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(fā)研究院，敦煌 736202）

柴達(dá)木盆地平臺(tái)地區(qū)可控震源滑動(dòng)掃描高效采集技術(shù)實(shí)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(fā)研究院，敦煌 736202）

柴達(dá)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(nèi)陸盆地之一，油氣資源十分豐富。平臺(tái)地區(qū)位于柴達(dá)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(zhì)要求越來越高。通過近年的試驗(yàn)與探索，高密度、高覆蓋、寬方位是提高資料品質(zhì)最有效，但該方法帶來勘探成本的大幅度提高?？煽卣鹪椿瑒?dòng)掃描高效采集技術(shù)地應(yīng)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(dòng)掃描技術(shù)的高密度、高覆蓋、寬方位三維地震在柴達(dá)木盆地平臺(tái)地區(qū)地實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了在提高地震資料的品質(zhì)的同時(shí)還有效地降低了勘探成本。

滑動(dòng)掃描；三維地震；觀測系統(tǒng)；勘探成本；勘探周期；高密度；高覆蓋；寬方位

0 引言

隨著柴達(dá)木盆地北緣山前帶平臺(tái)地區(qū)平1井取得突破，開辟了山前帶源外油藏勘探的新領(lǐng)域，為了加快該地區(qū)的勘探開發(fā)進(jìn)程，青海油田公司根據(jù)工區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)結(jié)合地質(zhì)任務(wù)，決定在柴達(dá)木盆地北緣山前帶平臺(tái)地區(qū)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(diǎn)拆分，進(jìn)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(zhì)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，與老資料對比處理說明，高密度、高覆蓋、寬方位資料更優(yōu)于常規(guī)采集三維地震資料。因此，高密度、高覆蓋、寬方位采集技術(shù)在柴達(dá)木盆地具備推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)。

但是僅通過拆分炮檢點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)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(dòng)掃描高效采集技術(shù)來有效地解決這一矛盾。

1 滑動(dòng)掃描技術(shù)簡介

滑動(dòng)掃描是一種可控震源連續(xù)掃描的高效采集方法，同時(shí)采用多組震源施工，下一組震源不必等待上一組震源震動(dòng)結(jié)束即可開始震動(dòng)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(dòng)，突破了第二次掃描必須等第一次掃描記錄結(jié)束才能開始的限制，壓縮了相鄰兩次信號掃描的間隔時(shí)間，即相鄰兩次震動(dòng)間隔時(shí)間原則上大于地震記錄長度即可，我們稱這個(gè)時(shí)間間隔為滑動(dòng)時(shí)間，可同時(shí)利用多組可控震源進(jìn)行作業(yè)，成倍地提高生產(chǎn)效率［2］。

圖1是滑動(dòng)掃描的原理，滑動(dòng)掃描采用的掃描頻率在時(shí)間上不會(huì)發(fā)生混疊，通過相關(guān)處理即可分開形成各自的記錄。從理論上講，最小滑動(dòng)時(shí)間可設(shè)定為聽時(shí)間?；瑒?dòng)掃描從掃描起始頻率到掃描截止頻率在實(shí)施滑動(dòng)掃描過程中，可在每組震源震動(dòng)結(jié)束（相當(dāng)于一個(gè)炮點(diǎn)的激發(fā)）之前，儀器連續(xù)記錄，所有數(shù)據(jù)信息及包括TB（時(shí)斷信號）和相關(guān)信號的輔助道信息均暫存于內(nèi)存中，等到最后一炮放完后，系統(tǒng)將依據(jù)TB（時(shí)斷信號）和相關(guān)信號對每炮進(jìn)行相關(guān)，分離出單個(gè)記錄［3］，同時(shí)產(chǎn)生較大的諧波干擾，因此在選擇作業(yè)參數(shù)時(shí)需考慮對諧波干擾的壓制。

