動態滑動掃描項目中可控震源分組管理研究及其應用

聶明濤，陳興國，蘇自權，梁軍峰，范鐵江，王楨，平德

中國石油東方地球物理勘探有限責任公司 （河北 涿州 072751）

0 引言

在可控震源滑動掃描基礎上，綜合平衡施工效率和資料組間諧波干擾情況，提出了可控震源動態滑動掃描技術。動態滑動掃描技術滑動時間和距離之間的函數稱為TD規則（Time&Distance），它是制約生產效率、保證資料品質的關鍵參數。動態滑動掃描技術可看作是拉開足夠距離的多個滑動掃描采集系統的同時使用，從時間和空間兩個方面綜合提高采集效率的采集技術［1］。

梁佳彬等通過Matlab仿真模擬研究，開發了仿真模型和測算軟件，在TD規則、震源掃描參數和搬點時間確定的情況下，可得出配備震源組數和生產效率的函數關系［2］。高魯陽等通過排隊論的研究應用，根據施工作業的條件，時間、成本、資源等諸多要素進行建模，確定配備可控震源的最佳組數，在避免資料浪費的前提下將生產效率最大化［3］。由于TD規則限制，在地表因素、震源組數等其他施工影響因素不變的情況下，激發時間相鄰的兩組距離越大間隔時間越小，即后一組的等待時間越短。

1 動態滑動掃描技術介紹

動態滑動掃描（DSS）技術與常規滑動掃描技術不同，常規滑動掃描只有一個固定的滑掃時間長度，而動態滑動掃描中掃描時間間隔非恒定值，掃描時間間隔隨著前后激發兩組震源之間的距離變化，即滑動掃描時間間隔是組間距離的函數。因為震源滑動掃描時間隨著它們相距的距離動態變化，所以稱為動態滑動掃描，簡稱動態滑掃［4］。動態滑動掃描一般是交替掃描、滑動掃描、同步掃描中的兩種或者多種的組合，圖1是3種典型的動態滑掃TD規則。

圖1典型品動態滑動掃描項目TD規則展示

圖1 中TD規劃1，當相鄰激發震源距離在0～5 km時，時間間隔為24 s（18 s掃描長度+6 s記錄時間）；組間距離在5～12 km時，時間間隔為6 s；當組間距離大于12 km時，震源之間可以同步激發，或者叫獨立激發，掃描間隔時間不受約束。雖然3種TD規則差異很大，但是都遵循組間距離變大時間間隔變小的原則。所以，在動態滑動掃描項目中備用道數越多、工區Inline方向距離越大，采集效率越高。

2 施工分組管理研究與應用

2.1 分組管理

在可控震源高效采集項目中，為了提高生產效率通常配備足夠的可控震源，以達到儀器的無等待采集，即儀器完成上一炮的采集記錄工作的同時已有震源處于“Ready”狀態（即震源處于等待儀器指令隨時起震狀態），但是為了避免震源設備浪費又不能出現太多震源在“Ready”狀態等待儀器完成其他震源采集工作。筆者研究不同施工分組方式對生產效率的影響，建立在地震項目所配備的震源組數處于平衡狀態，所謂的平衡狀態是指采集過程中不會出現過多的震源處于“Ready”狀態等待儀器指令，又不會長時間出現儀器處于空閑狀態，等待處于繞路搬點狀態的震源。

圖2 震源分組模式示意圖

可控震源野外施工時，主要有以下兩種分組管理方式：①將當天施工線束炮點（通常為多束聯合施工）均勻分配給多組震源，當大小號地表差異較大時，會考慮不同組平均繞路時間，對于地表復雜區域適當少分配一些任務，如圖2（a）所示；②根據當天施工任務，結合項目TD規則將炮點分成N部分（圖2（b）），各部分可以相等亦可不等，根據各部分任務將震源分成N大組，各大組內震源組數與該部分待施工任務成正比，以保證各組同步完成本組內施工任務，不會出現部分區域震源施工進度滯后，后排不能及時收壓排列情況。

不同的動態滑掃項目可能采用不同的分組管理方式，因為兩種方式具有各自的優點，也存在相應的不足，見表1。但是兩種方案都可以通過加強管理克服相應的不足。本文將通過概率統計的方法定量地分析討論哪種方式更有利于提高動態滑掃的施工效率，以優選更好的分組管理方式。

