柴達木盆地平臺地區可控震源滑動掃描高效采集技術實踐

朱 波，吳永國，黃 鵬，王永生，姜太亮，王 琪

（1．青海油田公司勘探處，敦煌 736202；2．東方地球物理公司青海物探處，敦煌 736202；3．青海油田公司勘探開發研究院，敦煌 736202）

柴達木盆地平臺地區可控震源滑動掃描高效采集技術實踐

朱 波1，吳永國1，黃 鵬1，王永生1，姜太亮3，王 琪2

（1．青海油田公司勘探處，敦煌 736202；2．東方地球物理公司青海物探處，敦煌 736202；3．青海油田公司勘探開發研究院，敦煌 736202）

柴達木盆地地處青藏高原北部，高寒缺氧，氣候干旱，是中國三大內陸盆地之一，油氣資源十分豐富。平臺地區位于柴達木盆地北緣山前帶，地勢平坦適合可控震源施工。隨著勘探的深入，對資料品質要求越來越高。通過近年的試驗與探索，高密度、高覆蓋、寬方位是提高資料品質最有效，但該方法帶來勘探成本的大幅度提高?？煽卣鹪椿瑒訏呙韪咝Р杉夹g地應用，有效地化解了高密度、高覆蓋、寬方位采集與勘探成本大幅增加之間的矛盾。這里將闡述通過基于滑動掃描技術的高密度、高覆蓋、寬方位三維地震在柴達木盆地平臺地區地實施，實現了在提高地震資料的品質的同時還有效地降低了勘探成本。

滑動掃描；三維地震；觀測系統；勘探成本；勘探周期；高密度；高覆蓋；寬方位

0 引言

隨著柴達木盆地北緣山前帶平臺地區平1井取得突破，開辟了山前帶源外油藏勘探的新領域，為了加快該地區的勘探開發進程，青海油田公司根據工區地質特點結合地質任務，決定在柴達木盆地北緣山前帶平臺地區開展高密度、高覆蓋、寬方位三維地震勘探工作。

2011年青海油田公司在小梁山三維通過炮檢點拆分，進行高密度、高覆蓋、寬方位三維地震采集的嘗試并取得了成功。施工效率和資料品質達到預期目標，與老資料對比處理說明，高密度、高覆蓋、寬方位資料更優于常規采集三維地震資料。因此，高密度、高覆蓋、寬方位采集技術在柴達木盆地具備推廣應用的基礎。

但是僅通過拆分炮檢點來實現高密度、高覆蓋、寬方位采集依然是難以滿足高密度三維勘探的需要，如何才能在不增加投資的前提下實現高密度、高覆蓋、寬方位三維地震資料采集呢？可以通過可控震源滑動掃描高效采集技術來有效地解決這一矛盾。

1 滑動掃描技術簡介

滑動掃描是一種可控震源連續掃描的高效采集方法，同時采用多組震源施工，下一組震源不必等待上一組震源震動結束即可開始震動的一種采集方法［1］。該方法與交替掃描相比，對于使用同一掃描信號的相鄰兩次振動，突破了第二次掃描必須等第一次掃描記錄結束才能開始的限制，壓縮了相鄰兩次信號掃描的間隔時間，即相鄰兩次震動間隔時間原則上大于地震記錄長度即可，我們稱這個時間間隔為滑動時間，可同時利用多組可控震源進行作業，成倍地提高生產效率［2］。

圖1是滑動掃描的原理，滑動掃描采用的掃描頻率在時間上不會發生混疊，通過相關處理即可分開形成各自的記錄。從理論上講，最小滑動時間可設定為聽時間?；瑒訏呙鑿膾呙杵鹗碱l率到掃描截止頻率在實施滑動掃描過程中，可在每組震源震動結束（相當于一個炮點的激發）之前，儀器連續記錄，所有數據信息及包括TB（時斷信號）和相關信號的輔助道信息均暫存于內存中，等到最后一炮放完后，系統將依據TB（時斷信號）和相關信號對每炮進行相關，分離出單個記錄［3］，同時產生較大的諧波干擾，因此在選擇作業參數時需考慮對諧波干擾的壓制。

圖1 滑動掃描原理Fig．1 Slip－sweep

2 采集參數設計與優化

針對該區目的層淺和評價三維的要求，采用高密度三維技術，提高地質目標的成像分辨率；針對地表相對平坦的特點，引進大噸位可控震源和可控震源滑動掃描采集技術，增加激發點密度，確保高密度三維的有效實施。采集參數設計思路為“兩高、一寬、兩小”，其中“兩高”為高覆蓋、高密度，高覆蓋增強噪音壓制效果，保證目的層的成像信噪比，同時增強波場充分采樣和連續性；“一寬”為寬方位（全方位），增強橫向預測、提高成像分辨率；“兩小”為小面元和小組合接收，小面元提高資料空間分辨率，小組合接收有利于拓寬原始資料頻帶［4］。

