用于陆上宽频地震采集的设备及应用实例

宽频带、宽方位、高密度地震数据采集是近年地震勘探的重要发展方向,随着现代电子设备的可靠性大幅度提高,使得"两宽一高"采集技术得以推广应用。本文重点介绍陆上地震采集可控震源设备(Nomad系列)和数字检波器(DSU1-508)针对采集需求所做的技术改进,如何在保证生产效率、降低采集成本的前提下,使高密度采集成为可能,并满足深层勘探和高精度勘探的需求。通过分析高密度采集数据的处理结果并与常规采集效果进行对比,结果表明新一代设备在拓宽频带,提高分辨率的同时,极大地改善了成像质量。     

罗家单点高密度三维地震与效果

罗家地区位于济阳坳陷沾化凹陷西部,该区三维地震勘探始于20世纪90年代,先后实施了常规三维地震、二次采集三维地震、高精度三维地震,发现了中生界-东营组6套含油层系,属于中等勘探程度地区.现有地震资料虽然发现了多个构造为主的油气藏,但是难以满足勘探开发中后期红层、滩坝、浊积岩等储层描述和圈闭刻画的需求.2017年,在罗家地区部署实施了高密度地震,使用陆用压电单点检波器接收,采用小面元、宽方位、高覆盖的观测方式,炮道密度达到了357万道/km~2.单点接收地震资料具有保真度高、波场信息丰富、宽频带、宽方位的特点,针对单点高密度地震资料特点,应用相对保真的宽频宽方位处理技术,成像地震剖面纵、横向分辨率和保真度有了较大提高,对推动中国东部老油田开展三次地震具有积极的借鉴意义.     

苏里格气田可控震源高精度地震采集技术

鄂尔多斯盆地苏里格气田气层单砂体厚度薄,非均质性强,地层反射波能量和频率衰减严重,地震资料品质不稳定,资料分辨率较低．近年来当地推进生态环保工作,对以往的炸药震源作业模式存有疑虑,制约了本区的地震勘探进程．针对这些难点,本文从基于AVO分析的观测系统设计、基于低频可控震源的“两宽一高”采集技术、基于提高资料信噪比的组合接收技术等方面进行研究．运用模型正演、反射系数能量变化相对陡度、实际资料定性与定量分析,设计了可控震源施工观测系统方案．利用驱动幅度-频率曲线设计了低频信号,针对地震采集压制谐波干扰的方法进行了分析及试验．通过检波器组合试验分析,在信噪比相对低的地区采用检波器组合接收方式,能够提高地震资料的信噪比．采用可控震源高精度地震采集技术,获得了高密度、宽方位、高品质的地震资料．     

地震波衰减规律及其恢复方法

针对地面地震分辨率低,不能有效识别薄层储层、薄层地层等问题,本文通过地震波衰减规律的分析,提出了一种恢复地震波高频衰减获得宽频带地震剖面的方法,从而大幅度地提高了地震分辨率.应用双井微地震测井资料对松辽盆地地震波动力学特征研究表明,地震波衰减规律是在近地表低速层和近地表低速层的近震源区地震波高频衰减巨大,而在高速层地震波高频衰减很小.药量大近震源区地震波高频衰减大,药量小近震源区地震波高频衰减小.那么,近震源区和近地表低速层对地震波的衰减是地面地震资料频带窄、分辨率低的主要原因.据此提出了如下确定性反褶积方法,用双井微地震测井资料求取近震源区、近地表低速层和虚反射等滤波因子,用其对地面地震资料作确定性反褶积处理,从而恢复近震源区、近地表低速层等几种因素的地震波衰减,将大药量激发地表接收的地面地震延拓成小药量激发高速层接收的宽频带地震.应用该方法对松辽盆地优势频带宽5~90 Hz,视主频50 Hz的地面地震资料处理后,地震剖面优势频带宽达5~360 Hz,视主频达180 Hz,使常规地震剖面分辨率提高2倍.具体的说松辽盆地中部含油组合的地面地震分辨能力由9~15 m提高到3~5 m.宽频带地震剖面与160 Hz的人工合成地震记录对比符合的很好,表明其处理结果是正确.该成果在油气勘探开发中的油气储层预测、构造学研究、沉积学研究等方面有重要的意义.     