表1 不同分組管理方式優缺點

2.2 不同時間間隔概率統計

為便于定量分析以上兩種方案對動態滑掃生產效率的影響，以圖1中的TD規則3為例，假定項目配備16組震源，且16組為該項目震源組數的最優組數。當兩組震源距離在8 km以內時，激發時間間隔大于等于5.5 s；當距離大于等于8 km時，時間間隔需要大于等于3 s。由TD規則對時間間隔的要求知，在其他因素不變的情況下，增加3 s間隔采集單炮所占比例能夠提高施工效率。

圖3是工區長度為16 km，16組震源平均分配施工任務時，下一炮在間隔3 s后可以起振的概率統計示意圖。每行紅色為正在震動震源，深紅色區域震源距離正在震動震源距離大于8 km，如果這些區域震源在當前震源起振3 s后進入“Ready”狀態，可立即起振，其他區域震源則需要等待5.5 s以后才能起振，所以對于任意一組震源，下一組震源是3 s間隔的概率為深紅色震源組數/總施工組數（16組），進一步求得工區Inline方向長度為16 km時，下一炮為3 s的概率等于各組震源平均值。按照上述思路計算得到圖4中的綠色曲線，工區Inline方向不同長度時3 s間隔所占比例。

圖3 震源平均分組時間間隔概率統計示意圖

圖4兩種分組管理方式3 s間隔所占比例統計圖

圖4 中紅色曲線是工區不同長度時，按照工區長度分成N大組集中管理模式3 s間隔所占比例統計曲線。表2中包含Inline方向不同長度時，兩種分組管理方式3 s間隔所占比例、分成的大組數量、各組震源組數、平均時間間隔、理想最高日效和兩種方式日效差異。集中分組時，施工過程中保持各大組之間距離在8 km以上，后一組震源才能3 s時間間隔起振［5］。由表 2可知，當工區 Inline方向 14 km 時，集中分組施工會比平均分組理想日效高2 290炮。理想日效即按照采集22 h計算，其他2 h為人員換班、吃飯、震源加油、排列問題等耽誤采集時間，22 h內不會出現任何停止采集的意外情況，且16組達到儀器無等待采集的組數要求［6］。

表2 兩種分組管理方式理論差異對比統計表

2.3 實際生產應用效果

2018年中國石油東方地球物理勘探有限責任公司（BGP）中東地區某動態滑掃項目中，TD規則與圖1中規則3一致：兩組震源距離8 km內時，激發時間間隔大于等于5.5 s；當距離大于等于8 km時，時間間隔需要大于等于3 s。項目之初結合震源施工參數、平均搬點時間等綜合因素，通過詳細的論證配備16組震源。但是，由于施工過程中工區沙漠地表分布了很多堅硬的鹽堿區域，導致震源受損嚴重，項目后期有效采集震源組數達不到飽和。再加上平均5萬道在線采集排列，在該國濕熱的惡劣氣候下常出現斷排列的情況。當施工過程在工區Inline方向長度達到16 km時，表3對震源分組管理方式進行了調整，由平均分組調整為集中分組，11月1—2日平均分組時，小于5.5 s震次占比分別為23.22%和28.18%，調整后小于5.5 s震次占比上升為54.88%和55.06%。根據表3、表4的數據對比，通過提高小于5.5 s間隔震次所占比例，能夠降低平均采集間隔，但是由于4天內儀器有效采集時間和有效施工震源組數均有很大差異，所以未能在單日采集日效上出現明顯的穩定提高。但是通過應用實例很好地驗證了上述的結論：大組管理能夠有效提高3 s間隔所占比例，在其他因素不變的情況下能夠提高采集效率。

表4 集中分組不同時間間隔統計表

3 結論

可控震源高效采集項目在地震勘探中占的比重越來越大，通過對震源分組管理方式的系統分析，得出了結論：在震源組數配備達到或者超過儀器無等待采集要求時，合理的大組集中分組管理方式能夠進一步提高施工日效。此結論在可控震源動態滑動掃描項目中具有很高的推廣應用價值。