復雜區域地震采集質量評價技術及其應用

魏新建,李書平,陳德武,王萬里,何 欣,李 冬

(中國石油天然氣股份有限公司勘探開發研究院西北分院,甘肅蘭州730020)

灘海過渡帶是陸地向海洋過渡的區域,包括陸地、灘涂和極淺海等幾種不同的地表。該區域的地震采集因采集裝備(速度檢波器與壓電檢波器)及采集條件的制約,受地表條件、激發接收裝備和采集參數的影響,地震資料的能量、頻率、相位等存在較大差異[1-2]。傳統的回放紙質記錄和抽查的質控模式,易導致以下兩點不足:①由于地表復雜,激發方式(炸藥、氣槍)、接收儀器(速度檢波器、壓電檢波器)不一致,單一的評價標準導致評價結果過于粗化,降低了評價過程的科學性;②人工抽查存在漏查,主觀性強,效率低等問題。在已發表的文獻中,涉及的技術大部分集中在優化灘海過渡帶的觀測系統設計[3-5]、采集施工[6-7]及數據處理[2]等方面,至今還未見到關于針對該區域的地震采集質量監控與評價的文獻報道。本文通過研究灘海過渡帶的地表及地震數據特征,首次提出了基于地表特征制定評價標準的地震采集質量監控技術,并結合單炮數據特征,自動分離陸檢和水檢記錄地震數據,分別進行監控評價。利用該技術,有效解決了灘海過渡帶因地表復雜、地震數據屬性差異大而帶來的質量監控難題。

1 灘海過渡帶地震采集質量監控流程

灘海過渡帶具有地表復雜、地震數據屬性差異較大[8-9]的特點。在陸地、灘涂和極淺海等不同地表施工,炮與炮之間的激發能量、分辨率等方面存在較大差異;對于同一單炮,陸、水檢道交錯排列,如圖1所示,160～252道為水檢道,252～340道為陸檢道,相鄰道之間信噪比、能量差異較大,陸檢道能量一般是水檢道能量的4～8倍(圖2)。對于這種炮與炮之間、同一單炮相鄰道之間差異大的現象,靠肉眼觀察波形來評價單炮質量的傳統方式很難快速、全面地發現異常道、環境噪聲、激發異常等采集質量問題。根據灘海過渡帶地表特征,本文引入衛星遙感數據,提出了基于地表特征制定評價標準的地震采集質量監控技術,該技術將工區劃分為不同評價區域,據此分別制定不同的評價標準,使評價結果更加合理、科學;針對灘海過渡帶采集過程中采用不同檢波器(速度檢波器、壓電檢波器)[10-11]導致的地震數據屬性差異過大的特點,本文提出了陸、水檢道自動分離評價技術,該技術自動分離每一單炮陸、水檢道,并分別評價,有效解決了因相鄰道屬性差異大帶來的采集質量監控難題。

圖1 灘海過渡帶水陸檢道差異(藍色箭頭:水檢道,紅色箭頭:陸檢道)

1.1 基于地表特征的地震采集質量監控技術

灘海過渡帶地表復雜,傳統靠肉眼觀察評價單炮質量的模式容易忽略不同地表導致的單炮屬性差異,特別是在海陸交界區域,易造成評價結果不合理。本文首先通過引入衛星遙感數據,根據地表特征將工區劃分為不同區域。由于大部分邊緣檢測算法都存在效率低或需要滿足許多前提條件的不足[12-13],考慮到現場效率及對邊界要求不高的特點,因此利用Soble邊緣檢測算法[14-15]自動提取遙感圖像不同地表邊緣,將工區劃分為不同區域,制定不同的評價標準,分別進行分析評價。該技術流程如圖3所示,主要步驟如下。

1) 加載工區包含大地坐標信息的衛星遙感圖像和SPS數據文件。

圖2 陸檢、水檢道集能量對比

圖3 基于地表特征的地震采集質控技術流程

(1)

(2)

式中:dx,dy為卷積核;s為計算點的灰度值。

3) 對于每一區域,分別制定對應的評價標準,如陸地評價標準、灘涂評價標準、極淺海評價標準等。制定評價標準是評價單炮質量的關鍵環節。不同的施工區域會受不同因素的影響,如:車輛等環境噪聲對陸地施工影響較大,設置陸地評價標準時,環境噪聲是必選要素;地震資料分辨率是極淺海區域采集施工關注的重點。對每個評價標準要素設置閾值范圍,超過該范圍的單炮判為不合格,閾值一般由多炮平均獲得,避免取值過于片面。

4) 對于不同區域的單炮數據,該技術自動匹配相應評價標準,自動分析屬性與評價。

5) 自動生成質控報告。

1.2 基于自動分離陸檢、水檢數據的地震采集質控技術

速度檢波器和壓電檢波器的不同特點導致了道間屬性差異,該技術通過自動分離陸檢數據和水檢數據,分別進行屬性分析,并根據不同的評價標準進行評價。該流程與基于地表特征的地震采集質控技術流程(圖3)類似,如圖4所示,分如下5個步驟。