圖1 滑動(dòng)掃描原理Fig．1 Slip－sweep

2 采集參數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

針對該區(qū)目的層淺和評價(jià)三維的要求，采用高密度三維技術(shù)，提高地質(zhì)目標(biāo)的成像分辨率；針對地表相對平坦的特點(diǎn)，引進(jìn)大噸位可控震源和可控震源滑動(dòng)掃描采集技術(shù)，增加激發(fā)點(diǎn)密度，確保高密度三維的有效實(shí)施。采集參數(shù)設(shè)計(jì)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(qiáng)噪音壓制效果，保證目的層的成像信噪比，同時(shí)增強(qiáng)波場充分采樣和連續(xù)性；“一寬”為寬方位（全方位），增強(qiáng)橫向預(yù)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(fā)參數(shù)設(shè)計(jì)

可控震源滑動(dòng)掃描采集激發(fā)參數(shù)一般為1臺(tái)1次，但需要確保1臺(tái)1次單炮記錄有一定信噪比。從分頻掃描紀(jì)錄（圖2）上看，隨著震臺(tái)數(shù)增加，記錄信噪比有所升高，但是變化不大，1臺(tái)和4臺(tái)單炮記錄信噪比差別不明顯，考慮該區(qū)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(fā)參數(shù)為1臺(tái)1次。在滑動(dòng)掃描采集情況下，本炮諧波會(huì)干擾相鄰單炮記錄。線性升頻產(chǎn)生的諧波會(huì)干擾到上一次掃描的單炮記錄。諧波能量的強(qiáng)弱與滑動(dòng)時(shí)間密切相關(guān)，因此在保證單炮基本能量的前提下，需要選擇合適的滑動(dòng)時(shí)間，即能夠壓制3次諧波，降低諧波干擾。本次設(shè)計(jì)兩組滑動(dòng)掃描震源之間距離360 m，掃描時(shí)間12 s，記錄時(shí)間6 s，從不同滑動(dòng)時(shí)間理論時(shí)頻圖和實(shí)際力信號時(shí)頻圖（圖3）可以看出，滑動(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí)間分頻記錄看出（圖4），諧波干擾隨著滑動(dòng)時(shí)間的增加而減弱，在滑動(dòng)時(shí)間8 s記錄上，諧波干擾較強(qiáng)，滑動(dòng)時(shí)間10 s的記錄上，諧波干擾較弱，在滑動(dòng)時(shí)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(dòng)掃描時(shí)間確定為10 s。

圖2 不同臺(tái)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(dòng)時(shí)間時(shí)頻圖Fig．3 Frequency diagram at different sliding time

2．2 接收參數(shù)設(shè)計(jì)

圖4 不同滑動(dòng)時(shí)間自動(dòng)增益單炮記錄Fig．4 Different sliding time AGC of seismic data

由于本次項(xiàng)目是評價(jià)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(huì)嚴(yán)重?fù)p害高頻弱有效信號，降低深層地震資料的分辨率［6］?；诖它c(diǎn)，在野外主要以壓制高頻隨機(jī)噪音為主，在室內(nèi)資料處理時(shí)壓制面波、多次折射等干擾。

圖5 保護(hù)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(yīng)分析Fig．6 Geophone combination of graphics and combined response analysis

從保護(hù)500 m目的層有效反射波的組合基距論證圖來看，保護(hù)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(gè)檢波器“口”字型組合組內(nèi)距：δx＝δy＝4 m組合基距：Lx＝8 m，Ly＝12 m（圖6）。

2．3 滑動(dòng)掃描高密度觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

工區(qū)地震地質(zhì)條件有以幾個(gè)方面特點(diǎn)：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(wěn)定；②地層比較平緩，結(jié)構(gòu)較為簡單，整體為兩斷夾一隆的斷階構(gòu)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(xiàn)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(chǔ)層薄，全井解釋油層12．5 m／5層，氣層17．8 m／6層。根據(jù)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(shí)際資料綜合分析，該區(qū)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(qū)，在地震記錄中次生干擾波比較發(fā)育且多表現(xiàn)為“隨機(jī)干擾”的特性，因此采用統(tǒng)計(jì)規(guī)律來壓制，根據(jù)統(tǒng)計(jì)性原理，可以得到如下關(guān)系：

