信號同相軸連續性更強，剖面整體品質更高；1.5～3Hz的低頻信號對改善深層地層的成像效果作用明顯，由此確定DMT地區地震攻關采集，可控震源激發子波應該包含1.5～3Hz的低頻信號，源合適的掃描頻率為1.5～96Hz。

圖1 疊加剖面掃描對比(1～96Hz分頻掃描)

3 可控震源高效采集關鍵技術

DMT地區地表障礙密集，類型多樣，主要分為村莊(17.78%)、樹林(9.80%)、魚池及河流(5.36%)、大棚(4.08%)等4大類。相對西部探區沙漠、戈壁區地表障礙稀疏分布而言，如何保證復雜地表區可控震源的高效作業是DMT地區地震攻關順利實施的關鍵。另外，地震攻關采用高密度三維觀測系統36L×4S×368T×1R，面元10m×20m，炮點距40m，密集分布的炮點也給震源高效作業帶來極大挑戰。針對可控震源高效作業難點，通過綜合應用可控震源滑動掃描、震源行進軌跡預設計、數字化地震監控等關鍵技術，實現了DMT復雜區的高效地震采集。

3.1 滑動掃描高效激發技術

可控震源按照掃描方式的不同，分為交替掃描(Flip-Flop Sweep)、滑動掃描(Slip-Sweep)、距離分開同步掃描(Distance Separated Simultaneous Sweep)和獨立同步掃描(Independent Simultaneous Sweep)等幾種[5,6]。滑動掃描技術是在交替掃描技術上發展起來的高效激發技術，一般采用多組震源施工，各震源采用的掃描頻率相同，各震次掃描時間可以部分重疊(但最小時間間隔不小于相關后要獲得的單炮記錄長度)(見圖2)。可控震源滑動掃描采集過程中，在放完每組炮之前，儀器連續記錄一系列震次激發的地震數據(包括TB(Time Breaking,時斷信號)和相關信號的輔助道信息)，形成一個炮與炮間相互重疊的連續母記錄。在母記錄中，每個震次都有各自對應的TB，雖然震次之間有所重疊，但每個震次掃描的啟動時間不同，用相應的VSS(Vibrator Signature System)力信號或者掃描信號與母記錄相關就可以得到各震次的有效信息，分離出每個震次獨立的單炮記錄(見圖3)。

圖2 可控震源滑動掃描示意圖

圖3 母記錄切分示意圖

每臺可控震源不必等待上一組震源完成掃描即可開始掃描，這樣就大大縮短了相鄰2次掃描的間隔時間，從而實現高效采集。DMT地區可控震源滑動掃描具體參數為：掃描長度16s，滑動時間12s，驅動幅度65%。

3.2 震源行進軌跡預設計技術

DMT地區密集分布的水渠、河流、窄涵洞、壟溝和下地口是制約可控震源通行的主要因素。依據該區高精度的衛星圖片和實地踏勘獲得的地物信息，對采集線束內的激發點，采用“分線束線排”與“分區塊”相結合的劃分方法，在保證可控震源快速行進的原則下，提前設計可控震源實際行進路線，主要步驟如下：

1)基于分辨率為0.5m的地表衛星圖片，以水渠、河流、壟溝等地物為分塊界限，將全部激發點劃分為116塊作業單元；

2)對每個作業單元，進行逐塊的實地踏勘，使用GPS記錄該作業單元的下地口、出地口、拐點(2炮點間無法直接通過，需通過拐點連接)的準確坐標，并在衛片圖上繪制出可控震源行進路線草圖；

3)使用Global Mapper軟件在衛星圖片上進行全部下地口、出地口、拐點的展布，結合某一作業單元中激發點的分布位置，對本單元中炮點及拐點順次連線，優化、形成可控震源的行進路線和對應的震源軌跡格式文件(見圖4)。

圖4 DMT地區某作業單元可控震源軌跡形成過程圖

3.3 數字化地震監控技術

數字化地震監控技術是將計算機、網絡通信、GPS等技術與地震采集技術相結合，形成的集可控震源可視化導航、震源采集任務遠程分發、地震作業指揮、采集質量控制于一體的遠程化實時監控系統，支撐地震采集全過程網絡化、數字化的動態管理，以提高地震生產效率、保證采集資料質量。

3.3.1 可控震源可視化導航(DSG)

可控震源可視化導航系統是基于地理信息系統平臺開發的震源車載導航終端，達到厘米級定位精度，支持GPS和北斗衛星定位系統。震源車載終端在顯示工區高清衛星圖片及障礙物等地物信息的基礎上，同時顯示作業單元的炮檢點、預先設計的震源軌跡路線和震源機組的相對位置，準確引導可控震源在復雜地表區按照既定路線快速行進，實現可控震源自動導航和逐點激發。

在每個炮點激發時，該系統自動對每個震次中心坐標(COG)、震源狀態的6個指標(峰值相位、平均相位、峰值出力、平均出力、峰值畸變和平均畸變)和VSS進行記錄，依據規定的質控標準判定本次激發單炮是否合格。若激發單炮合格，則車載終端實時提示激發合格，炮點標識的顯示顏色變化；若炮點激發不合格，車載終端報警，提示可控震源原地等待，在滑動掃描時序隊列分配的時間點再次啟震。對已完成激發的全部合格炮點，導航系統通過共享方式，讓每臺震源機組實時看到炮點分布位置，避免重復激發或放錯炮。

