基于Sercel 428儀器的彎寬線采集技術(shù)在塔吉克斯坦山地勘探中的應(yīng)用

盧良鑫，丁同哲，閆　勇，夏　勇，楊伯亞，于世東，柳興剛

(中國石油集團(tuán)東方地球物理公司　河北　涿州　072751)

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基于Sercel 428儀器的彎寬線采集技術(shù)在塔吉克斯坦山地勘探中的應(yīng)用

盧良鑫，丁同哲，閆勇，夏勇，楊伯亞，于世東，柳興剛

(中國石油集團(tuán)東方地球物理公司河北涿州072751)

摘要：為了有效地解決地震數(shù)據(jù)信噪比低、靜校正影響嚴(yán)重問題，寬線采集方法在塔吉克斯坦項(xiàng)目得到了有效的推廣和發(fā)展，形成了獨(dú)特的寬線-彎線采集方法：采用大接收道數(shù)，增加各個(gè)深度目的層的覆蓋次數(shù)；處理時(shí)在單線上解決靜校正，避免了常規(guī)單線2D采集時(shí)檢波器大組合接收引起的無法解決的組內(nèi)靜校正問題，同時(shí)又起到了檢波器在橫向上大組合壓制側(cè)面線性干擾的效果。從繞射源的時(shí)距曲線上定量分析寬線與單線采集對(duì)側(cè)面干擾壓制的效果，突出寬線采集上的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：寬線;彎線;山地;側(cè)面干擾;低信噪比

0引言

塔吉克斯坦的工區(qū)地表囊括了高山、黃土塬、河流、丘陵等地形，山地地表崎嶇，高程變化劇烈，加上地下構(gòu)造比較復(fù)雜，目的層比較深，斷裂發(fā)育、地層破碎，這些綜合因素導(dǎo)致山地資料成像困難。山地近地表不均質(zhì)體的分布引起大量的次生干擾[1]。厚度數(shù)十米的黃土塬，對(duì)激發(fā)能量的吸收衰減很大，到達(dá)中、深度目的層地震波能量很弱。盡管以往該區(qū)進(jìn)行了多次的二維地震采集，但由于資料信噪比很差，對(duì)構(gòu)造的大致走向和形態(tài)仍然沒有得到一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。基于東方公司在山地勘探中的豐富經(jīng)驗(yàn)并且在巴基斯坦山地寬線勘探中取得良好的效果[2]，以及采集儀器的長足發(fā)展，本次地震勘探采用寬-彎線的采集方案，用于解決該區(qū)涉及到的勘探難點(diǎn)問題。而Sercle428儀器巨大的帶道能力和傳輸方式，為本方案實(shí)施提供了硬件條件。

與傳統(tǒng)的單線接收的二維地震勘探相比，寬線因?yàn)樵黾恿私邮站€數(shù)，從而成倍地增加了覆蓋次數(shù)；在單線上解決靜校正問題，之后進(jìn)行水平疊加等處理，實(shí)現(xiàn)了沒有組內(nèi)靜校正問題的“大組合”疊加，有效的壓制了側(cè)面干擾，加強(qiáng)了有效反射；另外，寬線接收使得激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)在橫向上存在一定寬度內(nèi)的離散，與單線接收的CMP道集相比，減少了干擾波的相干性，從而在速度分析上壓制了干擾波的能量團(tuán)，突出了目的層的有效信號(hào)，從而提高信噪比[3]。另外由于工區(qū)地形高差很大，一條測線的高差可達(dá)1 000 m以上，而且斷崖比較多，這給采集施工帶來了很大的困難，為躲避不利地形的困擾，在寬線的基礎(chǔ)上，發(fā)展了彎線采集技術(shù)。它有效地降低了施工難度，并且對(duì)目的層的成像質(zhì)量卻基本不產(chǎn)生負(fù)面影響。

1寬線與單線的對(duì)比分析

二維地震勘探遇到的最大問題是來自側(cè)面的干擾。側(cè)面的繞射或者反射都可以稱作側(cè)面干擾。側(cè)面干擾時(shí)距曲線的形態(tài)也表現(xiàn)為雙曲線如圖1所示。假定地下介質(zhì)速度單一，則繞射波的時(shí)距曲線方程可以寫成