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

當(dāng)剖面信噪比為8和面元為15 m×15 m時(shí)，根據(jù)以上公式測算出該區(qū)可控震源1臺(tái)1次激發(fā)剖面覆蓋次數(shù)應(yīng)當(dāng)不低于236次，可以滿足目的層巖性儲(chǔ)層預(yù)測需求。因此本次三維觀測系統(tǒng)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(shù)為240次，目的層縱橫比為“1”，可以實(shí)現(xiàn)全方位采集［7］。從觀測系統(tǒng)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(dòng)掃描的效率很高，在有限采集設(shè)備的情況下，采用“以炮代道”的方式設(shè)計(jì)了“塊狀”排列片代替常規(guī)的“束狀”排列片，通過塊狀排列片設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高密度、高覆蓋、全方位三維觀測［8］。7束聯(lián)采，全排列接收，即觀測系統(tǒng)從24線×160道×4炮變?yōu)?0線×318道×28炮。通過超級塊排列采集，大幅度提高覆蓋次數(shù)，覆蓋次數(shù)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(tǒng)屬性分布Fig．8 The distribution of observation system properties of 24L4S160T

3 滑動(dòng)掃描的高效實(shí)施

3．1 高效采集施工設(shè)計(jì)

滑動(dòng)掃描是多組震源同時(shí)施工，震源組之間相隔相等時(shí)間（滑動(dòng)時(shí)間）啟動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)不間斷連續(xù)采集［9］。平臺(tái)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(diǎn)時(shí)間需要（按時(shí)速5 000 m／h）32 s，其中包含移動(dòng)30 m時(shí)間＝30 m／（5 000 m／3 600 s）＝22 s，震源提板時(shí)間4 s和震源降板時(shí)間6 s，每完成一次掃描需12 s，滑動(dòng)時(shí)間為10 s，理論震源組數(shù)：（32 s＋12 s）／10 s＝4．4臺(tái)；平均每炮換排時(shí)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(lián)放，每組震源放28炮就換一次排，把換排時(shí)間平均分配到每炮即為平均換排時(shí)間），彌補(bǔ)震源換排需要震源組數(shù)：13 s／10 s＝1．3臺(tái)，則理想情況需要震源組數(shù)為6臺(tái)?？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(bǔ)實(shí)際施工影響。計(jì)劃配備10組震源，8組滑動(dòng)，2組備用?；瑒?dòng)掃描理論時(shí)效為3 600 s／10 s＝360炮／h，滑動(dòng)掃描理論日效：可達(dá)5 000炮。根據(jù)工區(qū)實(shí)際情況，把工區(qū)分成南區(qū)和北區(qū)，8組震源分成兩個(gè)大組分別負(fù)責(zé)南北兩個(gè)區(qū)的采集，這樣減少了震源換排時(shí)間，提高了滑動(dòng)掃描施工效率。此外滑動(dòng)掃描采集與常規(guī)采集在施工組織有很大的不同，前期工序準(zhǔn)備工作要求非常高。本次三維前期準(zhǔn)備工作有以下幾方面工作：①培訓(xùn)與演練，聘請震源和儀器專家分別就儀器操作、質(zhì)控軟件及震源室內(nèi)和野外培訓(xùn)，并進(jìn)行實(shí)際演練；②地面電子設(shè)備檢測及聯(lián)機(jī)測試，確保地面電子設(shè)備全部合格；③扎實(shí)做好推路工作，確保震源震板與地面偶合，針對復(fù)雜亂包區(qū)，精心設(shè)計(jì)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(jī)動(dòng)設(shè)備壓壞大線，影響采集正常工作。精細(xì)準(zhǔn)備和策劃是確保項(xiàng)目高質(zhì)量和高效施工成功關(guān)鍵。