圖4 基于陸、水檢道自動分離的地震采集質量評價技術流程

1) 導入單炮數據,提取道頭中陸檢、水檢標志位。

2) 根據步驟1)信息,自動分離陸檢、水檢道集數據。

(2) 由軸箱彈簧引起的偏差ΔB1與ΔB2。根據彈簧串聯定律可知，將一個剛度為K、原長為L1的彈簧與一個剛度無窮大、原長為L2的彈簧串聯，串聯后的彈簧剛度為K，原長為L1+L2。因此，在軸箱彈簧處加設墊片，等效于改變軸箱彈簧的原長。因此，這部分偏差可通過在軸箱彈簧處加設墊片來減小。

3) 分別設置陸檢道、水檢道評價標準。由于陸檢道的能量高于水檢道的能量,設置評價標準時,閾值要設置不同范圍。

4) 對于不同區域的單炮數據,自動匹配相應評價標準,自動分析屬性與評價。

5) 自動生成質控報告。

2 應用實例

該技術在多個工區取得了良好的應用效果。下面以A工區為例,介紹灘海過渡帶地震采集質量監控技術分析評價過程及應用效果。

2.1 采集質量監控與評價

A工區分布有陸地、人工河道及養殖區等不同地表類型,屬于典型的灘海過渡帶,共施工11074炮,采用陸檢、水檢檢波器混合接收方式。根據圖3和圖4所示的質控流程,首先引入該工區的衛星遙感數據(包括高程和衛星圖片),并將工區劃分為陸地、灘涂、極淺海3個區域(圖5a),各區域的單炮記錄如圖5b、圖5c和圖5d所示。與陸地區域單炮記錄相比,灘涂和極淺海區域記錄的能量較低,極淺海單炮記錄的信噪比相對較低;對于陸檢、水檢同時接收的單炮,該技術將原始單炮自動分離為陸、水檢道集,如圖6所示。根據工區特點,優選能量、環境噪聲、異常道及主頻作為質控參數,設定合理的閾值范圍,建立相應的評價標準,如表1所示。依據設定的監控流程,系統自動、實時地分析評價每一單炮的采集質量,發現不合格單炮則及時提示。

對工區所有11074炮進行了采集質量監控,依據上述方法自動分析、評價每一炮,全區共發現不合格單炮272炮,合格率為97.544%;不合格單炮主要是異常道多,共計246炮,占2.221%;26炮能量低,占0.235%,如圖7所示。與傳統的人工監控模式相比,該技術大幅提高了監控效率,每炮4800道,全排列紙質打印單炮平均需要7～8s,肉眼評估單炮質量需要10s左右,人工抽查評價一炮平均需要18s左右,利用該技術評價一炮耗時3s左右,速度是人工方式的6倍,大大節省了人力,且省去了打印紙質單炮記錄的工序。

圖5 劃分不同評價區域及各區域單炮記錄a 劃分不同評價區域; b 極淺海單炮; c 灘涂單炮; d 陸地單炮

圖6 陸、水檢道自動分離a 原始單炮記錄(陸、水檢道混合); b 自動分離的水檢道記錄; c自動分離的陸檢道記錄

參評屬性最低門檻值最高門檻值能量陸上單炮:6900灘涂單炮:3500淺海單炮:4800環境噪聲1700dB異常道50Hz工業干擾、極性翻轉、弱振幅等

圖7 評價結果餅狀圖

2.2 應用效果分析

對單炮能量、環境噪聲及異常道(不合格檢波器)等參數的評價分析,獲得如下成效。

1) 有效展示單炮激發能量分布規律。

將單炮的激發能量投影到底圖,可以發現灘海區域激發能量的展布規律:陸地—灘涂—淺海單炮激發能量依次降低,如圖8所示。

2) 快速確定最佳施工時間。

經過分析,確定了影響該工區陸上施工的環境噪聲位置及時間規律。圖9a紅線區域是一條公路,過往車輛的噪聲影響了單炮采集質量,噪聲隨時間的變化曲線如圖9b所示,確定了最佳施工時間段(2∶00至5∶00),如紅框部分所示,有效避免了車輛干擾,降低了廢炮率。

3) 快速定位異常道。

實時發現弱振幅、極性反轉、50Hz工業干擾等異常道,在單炮記錄上用紅色道標出,并同步投影到底圖上,如圖10所示,用戶可以根據遙感地圖快速定位不正常檢波器,及時檢查原因并維修。

圖10 異常道快速定位示意

3 結束語

復雜區域地震采集質量評價技術有效解決了因地表復雜、檢波器類型不同而導致的質量監控難題。

1) 針對復雜地表,本文利用Soble邊緣檢測算法,自動提取遙感圖像不同地表邊緣,將工區劃分為不同評價區域;針對檢波器類型不一致,本文基于道頭信息自動解析陸檢數據和水檢數據,分別分析評價,有效克服了傳統單一評價標準導致的評價過程粗化、評價結果不科學的缺點。

2) 從應用實例中可以看出,與傳統的人工、肉眼、抽查監控地震數據采集質量的方法相比,該技術具有定量、效率高、分析全面、評價結果客觀科學等優點,極大提升了現場質控效率,節約了勘探成本。