四川盆地強噪音環境下高密度地震采集技術實踐

耿 春,張曉斌,胡 峰,趙容容,胡善政,羅 文,熊晶璇,何 偉,段 卓

(1.中國石油 東方地球物理勘探有限公司 西南物探分公司,成都 610213;2.中國石油 西南油氣田分公司勘探事業部,成都 610057;3.中國石油 東方地球物理勘探有限公司 物探技術研究中心,成都 610213)

0 引言

近年來,隨著社會快速發展及城鎮化進度加快,交通路網日益增多,地震勘探整體環境噪音水平明顯上升,對資料采集的影響越來越大。隨著物探技術的發展,地震勘探已大規模應用節點儀進行盲采,而錯綜復雜的環境噪音,對采集過程質控提出了更大的挑戰。針對性評估不同干擾源對地震勘探各環節存在的影響,目前還未找到有效的技術手段。

隨著“集中勘探和效益勘探”技術思路實施,四川盆地地震勘探工作呈現快速增長,采集參數不斷強化,炮道密度從2018年的22萬道/km2提升到2021年的52萬道/km2,增幅136%,采集工區由于受疫情、禁采期、大型節假日等影響大幅壓縮,同時甲方對環噪的控制要求較高,要求每小時通過儀器車428XL系統拉取排列片動態日檢。除掉固定干擾批復道后,90%道的隨機環境噪音值必須低于某個門檻值方可進行采集。面對甲方嚴格的環噪控制要求,在滿足地質任務的前提下,通過技術手段論證環境噪音對地震資料的影響,找到質量與效率的平衡點,是在當前提質增效的大環境下,大家共同關注的焦點。

為此,在物探技術飛速發展,物探工作量節節攀升,采集環境錯綜復雜的大背景下[1],亟需對環境噪音進行深入研究分析,形成一套野外采集環境噪音分析技術,以適應四川盆地地震勘探采集環境的快速演變,為生產組織管理提供科學建議。

1 四川盆地地震勘探環噪控制現狀

1.1 環境噪音定義及量化

地震勘探中的環境噪音廣義上是指在地震資料采集時被檢波器接收,來自于工業生產、建筑施工、交通運輸和社會生活中所產生的一種外界干擾波(圖1、圖2),通常將接收道的噪音振幅值轉化為電壓值(μV)來衡量強弱程度[2]。而對于單炮而言,環境噪音強度主要從統計學角度來衡量其大小,主要規則是對單炮所有道的環噪微伏值進行從小到大排序,排名前90%處的門檻值即為該炮的環境噪音強度[3]。如圖3所示,該炮所有排列道90%環噪值都在5 μV以內,則定義該炮的環境噪音強度為5 μV。圖4為5 μV與20 μV環噪強度單炮的對比,可以看出,20 μV的單炮干擾強度及范圍更大。

圖1 社會生產中各種噪音

圖2 地震勘探的環境噪音

圖3 單炮環噪強度平面示意圖

圖4 5 μV與20 μV單炮對比圖

1.2 四川盆地環境噪音特征

四川盆地地域廣闊,地形多樣,有盆周劇烈起伏的地表,有川中平緩的丘陵地形。放眼整個四川盆地,由于川渝地區城市化的高速發展(圖5),城市不斷擴張,工業、新型農業、第三產業的不斷升級拓展,導致地震勘探整體環境噪音水平明顯上升,主要分為大鉆干擾、機械干擾、火車、汽車等交通工具干擾、大型城區、工業園區復合干擾,這些錯綜復雜的環境噪音,給地震勘探的部署和施工帶來了極大的困難[4]。

圖5 成都市34年城市發展變遷示意圖

從圖6可以看出,四川盆地地震勘探施工的主要區域環境噪音特征各不相同,川西地區主要是經濟發達的成都平原,該區域工業發達,人口稠密,社會活動多,環噪影響較大;川東與川北地區主要地形為高大山體與丘陵平原區交錯,山體區環噪強度低,主要干擾為風干擾,丘陵平原區鄉鎮、路網發達,環噪影響大;川南地區工業園區較多,縣城、村鎮星羅棋布,該部分區域環噪影響較大,其他區域環噪強度較低。從圖7可以看出,強環噪區域主要為50 μV以上干擾較多,其它區域大部分在10 μV以內。

圖6 四川盆地主要障礙物分布圖

圖7 四川盆地川東地區環噪強度圖

1.3 四川盆地地震環境噪音控制現狀

四川盆地地震勘探對環境噪音進行嚴格的控制,目前主要分為采集前期的全面干擾調查,施工過程中分類管控。在前期干擾源調查中,主要通過布設節點儀進行全工區的干擾源調查。如川東某三維項目,全工區采用接收線8抽1,接收點4抽1的方式進行干擾源調查(圖8、圖9)。

圖8 川東某三維環境噪音調查情況圖

圖9 川東某三維環境噪音強度變化折線圖

對全工區進行環境噪音調查,獲得每個點在不同時間段的環境噪音強度,通過對其進行統計分析獲得不同時間段環噪的變化折線圖(圖9),從圖9可知,該工區環境噪音較低的時間段為20:00～7:00,為此來確定合適的采集時窗。