3.3.2 震源激發任務遠程分發

DMT地區采用16臺低頻可控震源規模激發，為了使各個震源機組實時接收軌跡文件和作業單元的激發任務文件，在作業營地建立網絡服務器，通過4G網絡與每臺震源建立通信鏈路，實現激發任務文件遠程發放和質控數據的回傳，主要步驟如下：

1)在作業營地通過網絡服務器，將當天生產的激發任務文件和軌跡文件遠程分發給每臺可控震源；

2)可控震源通過車載導航終端，實時接收對應文件，并顯示需要作業的激發點位置和震源軌跡路線，自動循跡激發；

3)可控震源將單炮激發中記錄的質控數據(COG坐標、6項指標和VSS信息)傳回到網絡服務器，質控人員進行下載，對各個震次的6項指標進行分析并分類統計，判定各臺震源的工作狀態的好壞和采集單炮的質量。

3.3.3 地震作業指揮系統(DSC)

地震作業指揮系統面向野外采集生產場景，在作業營地集中、動態顯示工區地表衛星圖片、路口、地物、震源軌跡路線、震源當前作業位置、作業單元激發任務完成進度等信息，指揮人員通過該系統及時掌握野外生產動態；同時，該系統根據設定的時間段，對各個震源機組的狀態指標、完成的炮數、炮點的COG偏差等信息進行分項統計，全面展示采集過程中各個震源工作狀態和采集資料質量，引導作業人員準確查找影響地震作業的原因，及時采取措施對生產進行動態調配，協調各個機組的作業進度，從而保證生產效率和資料質量。

4 應用

圖5 DMT地區采集地震資料疊加剖面對比

通過低頻可控震源采集及配套技術的應用，首次在遼河坳陷陸上復雜區取得了低頻可控震源地震采集的成功。本次地震攻關在DMT累計采集148776炮，全部震次6項指標合格率達到97.5%，全部震次中心坐標與設計點位偏離小于3m占總炮數的96.7%，使地震采集日效從以往的井炮采集最高1000炮/天增加到震源采集平均2917炮/天；在保證原始資料品質的同時，實現了高效地震采集作業。與該區以往疊加剖面對比表明，該次地震攻關高密度三維觀測系統和低頻采集的優勢得到充分體現，新采集資料疊加剖面中西陡坡構造反射特征明顯，地層接觸關系明確；洼陷部位資料頻率提升顯著，層間信息更為豐富；基底低頻反射信號能量大幅增加，斷點繞射信號明顯(見圖5)，為復雜構造的高精度成像提供了高品質資料。

5 結論與認識

遼河坳陷陸上各類油氣藏的隱蔽性目標勘探對地震技術提出了更高的要求，復雜的地表條件對地震采集方案的實施提出極大的挑戰。DMT地區三維地震攻關效果表明，面對遼河坳陷陸上復雜的地質、地表條件，通過低頻可控震源高效采集作業，能在一定的勘探成本范圍內支撐高密度、高覆蓋三維地震技術方案的工業化實施，證明了低頻可控震源采集技術在遼河坳陷陸上復雜區應用的有效性。通過本項目的研究與實施，形成以下幾點認識：

1)在遼河坳陷陸上地震勘探中，采用“高密度三維觀測系統+低頻可控震源高效采集”技術路線實施地震采集，可以進一步提高地震資料品質，實現地震勘探技術經濟的一體化。

2)低頻可控震源激發能進一步增加地震子波低頻信號成分，拓展地震資料的有效頻寬；但由于拓展的低頻信號能量相對較弱，需要在后續的處理解釋中進行針對性地保護，才能更好地發揮出低頻信號的作用。

3)遼河坳陷陸上復雜區可控震源的高效采集，關鍵是要提前弄清作業區限制震源通行的障礙物分布，準確設計震源行進軌跡，從而引導可控震源快速行進和循跡作業。

致謝：遼河坳陷低頻可控震源地震采集技術是所有參加過該項目的研究人員集體智慧的結晶；同時，在該項目的研究過程中，特別得到了東方地球物理公司新疆物探處黃永平總工程師、東方地球物理公司采集技術支持部肖虎副總工程師的指導和幫助，在此表示衷心的感謝！

[1]M·E·什內爾索納.可控震源地震勘探[M].李樂天等譯.北京：石油工業出版社，1993.

[2]倪宇東，王井富，馬濤，等.可控震源地震采集技術的進展[J].石油地球物理勘探，2011，46(3):349～356.

[3]倪宇東，秦天才，紀迎章，等.可控震源地震勘探采集技術 [M].北京：石油工業出版社，2014.

[4]李紅遠，谷東輝，門哲，等.可控震源寬頻激發技術及應用[A].中國石油學會物探技術研討會[C].宜昌，2015.

[5]魏國偉，張慕剛，魏鐵，等.可控震源滑動掃描采集方法及應用[J].石油地球物理勘探，2008，43(增刊2):67～69.

[6]丁偉，胡立新，何京國，等.可控震源高效地震采集技術研究及應用[J].石油物探，2014，53(3): 338～343.

[編輯] 洪云飛

2016-06-16

中國石油天然氣集團公司重大工程技術現場試驗項目(06-03-2015)。

張宏(1982-)，男，碩士，工程師，現主要從事地面地震采集技術、井中地震采集技術的研究工作；E-mail:zhw8201@126.com。

P631.4

A

1673-1409(2016)31-0041-05

[引著格式]張宏,劉兵，劉炎坤，等.遼河坳陷低頻可控震源地震采集技術應用[J].長江大學學報(自科版)，2016,13(31)：41～45.