北京地震台gPhone重力仪同震响应特征分析

地震的同震响应包含了地震破裂及传播过程中的大部分信息,因此可用这些同震信息对地震震源的一些参数进行估计。2014年9~12月,马鲁古海发生5次M_S6.1~7.1强震,北京地震台的gPhone重力仪均有同震响应。本文从首波初至、地震频带响应、地震面波、同震变形幅度、同震持续时间等方面分析了重力仪的同震响应特征,并与STS-2宽频带地震计进行了波形对比分析。结果表明,相对于宽频带地震计,gPhone重力仪亦能提供丰富的由地震引起的地面运动信息,其首波初至、地震频带响应等与宽频带地震计有高度相似,且gPhone重力仪对长周期地震面波的响应很好,表现出其独有的特性。     

双宽地震资料在东海X气田河道砂体预测中的应用

东海X气田主力储层埋藏深、横向变化大,常规地震资料品质较差、分辨率低,满足不了勘探开发中日益精细的地质需求。采用三船四源斜缆的采集方式获得宽频宽方位的地震资料,其具有高分辨率、高信噪比、高保真度的特征。应用宽频宽方位地震资料高分辨率、各向异性的优势信息,结合叠前同时反演,求取分方位的河道砂体敏感弹性参数反演体,并且把垂直于河道走向的多个方位反演体进行叠加,从而进行河道砂体的精细预测。相比于常规地震资料,基于宽频宽方位地震资料的储层反演提高了河道砂体的预测精度,为东海X气田的滚动勘探与开发开采奠定了基础。      

用远震体波宽频带记录分析1993年10月2日中国新疆南部Mb6．2地震的震源过程

远震体波宽频带记录可以用来研究震源参数和破裂过程。利用宽频带地震记录的Ｐ波振幅，可以找到一种较方便地得到一次中强地震的震源机制解的计算方法。１９９３年１０月２日中国新疆南部Ｍｂ６．２地震是一个较为复杂的事件，利用宽频带波形资料和本文提出的一种简化的计算震源两个子事件相对位置的方法分析后认为，这次事件实质上是两次破裂的结果。Ｍｂ６．２地震事件发生前约２．３秒，有另一个小地震事件发生，两个事件之间的相对距离约为５．５ｋｍ，沿破裂面接走向以顺时针方向计，小地震事件相对于主破裂之间的方位是２９５°。对于以上提出的两种算法的结果，我们进行了宽频带地震波形正演拟合检验，证明了算法的有效性。新疆是个多地震地区，本文以新疆南部这次Ｍｂ６．２地震为中心，对方圆２００ｋｍ范围内的历史地震序列作了分析，并对这次地震的构造意义进行了讨论。     

可变频震源混合采集数据波场分离研究（英文）

常规混合震源采集方法中混合震源包含的子震源激发频率相同,勘探中每个震源须产生相应满时频带的信号,但一般情况下需要相当比较高的工业水准以激发和操作宽频带震源,合针对这一问题提出了可变频震源混合采集和分布式混合采集(Berkhout and Blacquiere,2011),混合震源中单震源间的频带和主频互不相同,其采集方式具有优势,但研究发现,当常规混合震源采集和可变频混合震源采集采用同样的混合震源编码和波场分离方法时,该新采集模式的分离信噪比比常规混合模式低。针对此问题,我们提出了适用于这种采集模式的波场分离方法,该方法是引入压缩小波变换对可变频震源混合采集数据进行波场分离,结果不但波场分离信噪比提高了,而且计算时间也是普通方法的1/3。     

宽频带地震学与中强地震破裂过程的研究

宽频带地震学是近年来地球物理学科的重要进展之一，现代的观测技术实现了仪器在很宽的频带范围内记录数字地震信号，宽频带资料含有更真实和更全面的震源和地下介质的信息，利用宽频带资料可以对广泛的地球物理问题进行研究，中强地震的破裂过程是一个非常重要的研究课题。利用宽频带地震学的分析手段，可以得到更加精细的破裂图象，未来的十年里，宽频地震学将会是地震学发展的一个主要方向。     

高分辨率地震成像研究--21世纪地震学发展的一个重要趋势

随着宽频带地震观测技术的不断发展,全球及区域数字地震观测台网的密度正在不断加大,用于流动地震观测的宽频带地震仪的数量将继续迅速增加。与此同时,宽频带数字地震观测资料的积累速率按指数增长,这意味着震源波裂过程及地球内部结构的高分辨率地震成像研究将成为２１世纪地震学发展的重要趋势。地震学与地球动力学研究的关系将日趋紧密,宽频带流动地震观测的作用和重要性必将与日俱增。     

高铁震源地震信号的稀疏化建模

我国每天有数千趟高铁列车运行在两万多公里的高铁线路上,不但会引起高铁路基的振动,还会激发出地震波.地震检波器所接收到的数据中不仅包含窄带分立谱特性的高铁震源地震信号,还包含宽频带特性的背景信号.如何实现从检波器所接收到的高铁震源地震数据中分离出高铁震源地震信号和宽频带背景信号是准确利用该类信号的关键.考虑到高铁震源地震信号与宽频带信号在频率域明显的形态特征差异,本文首次将形态成分分析这种信号分离手段引入到高铁震源地震信号处理中,实现高铁震源地震信号的稀疏化建模并进而实现从接收数据中分离出高铁震源地震信号以及宽频带背景信号.对北京大学在中国南方某高铁沿线采集到的大量高铁震源地震数据进行处理,结果表明:采用形态成分分析并结合分块坐标松弛算法,能够实现实际采集高铁震源地震数据中的高铁震源地震信号和宽频带信号的分离.     