2．1 激發參數設計

可控震源滑動掃描采集激發參數一般為1臺1次，但需要確保1臺1次單炮記錄有一定信噪比。從分頻掃描紀錄（圖2）上看，隨著震臺數增加，記錄信噪比有所升高，但是變化不大，1臺和4臺單炮記錄信噪比差別不明顯，考慮該區小組合有利于拓寬頻帶和保持波場原始特性，因此震源激發參數為1臺1次。在滑動掃描采集情況下，本炮諧波會干擾相鄰單炮記錄。線性升頻產生的諧波會干擾到上一次掃描的單炮記錄。諧波能量的強弱與滑動時間密切相關，因此在保證單炮基本能量的前提下，需要選擇合適的滑動時間，即能夠壓制3次諧波，降低諧波干擾。本次設計兩組滑動掃描震源之間距離360 m，掃描時間12 s，記錄時間6 s，從不同滑動時間理論時頻圖和實際力信號時頻圖（圖3）可以看出，滑動時間10 s就可以確保下一炮三次諧波的基波不受到上一炮一次諧波的基波干擾影響［5］。從不同滑動時間分頻記錄看出（圖4），諧波干擾隨著滑動時間的增加而減弱，在滑動時間8 s記錄上，諧波干擾較強，滑動時間10 s的記錄上，諧波干擾較弱，在滑動時間12 s的記錄上，諧波干擾比較微弱，不影響有效波。因此本次三維滑動掃描時間確定為10 s。

圖2 不同臺次單炮分頻（30 Hz～60 Hz）記錄Fig．2 Different times seismic data frequency divider

圖3 不同滑動時間時頻圖Fig．3 Frequency diagram at different sliding time

2．2 接收參數設計

圖4 不同滑動時間自動增益單炮記錄Fig．4 Different sliding time AGC of seismic data

由于本次項目是評價三維，要求資料具有較寬的頻帶。如果在野外一味地采用大組合壓制干擾提高單炮信噪比，會嚴重損害高頻弱有效信號，降低深層地震資料的分辨率［6］?；诖它c，在野外主要以壓制高頻隨機噪音為主，在室內資料處理時壓制面波、多次折射等干擾。

圖5 保護500 m目的層有效反射波的組合基距論證Fig．5 500m effective reflection to wave array length argument

圖6 檢波器接收組合圖形及組合響應分析Fig．6 Geophone combination of graphics and combined response analysis

從保護500 m目的層有效反射波的組合基距論證圖來看，保護主頻45 Hz有效波，組合基距不能超過20 m（圖5）。本次野外采集采用1串檢波器“口”字形面積組合接收，接收因素：1串10個檢波器“口”字型組合組內距：δx＝δy＝4 m組合基距：Lx＝8 m，Ly＝12 m（圖6）。

2．3 滑動掃描高密度觀測系統設計

工區地震地質條件有以幾個方面特點：①上干柴溝組以上地層在北部抬升剝蝕，下干柴溝組和路樂河組沉積穩定；②地層比較平緩，結構較為簡單，整體為兩斷夾一隆的斷階構造；③目的層埋深淺（平1井底1 350 m為基巖），最大埋深約2 000 m；④從平1井鉆井情況來看，全井段共出現56次氣測異常，較好地顯示主要集中在E13、E1＋2，目的層深500 m～1 200 m；儲層薄，全井解釋油層12．5 m／5層，氣層17．8 m／6層。根據空間假頻、縱橫向分辨率和防止偏移算子假頻（圖7）對面元的要求理論測算及空間假頻實際資料綜合分析，該區面元為15 m× 15 m比較合適。