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

圖10 滑動(dòng)掃描施工分區(qū)示意圖Fig．10 Vibroseis slip－sweep construction zoning diagram

3．2 高效采集質(zhì)量控制

滑動(dòng)掃描地震采集具有高效率、海量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，常規(guī)的質(zhì)量控制已經(jīng)無法滿足其需求，因此，滑動(dòng)掃描有其對應(yīng)的采集現(xiàn)場質(zhì)量控制和室內(nèi)地震數(shù)據(jù)檢查方法。

3．2．1 現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)控

在現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)控方面，由于滑動(dòng)掃描連續(xù)采集，儀器車無法進(jìn)行紙質(zhì)記錄回放，現(xiàn)場單炮記錄監(jiān)控采用時(shí)實(shí)監(jiān)控軟件進(jìn)行評價(jià)；通過DGPS（差分全球定位系統(tǒng)）和源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的使用，實(shí)現(xiàn)了可控震源激發(fā)點(diǎn)位的實(shí)時(shí)監(jiān)控，避免了人工報(bào)樁號和儀器操作員選擇關(guān)系文件的錯(cuò)誤。

3．2．2 室內(nèi)資料分析評價(jià)

1）單炮分析評價(jià)。采用專業(yè)分析軟件由點(diǎn)到面，按單炮、線束、區(qū)塊到全區(qū)進(jìn)行逐級分析，進(jìn)行采集資料的激發(fā)能量、目的層頻率與資料信噪比等分析，快速、準(zhǔn)確地檢查評價(jià)原始單炮資料。

2）震源狀態(tài)分析。利用Vib－QC對可控震源狀態(tài)屬性進(jìn)行檢查和統(tǒng)計(jì)分析，分析內(nèi)容為兩部分，一是可控震源參數(shù)狀態(tài)分析，二是可控震源激發(fā)點(diǎn)位分析。

3．3 諧波干擾壓制

由于可控震源的機(jī)械裝置、震動(dòng)裝置和液壓伺服系統(tǒng)的非線性，以及震板與大地的耦合效應(yīng)，使可控震源在向地下傳輸掃信號的同時(shí)，不可避免地產(chǎn)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(yù)測算子：

在頻率域，對信號應(yīng)用諧波預(yù)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(yīng)位置中減去，從而達(dá)到諧波干擾壓制的目的［13］。

4 應(yīng)用效果

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

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

5 結(jié)論

通過柴達(dá)木盆地平臺(tái)地區(qū)可控震源滑動(dòng)掃描高效采集三維項(xiàng)目的順利實(shí)施與研究，得到了以下幾點(diǎn)結(jié)論和認(rèn)識：

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

2）隨著油氣勘探工作的深入開展，勘探節(jié)奏日益加快，傳統(tǒng)的地震勘探項(xiàng)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(dāng)年的地震資料當(dāng)年用，嚴(yán)重制約了油氣勘探工作的整體步伐，而采用可控震源滑動(dòng)掃描高效采集技術(shù)，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(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，循環(huán)經(jīng)濟(jì)、清潔生產(chǎn)及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的進(jìn)一步推進(jìn)，實(shí)行綠色勘探迫在眉睫，可控震源滑動(dòng)掃描高效采集技術(shù)“零污染”的優(yōu)勢是實(shí)現(xiàn)綠色勘探的有效途徑，進(jìn)一步推廣和應(yīng)用可控震源滑動(dòng)掃描高效采集技術(shù)，具有現(xiàn)實(shí)意義。

4）隨著物探技術(shù)的發(fā)展，逐步解決了可控震源滑動(dòng)掃描高效采集技術(shù)地表要求較高、諧波干擾重、地面電子設(shè)備投入大等缺點(diǎn)，該技術(shù)在國內(nèi)推廣和應(yīng)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(shù)據(jù)采集、處理的研究和項(xiàng)目管理工作，E-mail：68324431＠163．com。

P 631．4

A

10．3969／j．issn．1001-1749．2014．05．15