西藏高原地区低频可控震源高密度宽线地震采集技术攻关与应用——以尼玛盆地低频可控震源采集为例

本文以西藏尼玛盆地二维地震勘探工程为基础,系统收集分析了西藏高原地区以往地震勘探成果及存在问题,在充分调研和分析研究基础上,结合该地区地形地貌特点及安全、环境保护需要,提出低频可控震源高密度宽线地震采集攻关试验方案,通过实施其攻关效果明显,地震剖面波组特征清楚,资料信噪比较以往有较大提高,不仅满足油气勘探的需要和地方安全要求,而且减少了地震勘探现场施工对环境的破坏,将有效推动西藏高原地区油气勘探进程.     

“两宽一高”地震资料的敏感方位油气检测技术在乍得潜山油藏描述的应用

潜山油藏由于具有较强的各向异性及地震资料品质的限制,油藏的油气预测一直是世界级的难题.虽然近几年"两宽一高"地震资料提供了更为丰富的地震信息,但如何利用"两宽一高"地震信息进行储层描述和油气预测目前没有统一的软件和规范的配套技术.针对乍得B盆地L地区花岗岩风化壳和裂缝潜山油藏,利用"两宽一高"地震资料的方位信息,根据不同方位振幅、频率信息的差异,攻关集成了基于"两宽一高"地震资料的敏感方位油气检测技术,该技术在潜山油藏描述中取得了较好的应用效果.这项技术是"两宽一高"地震信息应用的创新,对其他具有同样地质条件的地区具有借鉴意义.     

“宽频带、宽方位和高密度”陆上三维地震观测系统聚焦分辨率分析

近年来,"两宽一高"——宽频带、宽方位和高密度——三维地震采集技术极大地提升了地震勘探的能力和精度,在岩性油气藏地区取得了明显的应用效果,也对地震采集观测系统设计提出了更高的要求.如何在现有的成本限制和装备条件下,根据具体工区的地质地球物理条件来选择合适的"两宽一高"采集观测参数以实现最佳的勘探效益,已成为当前地震勘探中迫切需要解决的瓶颈问题之一.基于此,本文首先回顾了点绕射聚焦分析的基本原理,随后给出一种新的复杂介质多频率快速聚焦分辨率定量分析方法.基于该理论,我们以一个典型的陆上三维地震勘探采集方案和速度模型为例,系统地研究了"两宽一高"地震资料偏移成像分辨率随着关键采集参数的变化规律,给出了不同条件下分辨率的理论极限值及其所对应的采集参数的临界点值.此外,我们也提出了一种新的采集参数和子波频谱的交汇定量分析方法,进一步阐明了采集参数和子波频谱参数之间的定量关系,为复杂接收激发条件下采集观测系统设计提供了新的理论依据.     

大功率低频可控震源在主动源地震学中的应用

过去的20年里,俄罗斯在主动源地震学中一直使用大功率(40吨和10吨)低频可控震源。这种震源可产生频带为1.5～3Hz,3～6Hz,5～10Hz,出力高达100吨的可控震源。该震源的可移动类型出力为40吨,频带宽度为6～12Hz。100吨级可控震源激发地震波的传播距离可达到350km,折射波向下可穿透达50km深度。震源运行过程具有高度可重复性,其产生的信号频谱有"夏季"与"冬季"两种不同模式。在长地震剖面上可以通过地震频谱的变化来估计断层带的埋深,其他的应用主要有深地震剖面、地震危险性区划、结构检测、各向异性导致的应力变化研究、地震事件定位、大型建筑的完整性检测。附录中给出了大功率低频可控震源的理论描述和数值实例。     

基于格林函数理论的波场预测和鬼波压制方法

作为一种特殊的噪声,鬼波对一次波的波形及频带宽度产生极大的影响,鬼波压制是提高海上地震资料分辨率及保真度的重要因素.以格林公式为基础,详细论述了基于格林函数理论的鬼波压制方法,在不需要地下介质信息的条件下,进行地震数据驱动鬼波压制,并根据"Double Dirichlet"(双狄利克雷)边界条件,预测压力波场和垂直速度波场.建立了基于格林函数理论鬼波压制的处理流程,数值模拟和实际资料处理结果表明,基于格林函数理论鬼波压制方法在很好地去除鬼波的同时极大地拓宽了地震资料的频带,尤其提升了低频端能量,有利于后续资料的处理解释.     