圖7 FK譜分析Fig．7 FK analysis

在低信噪比地區，在地震記錄中次生干擾波比較發育且多表現為“隨機干擾”的特性，因此采用統計規律來壓制，根據統計性原理，可以得到如下關系：

式中：N為覆蓋次數；ShotS／N為單炮記錄信噪比；Section2S／N為期望剖面信噪比。

當剖面信噪比為8和面元為15 m×15 m時，根據以上公式測算出該區可控震源1臺1次激發剖面覆蓋次數應當不低于236次，可以滿足目的層巖性儲層預測需求。因此本次三維觀測系統采用正交24線×160道×4炮，縱向觀測：2 385 m－15 m－30 m－15 m－2 385 m，炮線距120 m和接收線距120 m；覆蓋次數為240次，目的層縱橫比為“1”，可以實現全方位采集［7］。從觀測系統屬性分布來看，炮檢距分布及方位角分布都比較均勻（圖8）?？紤]可控震源滑動掃描的效率很高，在有限采集設備的情況下，采用“以炮代道”的方式設計了“塊狀”排列片代替常規的“束狀”排列片，通過塊狀排列片設計實現了高密度、高覆蓋、全方位三維觀測［8］。7束聯采，全排列接收，即觀測系統從24線×160道×4炮變為30線×318道×28炮。通過超級塊排列采集，大幅度提高覆蓋次數，覆蓋次數從240次提高到336次～1 280次。

圖8 正交式24線×160道×4炮觀測系統屬性分布Fig．8 The distribution of observation system properties of 24L4S160T

3 滑動掃描的高效實施

3．1 高效采集施工設計

滑動掃描是多組震源同時施工，震源組之間相隔相等時間（滑動時間）啟動，可以實現不間斷連續采集［9］。平臺三維震源施工先沿炮線方向橫向采集，再沿檢波線方向縱向換排。理論上，震源搬點時間需要（按時速5 000 m／h）32 s，其中包含移動30 m時間＝30 m／（5 000 m／3 600 s）＝22 s，震源提板時間4 s和震源降板時間6 s，每完成一次掃描需12 s，滑動時間為10 s，理論震源組數：（32 s＋12 s）／10 s＝4．4臺；平均每炮換排時間＝3 600 s（4（120 m／5 000 m／s／28炮≈13 s（每組震源換排行駛距離為480 m，7束聯放，每組震源放28炮就換一次排，把換排時間平均分配到每炮即為平均換排時間），彌補震源換排需要震源組數：13 s／10 s＝1．3臺，則理想情況需要震源組數為6臺?？紤]到地形、震源操作手熟練程度、地表耦合等因素影響，增加2組震源來彌補實際施工影響。計劃配備10組震源，8組滑動，2組備用?；瑒訏呙枥碚摃r效為3 600 s／10 s＝360炮／h，滑動掃描理論日效：可達5 000炮。根據工區實際情況，把工區分成南區和北區，8組震源分成兩個大組分別負責南北兩個區的采集，這樣減少了震源換排時間，提高了滑動掃描施工效率。此外滑動掃描采集與常規采集在施工組織有很大的不同，前期工序準備工作要求非常高。本次三維前期準備工作有以下幾方面工作：①培訓與演練，聘請震源和儀器專家分別就儀器操作、質控軟件及震源室內和野外培訓，并進行實際演練；②地面電子設備檢測及聯機測試，確保地面電子設備全部合格；③扎實做好推路工作，確保震源震板與地面偶合，針對復雜亂包區，精心設計震源施工路線，并繪制路線圖，以便施工人員高效施工；④為了確保減少收放排列不影響采集工作，提前挖好檢波器埋坑及提前擺小線；提前深挖過路線坑，防止震源及機動設備壓壞大線，影響采集正常工作。精細準備和策劃是確保項目高質量和高效施工成功關鍵。

圖9 震源組滑動掃描施工示意圖Fig．9 Vibroseis slip－sweep construction sketch

圖10 滑動掃描施工分區示意圖Fig．10 Vibroseis slip－sweep construction zoning diagram

3．2 高效采集質量控制

滑動掃描地震采集具有高效率、海量數據的特點，常規的質量控制已經無法滿足其需求，因此，滑動掃描有其對應的采集現場質量控制和室內地震數據檢查方法。

3．2．1 現場質量監控

在現場質量監控方面，由于滑動掃描連續采集，儀器車無法進行紙質記錄回放，現場單炮記錄監控采用時實監控軟件進行評價；通過DGPS（差分全球定位系統）和源驅動系統的使用，實現了可控震源激發點位的實時監控，避免了人工報樁號和儀器操作員選擇關系文件的錯誤。

3．2．2 室內資料分析評價

1）單炮分析評價。采用專業分析軟件由點到面，按單炮、線束、區塊到全區進行逐級分析，進行采集資料的激發能量、目的層頻率與資料信噪比等分析，快速、準確地檢查評價原始單炮資料。

