巴丹吉林高陡沙漠區(qū)低頻震源勘探技術(shù)攻關(guān)

摘要：沙漠區(qū)可控震源作為一種安全、環(huán)保、高效、低成本的激發(fā)源，越來越受到油公司的重視;但對(duì)可控震源的實(shí)際應(yīng)用效果往往持有疑慮。針對(duì)巴丹吉林高陡沙漠區(qū)影響低頻震源激發(fā)效果因素分析，研究得出掃描信號(hào)量化設(shè)計(jì)與優(yōu)選方法，攻關(guān)改進(jìn)了低頻低畸變信號(hào)保護(hù)技術(shù)，并通過逐級(jí)疊前噪音壓制和實(shí)施高精度速度分析，形成了一套有效的高陡沙漠區(qū)低頻震源勘探方法，使得施工質(zhì)量和效率得到明顯提高，所獲得的地質(zhì)資料品質(zhì)得到較大改善。

關(guān)鍵詞：巴丹吉林;高陡沙漠區(qū);低頻震源;信號(hào)設(shè)計(jì);低頻低畸變;噪音壓制

一、前言

內(nèi)蒙古西部巴丹吉林沙漠區(qū)，屬典型風(fēng)積沙漠地貌，沙丘高陡，地下構(gòu)造復(fù)雜。該區(qū)所鉆探的拐參1井見到良好油氣顯示，證實(shí)了拐子湖凹陷成藏條件較好，具有一定的資源潛力。但是該區(qū)地形起伏劇烈，高速層頂界面埋深巨厚，且主要勘探目的層埋藏深、跨度大（K1y-K1b1埋深2000-4000m，最大埋深5000m），使得提高該區(qū)地震資料品質(zhì)難度較大。為獲得適合本區(qū)的地震勘探方法，通過低頻震源勘探技術(shù)攻關(guān)，獲得了較好的勘探效果。

二、 主要攻關(guān)技術(shù)

（一）基于地層響應(yīng)的掃描信號(hào)設(shè)計(jì)與優(yōu)選

1.常規(guī)方法

常規(guī)優(yōu)選掃描信號(hào)是先選定一個(gè)不變因素，然后逐一匹配試驗(yàn)。現(xiàn)假設(shè)有一個(gè)優(yōu)選方案，按震源參數(shù)逐一優(yōu)選時(shí)至少需試驗(yàn)炮數(shù)如下：

當(dāng)匹配因子全選時(shí)n≥C31.C31.C61.C91.C61.C81=23328;

輪選至起止頻率參數(shù)時(shí)n ≥ C61.C81=48。

由此可見，常規(guī)設(shè)計(jì)和優(yōu)選震源參數(shù)，試驗(yàn)量非常大，參數(shù)優(yōu)選難度也較大。

2.新方法

依據(jù)各參數(shù)對(duì)信噪比提升效果，分組分步實(shí)施。對(duì)于可控震源，單炮資料信噪比的改善來源于震源5個(gè)激發(fā)參數(shù)的組合匹配，其中W（絕對(duì)頻帶寬度）是大值變量，而要獲得較大的絕對(duì)頻帶寬度，就需科學(xué)地設(shè)計(jì)最大和最小頻率范圍。其它因素不變時(shí)，終了頻率越大，越有利于改善單炮信噪比;信噪比改善程度隨其它因素提高變得緩慢;由此可見，先設(shè)計(jì)終了頻率是關(guān)鍵。

（1）“五步逼近法”設(shè)計(jì)終了頻率

依據(jù)終了頻率最大值和最小值的設(shè)計(jì)原則，將兩個(gè)極值邊界由兩端逐漸向中間靠近，以逐漸逼近目標(biāo)值即最佳終了頻率。

①與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)假頻濾波參數(shù)匹配。采樣率2ms時(shí)，選擇高段截止頻率<125Hz。

②與主要目的層反射時(shí)間響應(yīng)。主要勘探目的層取反射時(shí)間1.55s，經(jīng)計(jì)算fK1y≤96.8Hz，終了頻率 ≤96Hz合適。

③與主要目的層固有頻率響應(yīng)。工區(qū)最淺目的層峰值頻率80Hz，終了頻率≥ 80Hz。

④與優(yōu)勢(shì)頻段響應(yīng)。

⑤考慮高頻成分的吸收。設(shè)定一個(gè)線性升頻掃描信號(hào)，掃描頻率3-84Hz，掃描長度20s，斜坡0.9s，據(jù)此可算出掃描優(yōu)勢(shì)頻段6.65-80.36Hz;依據(jù)以上分析，結(jié)合VSP測(cè)井資料，終了頻率設(shè)計(jì)范圍應(yīng)逼近在86Hz≤f2 ≤96Hz。

（2）基于倍頻程數(shù)的低端頻率優(yōu)選

單純?cè)黾痈叨祟l率可能會(huì)降低分辨率，增加倍頻程利于提高分辨率，尤其是地質(zhì)薄層。物理學(xué)家什內(nèi)爾索納在《可控震源地震勘探》提到“只有在使用相對(duì)頻寬為2或更大倍頻程的掃描信號(hào)時(shí)，才有可能實(shí)現(xiàn)線性掃描信號(hào)的高分辨率可控震源地震勘探”。事實(shí)上，當(dāng)相對(duì)頻寬相同，自相關(guān)子波清晰度一樣，但增加高頻成分可改善分辨率。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)掃描信號(hào)時(shí)，還需考慮低頻陷阱。低頻頻率設(shè)置過低，則對(duì)震源達(dá)到最大重錘行程和對(duì)震源液壓控制系統(tǒng)要求較高。由Normad65-Neo可控震源激發(fā)原理推導(dǎo)如下：

a=-4π2Xf2sin（2πft）， a=4π2Xf2（重錘最大加速度）

F=4π2MXf2（M為重錘質(zhì)量，X為重錘最大行程）

對(duì)于特定型號(hào)的可控震源，其重錘質(zhì)量一定（Nomad65重錘質(zhì)量4082kg）， 于是，4π2M=160.9875，F(xiàn)MAX=62000磅=28122.7kg，也就是X=176K/f2（f為起震頻率，X為重錘最大行程，K為出力）。