(1)

圖1　繞射源時(shí)距曲線

其中x為繞射點(diǎn)縱向上的坐標(biāo)，y為繞射點(diǎn)橫向上的坐標(biāo)，z為繞射點(diǎn)深度，下標(biāo)s和r分別表示炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)，炮點(diǎn)在檢波點(diǎn)左邊偏移距為正數(shù)。圖1中的藍(lán)線為測線正下方的繞射源時(shí)距曲線，繞射源深度為3 000 m、距面元中心點(diǎn)(0,0,0)縱向上的距離為2 000 m；紅線比藍(lán)線增加了橫向距離1 500 m。可以看出，來自側(cè)面的繞射源時(shí)距曲線與測線正下方繞射源的時(shí)距曲線形態(tài)都是雙曲線，在進(jìn)行速度分析時(shí)兩者會(huì)混在一塊，造成對(duì)信號(hào)的干擾，導(dǎo)致疊加之后的信噪比很低甚至出現(xiàn)假象。三維地震勘探可以有效地解決這個(gè)問題但成本較二維高很多。寬線相比于單線在壓制側(cè)面干擾提高信噪比方面有比較好的效果，并且勘探成本不會(huì)高很多。

以塔吉克的寬線采集為例，如圖2所示，綠色圓點(diǎn)為接收點(diǎn)，紅色圓點(diǎn)為激發(fā)點(diǎn)，接收線間距為120 m，炮線離最近的一條接收線的距離為60 m，道間距為25 m，每一條炮線的炮點(diǎn)距為100 m。選取一個(gè)面元，并計(jì)算該面元的所有炮檢對(duì)坐標(biāo)，如圖3所示。

圖2　觀測系統(tǒng)示意圖

圖3　[0,12.5]的面元炮檢對(duì)

由于山地的地形復(fù)雜，斷崖陡坡比較常見，因此炮點(diǎn)不在理論點(diǎn)布設(shè)的情況經(jīng)常發(fā)生。依據(jù)該工區(qū)的炮點(diǎn)偏移規(guī)則，炮點(diǎn)在理論點(diǎn)坐標(biāo)橫向±200 m以內(nèi)進(jìn)行偏移，從而模擬實(shí)際施工中炮點(diǎn)偏移的情況，如圖4所示。選取測線側(cè)面的一個(gè)點(diǎn)(2 000,-1 800,3 000)，面元中心點(diǎn)為(12.5,0，0)，側(cè)面干擾源位于測線側(cè)面1 800 m，并且相對(duì)于面元中心點(diǎn)縱向距離為2 000 m。根據(jù)式(1)對(duì)炮點(diǎn)隨機(jī)偏移之后的CMP道集繪制寬線的繞射源時(shí)距曲線，如圖5所示，紅線為寬線的側(cè)面繞射源時(shí)距曲線，藍(lán)線為根據(jù)紅線擬合的用于NMO的雙曲線。從圖中可以看出，對(duì)于寬線勘探來自側(cè)面的繞射源時(shí)距曲線與標(biāo)準(zhǔn)雙曲線相比有一定地?cái)_動(dòng)，特別是近偏移距的道集合比遠(yuǎn)偏移距擾動(dòng)得更厲害，原因是近偏移距道集包含了更多的方位角信息，而傳統(tǒng)的單線二維只有單一的方位角信息。對(duì)紅色時(shí)距曲線進(jìn)行動(dòng)校正并不能把它拉平，從而不能同向疊加達(dá)到最佳的成像效果。將寬線的CMP道集進(jìn)行動(dòng)校正仍然有一定的剩余時(shí)差，如圖6所示藍(lán)圈為圖5中紅線與藍(lán)線動(dòng)校正后的時(shí)間差。

