2021-4-9 | 石油技术论文
在多年的勘探实践中，中国石油东方地球物理公司吐哈物探处通过大量的理论分析和现场试验，2005年和2006年在国内率先提出了可控震源拆分振次和交替扫描技术，在之后的几年中，发展并应用了拆分振次和交替扫描联合应用技术，2011年在国内又首次成功试验了滑动扫描技术，2012年利用KZ34重型震源和滑动扫描技术研究并应用了拆分台次技术。上述技术的应用，大大地降低了单炮激发成本，为高密度、高覆盖、宽方位三维地震勘探技术的应用提供了经济支撑。与此同时，也探索出了一套谐波压制和基于勘探目标的可控震源参数优化设计技术。这些技术的应用，大幅提高了生产效率，为观测系统优化提供了广阔的空间，使得高密度三维地震勘探技术得到工业化应用与推广，地震资料品质大幅提升，获得了良好的勘探成果。同时将这些技术应用到探区外的地震采集项目中，也见到了明显的效果。
可控震源高效采集技术
目前，国内可控震源高效采集技术主要有拆分振次技术、交替扫描技术和滑动扫描技术，这些技术已在国内油气勘探中得到普遍应用。
1.拆分振次技术
以往可控震源施工中，多采用4台8～12次振动，生产效率很低。根据叠加原理可知，不同路径共反射点的水平叠加（多次覆盖）效果优于相同路径多次振动的垂直叠加，根据近年来的生产实践和试验，笔者认识到振动次数对资料品质影响很小，而震源组合台数影响较大。在此认识和试验的基础上，提出了可控震源“拆分振次”的概念，即将一个炮点的多次振动拆分成多个炮点的一次振动（图1），同时适当增加震源组合台数，拆分后面元成倍缩小，炮点密度成倍增加，而激发成本并未增加，甚至还有所降低。这样，就较好地解决了方法和成本之间的矛盾。该技术2005年首次应用到了TH盆地油田开发地震项目中。
2.交替扫描技术
在常规可控震源施工中，当震源从一个点搬到下一个点期间，仪器就要等待，如果区内障碍物多，震源搬迁时间长，仪器等待的时间会更长，这样将大大降低施工效率。为此，笔者首次提出并应用了两套震源交替扫描的施工方法。交替扫描是指使用两组或多组震源交替作业，一组震源扫描时，另一组震源移动搬点，待第一组扫描记录结束后，第二组震源已经到位并开始扫描，这样就实现了仪器不间断记录，从而缩短了由于震源搬点带来的生产间隙停歇，大大地提高了生产效率。
3.拆分振次和交替扫描联合应用技术
拆分振次技术的应用大大降低了单炮的扫描时间，而震源搬点时间对施工效率的影响就凸显出来。为此，在拆分振次和交替扫描两项成熟技术的基础上，笔者把它们有机结合起来，成功地应用到勘探生产中，生产效率又上了一个新台阶，实现了平均日效678炮、最高日效1407炮的高效生产。2007年以后，该技术在油气勘探项目中得到推广应用。这两项技术的结合应用，填补了国内大吨位可控震源高效采集的技术空白，使国内可控震源施工效率取得了突破性进展，生产效率大幅提高。
4.滑动扫描技术
滑动扫描是一种更高效的可控震源采集技术，即使用多组可控震源同时进行作业，相邻两次震动时间间隔（滑动时间）原则上大于地震记录长度即可，与交替扫描相比，相邻的两次振动（扫描），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，压缩了相邻两次扫描的间隔时间，可成倍地提高生产效率，图2是滑动扫描原理及记录分割示意图。在滑动作业中，相邻两次的扫描间隔（滑动时间）一般较短，两次扫描之间存在重叠，产生相互干扰，即谐波干扰[67]。对滑动扫描而言，谐波干扰是客观存在的，但通过设计合理的扫描长度和滑动时间可以减弱谐波干扰。在一定的扫描长度下，滑动时间越长，谐波干扰越弱，但生产效率越低，当滑动时间大到扫描时间和听时间之和时，谐波干扰消失，这时就变成了交替扫描。图3是现场对比的不同滑动时间（6，8，10，14s）的相关记录，图4是与之对应的时频图。从图3可知，干扰主要来自相邻炮的二阶谐波，随着滑动时间的增加，谐波干扰逐渐减弱，在滑动时间6s的记录上，谐波干扰最强；在滑动时间8s的记录上，谐波干扰仍然很强；而在滑动时间10s的记录上，谐波干扰相对较弱，只是干扰到近道排列深层位置，从时频图上看（图4b），基波已经避开二次谐波干扰；滑动时间14s时，已经等于扫描长度，地震记录上谐波干扰很弱，只有近道震源机械干扰。综合效率和干扰水平，滑动时间10s在减弱谐波干扰和提高生产效率方面都是可以接受的。2011年，笔者采用全方位、高密度三维观测系统，综合应用上述可控震源高效采集技术，在国内首次实施了可控震源滑动扫描现场试验，生产效率显著提升，在80h时间内完成15288炮，平均日效3822炮，最高日效4560炮，生产效率是交替扫描的6～7倍。由于施工效率大幅提升，激发成本降低，全方位、高密度三维勘探技术具备了推广应用的条件。在2012年TH盆地SKS三维项目中，应用该技术，在国内首次实现了全方位、高密度、高覆盖（800次覆盖）三维勘探技术的工业化生产。该项目平均时效达到了4239炮，创造了国内可控震源的最高生产记录。
5.基于高覆盖次数的拆分台次技术
覆盖次数是提高资料品质的最有效方法之一，可控震源拆分振次后，适当增加了震源的组合台数来确保原始单炮品质。因此，拆分振次和滑动扫描联合应用后，要占用大量的震源设备，给生产组织和成本带来巨大压力。试验表明，多台震源组合激发较2台或单台震源激发的原始单炮信噪比有较大的提高，但并没有本质上的区别。剖面信噪比不仅受原始单炮品质影响，还与覆盖次数、干扰强度等因素有关。通过提高覆盖次数能够弥补原始单炮品质上的不足，并且提高覆盖次数也会在压制干扰和改善三维面元属性等方面带来更大优势，因此在大幅提高覆盖次数的基础上降低震源组合台数或采用单台震源激发，剖面品质也许会有所提高。根据这一认识，笔者提出了可控震源拆分台次概念，即将一个炮点由多台震源组合激发拆分成1台激发或2台组合激发，该技术在滑动扫描现场试验项目中进行了应用，试验中采用了1台1次14s扫描长度等弱化的震源参数，虽然原始单炮品质较差，但由于应用了更高的覆盖次数（900次），剖面信噪比和分辨率却明显提高，解决地质问题的能力远远优于常规方法获得的剖面，如图5所示。通过“拆分台次”技术的应用，在不增加震源设备的情况下，通过减少每套震源组合台数，增加了滑动扫描的组数，进一步提高了生产效率，配合高覆盖次数三维观测系统，既提高了资料品质，又降低了野外采集成本。