柴达木盆地平台地区可控震源滑动扫描高效采集技术实践

朱 波，吴永国，黄 鹏，王永生，姜太亮，王 琪

（1．青海油田公司勘探处，敦煌 736202；2．东方地球物理公司青海物探处，敦煌 736202；3．青海油田公司勘探开发研究院，敦煌 736202）

柴达木盆地平台地区可控震源滑动扫描高效采集技术实践

朱 波1，吴永国1，黄 鹏1，王永生1，姜太亮3，王 琪2

（1．青海油田公司勘探处，敦煌 736202；2．东方地球物理公司青海物探处，敦煌 736202；3．青海油田公司勘探开发研究院，敦煌 736202）

柴达木盆地地处青藏高原北部，高寒缺氧，气候干旱，是中国三大内陆盆地之一，油气资源十分丰富。平台地区位于柴达木盆地北缘山前带，地势平坦适合可控震源施工。随着勘探的深入，对资料品质要求越来越高。通过近年的试验与探索，高密度、高覆盖、宽方位是提高资料品质最有效，但该方法带来勘探成本的大幅度提高。可控震源滑动扫描高效采集技术地应用，有效地化解了高密度、高覆盖、宽方位采集与勘探成本大幅增加之间的矛盾。这里将阐述通过基于滑动扫描技术的高密度、高覆盖、宽方位三维地震在柴达木盆地平台地区地实施，实现了在提高地震资料的品质的同时还有效地降低了勘探成本。

滑动扫描；三维地震；观测系统；勘探成本；勘探周期；高密度；高覆盖；宽方位

0 引言

随着柴达木盆地北缘山前带平台地区平1井取得突破，开辟了山前带源外油藏勘探的新领域，为了加快该地区的勘探开发进程，青海油田公司根据工区地质特点结合地质任务，决定在柴达木盆地北缘山前带平台地区开展高密度、高覆盖、宽方位三维地震勘探工作。

2011年青海油田公司在小梁山三维通过炮检点拆分，进行高密度、高覆盖、宽方位三维地震采集的尝试并取得了成功。施工效率和资料品质达到预期目标，与老资料对比处理说明，高密度、高覆盖、宽方位资料更优于常规采集三维地震资料。因此，高密度、高覆盖、宽方位采集技术在柴达木盆地具备推广应用的基础。

但是仅通过拆分炮检点来实现高密度、高覆盖、宽方位采集依然是难以满足高密度三维勘探的需要，如何才能在不增加投资的前提下实现高密度、高覆盖、宽方位三维地震资料采集呢？可以通过可控震源滑动扫描高效采集技术来有效地解决这一矛盾。

1 滑动扫描技术简介

滑动扫描是一种可控震源连续扫描的高效采集方法，同时采用多组震源施工，下一组震源不必等待上一组震源震动结束即可开始震动的一种采集方法［1］。该方法与交替扫描相比，对于使用同一扫描信号的相邻两次振动，突破了第二次扫描必须等第一次扫描记录结束才能开始的限制，压缩了相邻两次信号扫描的间隔时间，即相邻两次震动间隔时间原则上大于地震记录长度即可，我们称这个时间间隔为滑动时间，可同时利用多组可控震源进行作业，成倍地提高生产效率［2］。

图1是滑动扫描的原理，滑动扫描采用的扫描频率在时间上不会发生混叠，通过相关处理即可分开形成各自的记录。从理论上讲，最小滑动时间可设定为听时间。滑动扫描从扫描起始频率到扫描截止频率在实施滑动扫描过程中，可在每组震源震动结束（相当于一个炮点的激发）之前，仪器连续记录，所有数据信息及包括TB（时断信号）和相关信号的辅助道信息均暂存于内存中，等到最后一炮放完后，系统将依据TB（时断信号）和相关信号对每炮进行相关，分离出单个记录［3］，同时产生较大的谐波干扰，因此在选择作业参数时需考虑对谐波干扰的压制。

图1 滑动扫描原理Fig．1 Slip－sweep

2 采集参数设计与优化

针对该区目的层浅和评价三维的要求，采用高密度三维技术，提高地质目标的成像分辨率；针对地表相对平坦的特点，引进大吨位可控震源和可控震源滑动扫描采集技术，增加激发点密度，确保高密度三维的有效实施。采集参数设计思路为“两高、一宽、两小”，其中“两高”为高覆盖、高密度，高覆盖增强噪音压制效果，保证目的层的成像信噪比，同时增强波场充分采样和连续性；“一宽”为宽方位（全方位），增强横向预测、提高成像分辨率；“两小”为小面元和小组合接收，小面元提高资料空间分辨率，小组合接收有利于拓宽原始资料频带［4］。