2）震源狀態分析。利用Vib－QC對可控震源狀態屬性進行檢查和統計分析，分析內容為兩部分，一是可控震源參數狀態分析，二是可控震源激發點位分析。

3．3 諧波干擾壓制

由于可控震源的機械裝置、震動裝置和液壓伺服系統的非線性，以及震板與大地的耦合效應，使可控震源在向地下傳輸掃信號的同時，不可避免地產生諧波干擾，因此諧波干擾的壓制尤為重要［10－12］。

利用震源力信號，把基波H 1和各次諧波Hi（i＝2，3，4 ）分離后，可以得到在頻率域的諧波預測算子：

在頻率域，對信號應用諧波預測算子P，可以求得初至前的諧波N：

然后將求得的諧波干擾從上一炮相應位置中減去，從而達到諧波干擾壓制的目的［13］。

4 應用效果

圖11 諧波壓制前后對比Fig．11 Slips－weep harmonic noise rejection

2012年柴達木盆地平臺三維是柴達木盆地首個采用高密度、高覆蓋、寬方位的可控震源滑動掃描高效采集項目，剖面品質較老資料有明顯提高（圖12）。解釋含油氣圈閉11個，提供井位3口，目前已實施2口，均獲高產天然氣，為柴達木盆地源外油藏勘探打開了新局面。平臺三維項目僅用時7天，完成38 386炮，生產效率居國內同類項目第一，大幅縮短了勘探周期，且勘探費用僅為傳統井炮項目的1／3，有效地控制了勘探成本。

5 結論

通過柴達木盆地平臺地區可控震源滑動掃描高效采集三維項目的順利實施與研究，得到了以下幾點結論和認識：

1）采用高密度、高覆蓋、全方位三維地震資料采集技術，是提高資料品質的有效方法。

2）隨著油氣勘探工作的深入開展，勘探節奏日益加快，傳統的地震勘探項目從部署、采集、處理到最終提交解釋成果，往往需要一年甚至更長的周期，難以做到當年的地震資料當年用，嚴重制約了油氣勘探工作的整體步伐，而采用可控震源滑動掃描高效采集技術，則可以有效地解決這一難題。

圖12 新老疊前偏移剖面Fig．12 Prestack migration section

3）隨著經濟和社會的快速發展，循環經濟、清潔生產及可持續發展戰略的進一步推進，實行綠色勘探迫在眉睫，可控震源滑動掃描高效采集技術“零污染”的優勢是實現綠色勘探的有效途徑，進一步推廣和應用可控震源滑動掃描高效采集技術，具有現實意義。

4）隨著物探技術的發展，逐步解決了可控震源滑動掃描高效采集技術地表要求較高、諧波干擾重、地面電子設備投入大等缺點，該技術在國內推廣和應用的條件日漸成熟。

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Application of vibroseis slip－sweep acquisition technique in Pingtai area of Qaidam basin

ZHU Bo1，WU Yong-guo2，HUANG Peng3，WANG Yong-sheng1，JIANG Tai-liang3，WANG Qi2
（1．Exploration Department of Qinghai Oilfield Company，Dunhuang 736202，China；2．Qinghai Geophysical Company of Eastern Geophysical Company，Dunhuang 736202，China；3．Exploration and Development Research Institute of Qinghai Oilfield Company，Dunhuang 736202，China）

The Qaidam basin is located in the north Tibetan Plateau and is one of China＇s three major inland basins．Qaidam basin is rich of the oil and gas resources，but it is arid，bare and lack of oxygen．The Ping－tai area is located in the northern piedmont zone of Qaidam basin and the typical flat terrain is propitious to field operations．With further exploration and development of oil and gas，the requirements of high seismic quality are more and more increasing．According previous studies and investigations，the 3D seismic data acquisition method with high－density，high folds，wide azimuth is effective to improve seismic data quality，but the method require enormous exploration costs．A vibroseis slip－sweep acquisition technique，however，an efficient method for solving the problem of the high－density，high folds，wide azimuth acquisition and enormous exploration costs．In this paper，we first introduce the geometry design of the 3D seismic data vibroseis slip－sweep acquisition with high－density，high folds，wide azimuth and its field operations in Pingtai area of Qaidam basin，and then the results show that the vibroseis slip－sweep acquisition technique not only improves the seismic quality，but also reduces exploration costs．

slip-sweep；3-D seismic；observation system；exploration cost；exploration cycle；high density；high folds；wide azimuth

1001-1749（2014）05-0595-06

2014-01-08 改回日期：2014-06-17

朱波（1983-），男，工程師，長期從事地震數據采集、處理的研究和項目管理工作，E-mail：68324431＠163．com。

P 631．4

A

10．3969／j．issn．1001-1749．2014．05．15