采集施工過程中,對環境噪音進行分類管控,主要措施是通過428XL有線設備實時獲得動態日檢,從動態日檢中獲得排列的環境強度,低于某個門檻值時方可進行采集,同時生產過程中對可控干擾加強協停工作,通過分類的管控措施,力爭在低環噪條件下進行采集。

2 環境噪音影響分析

綜合考慮四川盆地區域位置、勘探目標、地面地質條件等因素,選取了該探區具有代表性和分析價值的3個地震項目(川東的HC三維、川中的SN三維、川南的LWC三維)進行環境噪音影響分析。

2.1 對單炮評價的影響

對于外界干擾,盆地內地震勘探對單炮資料評價的評價策略是:接收排列內單道噪音值超過34 μV評價為干擾道,干擾道/接收道≥1/24,則降級。從圖10、圖11可以看出,單炮環噪值在15 μV以內,對單炮降級影響較小,當環噪值達到20 μV以上時,單炮降級比例出現明顯拐點。

圖10 LWC三維工區環噪平面圖及降級比例圖

圖11 HC三維工區環噪平面圖及降級比例圖

2.2 對處理解釋的影響

2.2.1 HC三維

選取HC三維環噪強度為30 μV的單炮進行分析,從圖12可以看出,該炮因為干擾強度大,遠、中、近排列都受環噪影響嚴重,環噪強度最大的道達到了1 000 μV以上,盡管強環噪對單炮資料面貌影響較大,但通過常規的去噪手段,大部分噪音可有效去除,對單炮資料品質影響較小[5]。

圖12 受環境噪音影響單炮去噪前后對比圖

選取Rline2170處理剖面進行分析(圖13),該條線位于工區中部,呈東北、西南走向,東北邊靠近華鎣城區,干擾強度較大,單炮環噪強度主要為30 μV～40 μV,向西南方向延伸主要分布場鎮、道路等干擾,單炮環噪強度主要為5 μV～15 μV不等,從圖13可以看出,30 μV～40 μV環噪在純波剖面上表現較強,對資料面貌影響較大,但經過處理后,30 μV～40 μV環噪能夠得到有效去除,對剖面成像影響微乎其微。

隨著近幾年采集參數不斷強化,炮道密度逐年增加,從圖14可以看出,在覆蓋次數較低時,強環噪對疊加剖面影響較大。但隨參數的強化,覆蓋次數增加到滿覆蓋255次時,30 μV～40 μV以內的環境噪音得到了有效壓制[6]。

圖14 HC三維 Rline2170不同覆蓋次數最終剖面

2.2.2 SN北三維

針對環境噪音缺少定量的環噪樣本,衰減效果定量分析困難的現狀,筆者采用了噪音回加技術來考察各類環境噪音是否有效衰減(圖15)。即采用去噪后的噪音數據定量放大或者縮小能量級別后回加到原始數據中去,再對該數據進行去噪處理,考察去噪效果,從而確認噪音能夠有效衰減的門檻值。

圖15 噪音回加技術示意圖

利用SN三維項目資料,采用噪音回加技術進行分析,從5 μV～40 μV環噪水平疊加剖面來看,不同強度環境噪音都得到較好壓制,剖面上無明顯差異(圖16)[7]。

圖16 不同環境噪音去噪后水平疊加剖面

從圖17可以看出,環噪強度較低時(小于35 μV),信噪比總體水平相當,當微伏值達到35以上時,去噪后信噪比略有降低[8]。

圖17 不同微伏環境噪音去噪后信噪比平面分布圖

從圖18、圖19可以看出,在高道炮密度采集條件下,經過疊加、偏移的振幅加權后,會使外界隨機干擾的影響大幅降低,40 μV以內引起的信噪比、波形特征、數據振幅切片差異基本可以忽略[9]。

圖18 不同微伏環境噪音偏移剖面段

圖19 不同微伏值偏移剖面數據振幅切片效果分析(1 400 ms)

3 結論

隨著物探采集技術發展和采集環境演變,四川盆地地震勘探發生了翻天覆地的變化,通過對盆地不同區域環境噪音特征及實際資料分析可以得出以下結論:

1)隨著城鎮化進度加快,地震勘探面臨的環境噪音影響愈發嚴重,目前主要的噪音源為道路、城鎮、機械等,強度為幾十微伏到幾百微伏不等。

2)從盆地不同區域三個工區資料的單炮評價及處理解釋角度分析可以看出,20 μV以內的環噪對資料評價影響較小,40 μV以內的環噪對資料處理解釋影響較小。綜合考慮,建議盆地內環噪控制門檻值為20 μV。

3)節點儀已經在生產中大規模成熟應用,炮道密度不斷提高,環境噪音不再是制約資料品質的關鍵因素,在采集過程中,應該根據工區實際情況,針對性進行環境噪音的調查及監控,做到分區分時采集,在保證質量的前提下,提高生產效率。

同時建議在以下兩個方面繼續開展研究工作:

1)目前采用均勻的稀疏排列對工區環境噪音進行調查及監控,如何針對工區噪音特征采用更加有效排列布設方案,需要進行深化研究。

2)目前環境噪音對資料的影響分析,還停留在噪音能量方面,如何論證不同類型、不同范圍大小的噪音對資料的影響,還需要在下一步工作中加強。