2．1 激发参数设计

可控震源滑动扫描采集激发参数一般为1台1次，但需要确保1台1次单炮记录有一定信噪比。从分频扫描纪录（图2）上看，随着震台数增加，记录信噪比有所升高，但是变化不大，1台和4台单炮记录信噪比差别不明显，考虑该区小组合有利于拓宽频带和保持波场原始特性，因此震源激发参数为1台1次。在滑动扫描采集情况下，本炮谐波会干扰相邻单炮记录。线性升频产生的谐波会干扰到上一次扫描的单炮记录。谐波能量的强弱与滑动时间密切相关，因此在保证单炮基本能量的前提下，需要选择合适的滑动时间，即能够压制3次谐波，降低谐波干扰。本次设计两组滑动扫描震源之间距离360 m，扫描时间12 s，记录时间6 s，从不同滑动时间理论时频图和实际力信号时频图（图3）可以看出，滑动时间10 s就可以确保下一炮三次谐波的基波不受到上一炮一次谐波的基波干扰影响［5］。从不同滑动时间分频记录看出（图4），谐波干扰随着滑动时间的增加而减弱，在滑动时间8 s记录上，谐波干扰较强，滑动时间10 s的记录上，谐波干扰较弱，在滑动时间12 s的记录上，谐波干扰比较微弱，不影响有效波。因此本次三维滑动扫描时间确定为10 s。

图2 不同台次单炮分频（30 Hz～60 Hz）记录Fig．2 Different times seismic data frequency divider

图3 不同滑动时间时频图Fig．3 Frequency diagram at different sliding time

2．2 接收参数设计

图4 不同滑动时间自动增益单炮记录Fig．4 Different sliding time AGC of seismic data

由于本次项目是评价三维，要求资料具有较宽的频带。如果在野外一味地采用大组合压制干扰提高单炮信噪比，会严重损害高频弱有效信号，降低深层地震资料的分辨率［6］。基于此点，在野外主要以压制高频随机噪音为主，在室内资料处理时压制面波、多次折射等干扰。

图5 保护500 m目的层有效反射波的组合基距论证Fig．5 500m effective reflection to wave array length argument

图6 检波器接收组合图形及组合响应分析Fig．6 Geophone combination of graphics and combined response analysis

从保护500 m目的层有效反射波的组合基距论证图来看，保护主频45 Hz有效波，组合基距不能超过20 m（图5）。本次野外采集采用1串检波器“口”字形面积组合接收，接收因素：1串10个检波器“口”字型组合组内距：δx＝δy＝4 m组合基距：Lx＝8 m，Ly＝12 m（图6）。

2．3 滑动扫描高密度观测系统设计

工区地震地质条件有以几个方面特点：①上干柴沟组以上地层在北部抬升剥蚀，下干柴沟组和路乐河组沉积稳定；②地层比较平缓，结构较为简单，整体为两断夹一隆的断阶构造；③目的层埋深浅（平1井底1 350 m为基岩），最大埋深约2 000 m；④从平1井钻井情况来看，全井段共出现56次气测异常，较好地显示主要集中在E13、E1＋2，目的层深500 m～1 200 m；储层薄，全井解释油层12．5 m／5层，气层17．8 m／6层。根据空间假频、纵横向分辨率和防止偏移算子假频（图7）对面元的要求理论测算及空间假频实际资料综合分析，该区面元为15 m× 15 m比较合适。

图7 FK谱分析Fig．7 FK analysis

在低信噪比地区，在地震记录中次生干扰波比较发育且多表现为“随机干扰”的特性，因此采用统计规律来压制，根据统计性原理，可以得到如下关系：

式中：N为覆盖次数；ShotS／N为单炮记录信噪比；Section2S／N为期望剖面信噪比。

当剖面信噪比为8和面元为15 m×15 m时，根据以上公式测算出该区可控震源1台1次激发剖面覆盖次数应当不低于236次，可以满足目的层岩性储层预测需求。因此本次三维观测系统采用正交24线×160道×4炮，纵向观测：2 385 m－15 m－30 m－15 m－2 385 m，炮线距120 m和接收线距120 m；覆盖次数为240次，目的层纵横比为“1”，可以实现全方位采集［7］。从观测系统属性分布来看，炮检距分布及方位角分布都比较均匀（图8）。考虑可控震源滑动扫描的效率很高，在有限采集设备的情况下，采用“以炮代道”的方式设计了“块状”排列片代替常规的“束状”排列片，通过块状排列片设计实现了高密度、高覆盖、全方位三维观测［8］。7束联采，全排列接收，即观测系统从24线×160道×4炮变为30线×318道×28炮。通过超级块排列采集，大幅度提高覆盖次数，覆盖次数从240次提高到336次～1 280次。