圖4　炮點(diǎn)偏移之后的觀測系統(tǒng)示意圖

圖5　側(cè)面繞射源的寬線時(shí)距曲線

圖6　側(cè)面繞射源的寬線CMP道集動(dòng)校正剩余時(shí)差

以雷克子波模擬炸藥激發(fā)源[4]對(duì)比疊加之后的波形。子波的振幅設(shè)為1 m，主頻為20 Hz。根據(jù)圖6中所示的剩余時(shí)差進(jìn)行相應(yīng)相位差的疊加，得到的波形如圖7所示。由于參與計(jì)算的CMP道集有540道即540次覆蓋，疊加之后的波形最大振幅為540 m，而圖6中所示波形振幅為36 m，說明側(cè)面干擾受到了很大的壓制。再用測線正下方的繞射源(2 000,0,3 000)進(jìn)行模擬，得到時(shí)距曲線如圖8所示，疊加后的波形如圖9所示，波形的振幅為446 m，從圖中可以看出寬線對(duì)于測線正下方的繞射源時(shí)距曲線與標(biāo)準(zhǔn)的雙曲線區(qū)別很小，波形的形態(tài)和振幅都得到了保護(hù)。對(duì)于測線下方繞射源不在面元中心點(diǎn)正下方的情況，可以用偏移歸位比較準(zhǔn)確地成像。對(duì)于傳統(tǒng)二維單線的側(cè)面繞射源由于時(shí)距曲線也是標(biāo)準(zhǔn)的雙曲線，所以側(cè)面干擾得不到壓制。如果把測線正下方繞射源的信號(hào)認(rèn)為是有效信號(hào)，把側(cè)面繞射源的信號(hào)認(rèn)為干擾噪音的話，則從上述數(shù)值模擬的角度看寬線相比于傳統(tǒng)二維單線信噪比提高了很多。

圖7　側(cè)面繞射源的疊加波形

圖8　測線正下方繞射源的寬線時(shí)距曲線

圖9　測線正下方繞射源的疊加波形

2彎線的彎度分析

彎線的采集可以根據(jù)實(shí)際的地形避開施工困難的地區(qū)，從而提高施工效率。然而，彎線特別在拐點(diǎn)的地方勢必會(huì)增大CMP面元內(nèi)的炮檢中心點(diǎn)的離散度，從而對(duì)CMP道集的速度分析以及疊加成像造成一定的影響。塔吉克工區(qū)的彎線拐點(diǎn)處的彎度都小于10°。

對(duì)于彎線的設(shè)計(jì)，在拐點(diǎn)處CMP點(diǎn)須落在第一菲涅爾帶半徑內(nèi)[5]。計(jì)算公式[4]如下：

(2)

其中，R為第一菲涅爾帶半徑，Vav為目的層埋深,fm為地震波的主頻。

由于塔吉克工區(qū)的目的層比較深，疊加剖面顯示在5 s附近并且平均速度為5 300 m/s左右，主頻為18 Hz，估算出第一菲涅爾帶半徑約為1 400 m。該工區(qū)的所有CMP面元炮檢中心點(diǎn)離散度都小于1 000 m，說明彎線的彎度是合理的。

3應(yīng)用效果對(duì)比

在塔吉克山地中用的是兩條炮線三條接收線，如圖13所示。兩條炮線和三條接收線構(gòu)成一條寬度為360 m的寬線，選取最右邊的一條炮線和最右邊的一條接收線組成一條近似的單線與寬線進(jìn)行對(duì)比。這條近似單線的寬度為60 m，與寬線的寬度比為1∶6。將寬線進(jìn)行炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)抽稀，左右兩條炮線各抽稀一半從而炮密度與單線的一致，并將三條接收線的道數(shù)抽掉三分之二從而道密度與單線的一致，使得單線與寬線的覆蓋次數(shù)相當(dāng)。然后將寬線和單線用同樣的層析靜校正量和處理流程進(jìn)行處理得到的疊加剖面。圖10目的層位于5 s附近，圖中顯示單線的剖面目的層相比于寬線較不清晰，而且側(cè)面干擾產(chǎn)生的假象與目的層交織在一起。圖11為炮檢點(diǎn)抽稀的寬線剖面，其中目的層較為清晰，側(cè)面干擾得到比較有效的壓制。圖12為炮檢點(diǎn)不抽稀的寬線剖面，由于覆蓋次數(shù)明顯增加，信噪比也比較高。圖13 為帶觀測系統(tǒng)的衛(wèi)片。