保幅低频面波压制方法与应用

面波是陆地地震勘探中的一种强能量规则干扰,面波的存在对地震数据成像有很大影响,因此需要对面波予以压制.常规面波压制方法只考虑面波的强能量特性,很容易损伤面波频带内的有效信号,难以满足地震资料保幅处理的要求.在传统方法的基础上,本文提出低频弱信号保护的面波压制方法,该方法在有效地消除面波干扰的同时,最大程度的减少了低频有效信息的损失,提高地震资料的信噪比和保幅性,松辽盆地北部西部斜坡地区实际地震资料的处理表明,该方法是一种有效的相对保幅的面波压制方法,可为岩性油气藏勘探提供重要的基础数据,具有很强的实用性.     

利用直达波提取地震子波进行相关滤波

利用可控震源进行地震勘探时,通常都需要进行相关滤波,相关滤波结果的好坏取决于所选取的子波与有效反射波的相关性.海洋地震勘探常用的电火花震源激发能量通常可以调控,理论上,同一激发能量产生的震源子波应当是一致的,因此可以仿效可控震源资料的处理手段,对单道地震资料进行相关处理.但在复杂多变的海洋环境下,震源参数也要随勘探条件的变化而改变,采用理论计算或实验环境下获得的子波模型进行相关滤波往往难以达到预期的效果,需要寻找与实际勘探中激发的地震波相似度更高的地震子波.单道地震记录中直达波的能量较强,波形畸变较小,与震源子波较为接近.本文建立了一种利用直达波提取地震子波的方法,并应用到实际资料.实际资料的地震子波提取和相关滤波处理结果显示,利用直达波提取地震子波进行相关滤波能够有效地压制干扰波、突出有效波,提高了地震记录的信噪比.需要注意的是:1)提取子波的过程中要降低环境因素的影响,可利用统计平均的方法来实现;2)相关滤波时要根据实际处理效果的改善程度选择相关子波长度.     

粘滑过程中的多点错动

最近十多年来,通过高密度宽频带台网对许多地震的观测发现,一些大地震并非只由一个震源引起,在地震的瞬间可能有多个震源存在.例如汶川地震就曾经被拆解为多个顺序发生的次级地震.那么在实验室尺度上的粘滑事件可能存在类似于天然大地震的多震源或多点位错现象吗?本文从声发射和应变场两方面来分析粘滑过程中震源多点错动的现象,包括对粘滑事件的定位,近场声发射波的初动方位空间分布,应变场形态,快速滑动应变波振荡频率和失稳瞬间的应变增量初动方位空间分布等.     

速度、加速度检波器在超深层地震勘探中应用效果分析——以川南赤水地区为例

川南地区重要产气层之一的震旦系灯影组埋深约9000 m,以往多期地震勘探未能取得高品质资料,原因之一就是灯影组反射信息频率较低,而常规检波器(六串两并20DX-10 Hz速度型检波器)在低频段衰减严重,未能完整接收到地震反射信息.为得到深层高品质的资料,在川南赤水地区开展了不同类型检波器试验研究工作,首先研究了3种检波器(20 DX-10 Hz速度型检波器、自然频率5 Hz速度型检波器、单点陆用压电加速度检波器)的幅频特征,分析了不同检波器对低频信号接收能力的差异;对比测试了3种检波器对主频为25 Hz的雷克子波的波形、频率响应;结合实际地震资料,分析了加速度型检波器的实际地震资料在加速度域和速度域的频率特征;最后将加速度检波器地震资料转换至速度域,与其他两种速度型检波器地震资料对比分析得到以下认识:(1)加速度检波器具有宽频带特性,对提高分辨率较为有利,适用于勘探目的层相对较浅地区的高分辨率勘探.(2)加速度检波器地震资料在加速度域、速度域两种不同域的资料差别较大,前者积分转换虽然提高了低频段响应但频带变窄,不利于提高分辨率,生产中使用原始域数据更为合适.(3)野外实际资料表明,低频速度型检波器在保持常规20DX-10 Hz的勘探效果的基础上提高了低频段的响应,与加速度检波器转域后的低频效果接近,频带比加速度检波器转域后要宽,更加适合超深层地震勘探.