图8 正交式24线×160道×4炮观测系统属性分布Fig．8 The distribution of observation system properties of 24L4S160T

3 滑动扫描的高效实施

3．1 高效采集施工设计

滑动扫描是多组震源同时施工，震源组之间相隔相等时间（滑动时间）启动，可以实现不间断连续采集［9］。平台三维震源施工先沿炮线方向横向采集，再沿检波线方向纵向换排。理论上，震源搬点时间需要（按时速5 000 m／h）32 s，其中包含移动30 m时间＝30 m／（5 000 m／3 600 s）＝22 s，震源提板时间4 s和震源降板时间6 s，每完成一次扫描需12 s，滑动时间为10 s，理论震源组数：（32 s＋12 s）／10 s＝4．4台；平均每炮换排时间＝3 600 s（4（120 m／5 000 m／s／28炮≈13 s（每组震源换排行驶距离为480 m，7束联放，每组震源放28炮就换一次排，把换排时间平均分配到每炮即为平均换排时间），弥补震源换排需要震源组数：13 s／10 s＝1．3台，则理想情况需要震源组数为6台。考虑到地形、震源操作手熟练程度、地表耦合等因素影响，增加2组震源来弥补实际施工影响。计划配备10组震源，8组滑动，2组备用。滑动扫描理论时效为3 600 s／10 s＝360炮／h，滑动扫描理论日效：可达5 000炮。根据工区实际情况，把工区分成南区和北区，8组震源分成两个大组分别负责南北两个区的采集，这样减少了震源换排时间，提高了滑动扫描施工效率。此外滑动扫描采集与常规采集在施工组织有很大的不同，前期工序准备工作要求非常高。本次三维前期准备工作有以下几方面工作：①培训与演练，聘请震源和仪器专家分别就仪器操作、质控软件及震源室内和野外培训，并进行实际演练；②地面电子设备检测及联机测试，确保地面电子设备全部合格；③扎实做好推路工作，确保震源震板与地面偶合，针对复杂乱包区，精心设计震源施工路线，并绘制路线图，以便施工人员高效施工；④为了确保减少收放排列不影响采集工作，提前挖好检波器埋坑及提前摆小线；提前深挖过路线坑，防止震源及机动设备压坏大线，影响采集正常工作。精细准备和策划是确保项目高质量和高效施工成功关键。

图9 震源组滑动扫描施工示意图Fig．9 Vibroseis slip－sweep construction sketch

图10 滑动扫描施工分区示意图Fig．10 Vibroseis slip－sweep construction zoning diagram

3．2 高效采集质量控制

滑动扫描地震采集具有高效率、海量数据的特点，常规的质量控制已经无法满足其需求，因此，滑动扫描有其对应的采集现场质量控制和室内地震数据检查方法。

3．2．1 现场质量监控

在现场质量监控方面，由于滑动扫描连续采集，仪器车无法进行纸质记录回放，现场单炮记录监控采用时实监控软件进行评价；通过DGPS（差分全球定位系统）和源驱动系统的使用，实现了可控震源激发点位的实时监控，避免了人工报桩号和仪器操作员选择关系文件的错误。

3．2．2 室内资料分析评价

1）单炮分析评价。采用专业分析软件由点到面，按单炮、线束、区块到全区进行逐级分析，进行采集资料的激发能量、目的层频率与资料信噪比等分析，快速、准确地检查评价原始单炮资料。

2）震源状态分析。利用Vib－QC对可控震源状态属性进行检查和统计分析，分析内容为两部分，一是可控震源参数状态分析，二是可控震源激发点位分析。

3．3 谐波干扰压制

由于可控震源的机械装置、震动装置和液压伺服系统的非线性，以及震板与大地的耦合效应，使可控震源在向地下传输扫信号的同时，不可避免地产生谐波干扰，因此谐波干扰的压制尤为重要［10－12］。