圖10　單線剖面

圖11　炮檢點(diǎn)抽稀的寬線剖面

4總結(jié)

寬線對(duì)于壓制側(cè)面干擾比傳統(tǒng)的二維單線有明顯的效果，目的層在眾多干擾中更容易顯現(xiàn)出來，特別是在施工成本高、信噪比低、地表起伏大的復(fù)雜山地地區(qū)。寬線采集使得CMP道集有一定的方位角，使側(cè)面干擾在動(dòng)校正疊加之后會(huì)不同相的干涉，而在測線正下方的繞射或反射動(dòng)校正之后仍然保持同相疊加有效地成像，這樣就對(duì)側(cè)面干擾進(jìn)行了壓制，保護(hù)了有效信號(hào)，提高了信噪比。另外寬線采集能獲得較高信噪比的地震數(shù)據(jù)，而勘探成本不會(huì)比二維勘探高出很多，是性價(jià)比較高的復(fù)雜地區(qū)勘探的采集方法。彎線的設(shè)計(jì)有效地避開了施工困難的障礙物，一定程度地提高了施工效率，并且在拐點(diǎn)設(shè)計(jì)、彎度分析基礎(chǔ)上使得地震有效信號(hào)在彎線處理中得到了有效保護(hù)。

圖12　炮檢點(diǎn)未抽稀的寬線剖面

圖13　帶觀測系統(tǒng)的衛(wèi)片

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 李慶忠.論地震次生干擾[J].石油地球物理勘探,1983,6(3):207-225.

[2] 施繼承,和冠慧,張中民，等.巴基斯坦復(fù)雜地表區(qū)地震采集技術(shù)[J].石油地球物理勘探,2008.43(S2)：11-14.[3] 羅仁澤,黃元溢,曾俊峰，等.寬線大組合地震接收原理及實(shí)踐[J].天然氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì),2010,4(6)：21-23.

[4] 陸基孟,王永剛.地震勘探原理[M].山東東營：中國石油大學(xué)出版社,2009：183.

[5] 張春賀,李世臻,姚根順，等.基于寬線+折線采集與擬三維處理配套的碳酸鹽巖裸露區(qū)地震勘探技術(shù)[J].地球物理學(xué)報(bào),2014，57(1)：229-240.

Crooked Wide Line Acquisition With Sercel 428 Applied in Tajikistan Mountainous Seismic Prospecting

Lu Liangxin,Ding Tongzhe,Yan Yong,Xia Yong,Yang boya,Yu Shidong,Liu Xinggang

(BGP Inc.,China National Petroleum Corporation,Zhuozhou,Hebei 072751,China)

Abstract：In Tajikistan mountainous seismic project,low signal to noise ratio and severe effects of static correction affected the seismic record detrimentally.In order to effectively solve the problems,wide-line acquisition was applied and developed effectively in the Tajikistan project,and a unique wide and crooked line acquisition method was evolved.The method utilized more channels to receive seismic data,thus increasing folds in target layersat of different depths.In the processing step,static correction was tackled in single line,which avoided the problem of static correction within large geophone patterns which could not be solved in conventional 2D seismic acquisition.In the mean time,laterally large geophone patterns effectively suppressed lateral linear interference.In this paper,effects of suppression on lateral interference using wide line and single line acquisition are analyzed quantitatively from time-distance curves of diffraction source,and the advantages of wide line acquisition are highlighted.

Key words：wide line；crooked line； mountains；lateral interference；low S/N ratio

第一作者簡介：盧良鑫，男，1986年生，工程師，2011年碩士畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球探測與信息技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)在中國石油集團(tuán)東方地球物理公司從事地震數(shù)據(jù)采集與處理工作。E-mail:llx_168@126.com

中圖法分類號(hào)：P631.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2096-0077(2016)03-0074-05

(收稿日期：2015-10-26編輯：屈憶欣)

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