因此，擴(kuò)展低頻既是對(duì)震源機(jī)械性能的考驗(yàn)，又是出力大幅降低的結(jié)果。從保護(hù)深層低頻看，起始頻率越低越好。綜合考慮，最終確定掃描信號(hào)起始頻率為3Hz（如圖4）。

（二） 低頻低畸變信號(hào)保護(hù)技術(shù)

可控震源振動(dòng)性能和應(yīng)用潛力取決于其控制系統(tǒng)能力和綜合質(zhì)控能力[2]。即確保設(shè)計(jì)出完美的寬頻掃描信號(hào)理想地實(shí)施，并盡可能減小信號(hào)畸變。

（1）信號(hào)斜坡設(shè)計(jì)技術(shù)

① 減小掃描信號(hào)的邊界效應(yīng)，使相關(guān)子波邊葉平靜[3]，盡量做到往大處選;

② 優(yōu)勢(shì)頻帶不落入斜坡中，需要做到往小處選。

對(duì)于掃描信號(hào)瞬時(shí)頻率f（t）=f1+kt（0≤t ≤TD），當(dāng)f1=3Hz， f2=84Hz時(shí)k=△f/ △t=（84-3）/20=4.05Hz/s，于是，f（0.9）=3+4.05*0.9=6.645Hz，f（19.1）=3+4.05*19.1=80.355Hz，優(yōu)勢(shì)頻段在7-84Hz。生產(chǎn)中要按照理論計(jì)算、震源參數(shù)限制曲線，結(jié)合地震資料，選擇合適的斜坡長度。

（2）地形斜坡控制技術(shù)

針對(duì)高陡沙丘，震源斜震角度較大時(shí)，影響到地面力分布而降低激發(fā)能量，并易帶來諧耦畸變，因此，在布設(shè)震點(diǎn)時(shí)需坡度的影響。圖5顯示地面剛性與粘度較大值一般分布在迎風(fēng)面，而地面剛性平均值32，粘度平均值35。因此，激發(fā)點(diǎn)需選在沙丘迎風(fēng)面較高部位。

（三）低頻勘探資料處理關(guān)鍵技術(shù)

通過逐級(jí)噪音衰減和振幅平滑技術(shù)，對(duì)“黑三角”內(nèi)噪聲第一次衰減，通過分頻噪聲衰減技術(shù)，利用速度和頻率特征，對(duì)“黑三角”內(nèi)噪聲第二次衰減[4]，通過自適應(yīng)模式識(shí)別噪聲技術(shù)對(duì)折射波干擾（十字交叉域、高速度）等一系列處理，單炮頻寬更寬。

三、應(yīng)用效果

（1）本課題在銀額盆地拐子湖項(xiàng)目實(shí)施，通過科學(xué)優(yōu)選參數(shù)，進(jìn)行低頻震源寬頻掃描激發(fā)，具有同井炮相當(dāng)?shù)膯闻谄焚|(zhì)，為后續(xù)沙漠區(qū)震源代替井炮施工提供了可靠依據(jù)。

（2）完成的三維剖面淺層層位與地震解釋剖面完全吻合;基底、邊界斷層更加可靠，通過本次地震采集可以更準(zhǔn)確的確定拐子湖凹陷中洼構(gòu)造格架，震源資料較井炮有所頻帶拓寬。

四、結(jié)論與建議

（1）本項(xiàng)目通過技術(shù)攻關(guān)，形成了震源參數(shù)量化設(shè)計(jì)與優(yōu)選、低頻低畸變?nèi)跣盘?hào)保護(hù)及噪音衰減處理等關(guān)鍵技術(shù)，達(dá)到了項(xiàng)目預(yù)期目的。

（2）量化設(shè)計(jì)震源參數(shù)有利于滿足勘探需求，對(duì)于改善資料信噪比效果明顯。

（3）建議今后在運(yùn)作項(xiàng)目時(shí)，提前搜集好工區(qū)地震和測(cè)井資料，更好指導(dǎo)參數(shù)設(shè)計(jì);

（4）采用低頻激發(fā)，有利于獲得深層弱反射信息，考慮到低頻檢波器的幅頻響應(yīng)特征，建議以后采用配套的低頻檢波器接收。

（5）針對(duì)銀額盆地高陡沙丘和高陡構(gòu)造雙復(fù)雜特點(diǎn)，建議進(jìn)一步開展精細(xì)處理，改善成像效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陶知非.《高精度可控震源技術(shù)》本成果是國家“十二五”國家863項(xiàng)目。

[2] 王光德.可控震源源驅(qū)動(dòng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法，《物探裝備》，2012年22（2），97-100。

作者簡介：

胡嘯（1969-），漢族，男，湖北廣水人，本科，高級(jí)工程師，長期從事地球物理勘探地震資料采集技術(shù)研究與應(yīng)用工作。

作者單位：中石化石油工程地球物理有限公司華北分公司