利用震源力信号，把基波H 1和各次谐波Hi（i＝2，3，4 ）分离后，可以得到在频率域的谐波预测算子：

在频率域，对信号应用谐波预测算子P，可以求得初至前的谐波N：

然后将求得的谐波干扰从上一炮相应位置中减去，从而达到谐波干扰压制的目的［13］。

4 应用效果

图11 谐波压制前后对比Fig．11 Slips－weep harmonic noise rejection

2012年柴达木盆地平台三维是柴达木盆地首个采用高密度、高覆盖、宽方位的可控震源滑动扫描高效采集项目，剖面品质较老资料有明显提高（图12）。解释含油气圈闭11个，提供井位3口，目前已实施2口，均获高产天然气，为柴达木盆地源外油藏勘探打开了新局面。平台三维项目仅用时7天，完成38 386炮，生产效率居国内同类项目第一，大幅缩短了勘探周期，且勘探费用仅为传统井炮项目的1／3，有效地控制了勘探成本。

5 结论

通过柴达木盆地平台地区可控震源滑动扫描高效采集三维项目的顺利实施与研究，得到了以下几点结论和认识：

1）采用高密度、高覆盖、全方位三维地震资料采集技术，是提高资料品质的有效方法。

2）随着油气勘探工作的深入开展，勘探节奏日益加快，传统的地震勘探项目从部署、采集、处理到最终提交解释成果，往往需要一年甚至更长的周期，难以做到当年的地震资料当年用，严重制约了油气勘探工作的整体步伐，而采用可控震源滑动扫描高效采集技术，则可以有效地解决这一难题。

图12 新老叠前偏移剖面Fig．12 Prestack migration section

3）随着经济和社会的快速发展，循环经济、清洁生产及可持续发展战略的进一步推进，实行绿色勘探迫在眉睫，可控震源滑动扫描高效采集技术“零污染”的优势是实现绿色勘探的有效途径，进一步推广和应用可控震源滑动扫描高效采集技术，具有现实意义。

4）随着物探技术的发展，逐步解决了可控震源滑动扫描高效采集技术地表要求较高、谐波干扰重、地面电子设备投入大等缺点，该技术在国内推广和应用的条件日渐成熟。

［1］ 魏国伟，张慕刚，魏铁，等．可控震源滑动扫描采集方法及应用［J］．石油地球物理勘探，2008，43（2）：67－69．

［2］ 魏铁，张慕刚，汪长辉，等．可控震源高效采集技术及在国际项目中的应用［J］．石油科技论坛，2012，31（2）：7－10．

［3］ 刘益成，陈联青，易碧金，等．可控震源滑动扫描记录信号分离原理分析［J］．石油天然气学报，2009，31（2）：50－52．

［4］ 冯 凯，和冠慧，尹成，等．宽方位三维观测系统的发展现状与趋势［J］．西南石油学院学报，2007，28（6）：24－28．

［5］ 黄建平，周学锋，郭军，等．滑动扫描记录中压制谐波干扰方法［J］．中国石油大学学报：自然科学版，2012，36（2）：81－85．

［6］ 王珂．检波器组合对高分辨率地震勘探的影响［J］．中国煤炭地质，2010，22（7）：61－65．

［7］ 屠世杰．高精度三维地震勘探中的炮密度、道密度选择—YA高精度三维勘探实例［J］．石油地球物理勘探，2010，45（6）：926－935．

［8］ 汪长辉，周 恒，张慕刚，等．可控震源高效采集技术在利比亚的应用［J］．石油地球物理勘探，2008，43（2）：94－97．

［9］ 刘金中，马铁荣．可控震源的发展状况［J］．石油科技论坛，2008，27（5）：38－42．

［10］Wu－XIANG C．Slide－Sweeping Harmonics Analysis［J］．Oil Geophysical Prospecting，2005，40（5）：493－499．

［11］蓝益军，张树慧，孟银龙，等．滑动扫描谐波的现场压制方法［J］．石油地球物理勘探，2013，48（4）：507－512．

［12］SICKING C，FLEURE T，NELAN S，et al．Slipsweep harmonic noise rejection on correlated shot data［C］．SEG Technical Program Expanded Abstracts，2009，28：36－40．

［13］MEUNIER J，BIANCHI T．Harmonic noise reduction opens the way for array size reduction in vibroseis operations［C］．S EG Technical Program Expanded Abstracts，2002，21：70－73．

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，工程师，长期从事地震数据采集、处理的研究和项目管理工作，E-mail：68324431＠163．com。

P 631．4

A

10．3969／j．issn．1001-1749．2014．05．15