盒子波调查技术在六盘山黄土塬区的应用分析
潘家智, 许孝坤, 何京国, 宁鹏鹏, 叶春学
中石化石油工程地球物理有限公司 胜利分公司, 山东 东营 257100

作者简介: 潘家智(1973-),男,汉族,山东武城人,高级工程师,长期从事地震采集技术方法的研究工作。

摘要

六盘山盆地被巨厚的黄土所覆盖,是表层和深层双复杂区域。巨厚的黄土和复杂的地形条件使该区干扰波非常发育,严重影响了地震资料的信噪比。为了有效调查该区干扰波发育特征,并进行针对性地压制,通过盒子波调查技术在该区的应用分析,提出了和生产结合进行盒子波调查的有效方式,克服了静校正问题对盒子波调查数据的影响。针对两种地形条件下的盒子波资料,分析了在不同地形和表层条件下干扰波场的变化,认为影响浅层和中深层信噪比的干扰波特征存在差异;并通过组合压噪效果分析,提出对不同深度勘探目标进行针对性压噪的组合接收方式,提高了六盘山地区巨厚黄土塬勘探区目标层采集资料的信噪比。

关键词: 六盘山黄土塬; 盒子波; 干扰波场; 组合压噪
中图分类号:P631.4 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2015)01-0104-09
An analysis of applying the box wave survey technology to the Liupan Mountain loess tableland area
PAN Jia-Zhi, XU Xiao-Kun, HE Jing-Guo, NING Peng-Peng, YE Chun-Xue
Shengli Branch Company,Sinopec Petroleum Engineering Geophysical Co.,Ltd.,Dongying 257100,China
Abstract

The Liupan Mountain basin is covered with thick loess,and is hence an area with complex surface bed and deep bed.Great thickness of loess and complex landform result in extremely well-developed interference waves in this area,which seriously affect the signal-to-noise ratio of the seismic data.In order to investigate the development characteristics of the interference waves in this area and conduct effective directed suppression,the authors,through an analysis of the application of the box wave survey technology in this area,put forward an effective way of box wave survey in combination with production,which can overcome the effect of static correlation on the data of box wave survey.In the light of the box wave survey data obtained from two landform conditions,the authors analyzed the variations of the interference field waves under the conditions of different landforms and surface beds,and found that the characteristics of interference waves that affect the shallow beds and the middle-deep beds are somewhat different.Through the analysis of the combined noise-suppressing effects,the authors put forward the combined receiving type for conducting directed noise-suppression suitable for exploration targets in different depths.The results achieved by the authors have improved the signal-to-noise ratio of the data collected from the target bed of the Liupan Mountain great thickness loess tableland area.

Keyword: Liupan Mountain loess tableland; box wave; interference wave field; combined noise suppression

六盘山盆地东临鄂尔多斯地块, 被巨厚的黄土所覆盖, 和鄂尔多斯盆地腹部的平缓地层不同, 该区勘探目标为断裂、逆冲推覆构造发育的中深层, 因此该区是表层和深层地震地质条件双复杂的地区。黄土塬区的地震勘探技术长期以来一直被认为是“ 世界级” 难题, 一是复杂的地表条件, 施工困难; 二是复杂的地貌类型, 川、梁、峁、坡、沟并存; 三是复杂的表层条件, 厚度大、干燥、疏松、孔隙度大, 吸收衰减严重, 造成激发接收条件非常差, 各种干扰波非常发育, 地震资料信噪比极低[1, 2, 3]。针对以上难点, 地震勘探工作者已经进行了多方面的地震采集攻关研究, 主要集中在激发和观测系统的研究上, 采用超深井、多井大组合基距激发、二维宽线、弯线采集等[4, 5, 6, 7], 取得了比较好的效果, 但在接收压噪方面的研究比较少。针对黄土塬复杂的干扰波场, 常规的“ 十” 字和“ L” 型排列干扰波调查方法已不能全面反映其特征, 在西部羌塘、下扬子地区及东部LJ地区的采集中, 通过盒子波技术调查干扰波类型, 进行针对性的组合接收设计, 应用效果显著[8, 9, 10], 而在黄土塬区的盒子波技术还没有深入的应用研究[11]。笔者针对六盘山黄土塬地区两种不同地形条件下的盒子波调查资料的分析, 提出对盒子波技术在黄土塬应用的一些见解, 为今后在该类区域的地震勘探设计提供借鉴, 以提高黄土塬区地震采集数据的信噪比。

1 盒子波观测方案设计思路[12]

盒子波调查方法是应用方位角或面积切比索夫加权组合进行雷达分析来掌握和了解干扰波的特征, 利用切比索夫面积组合法进行检波器组合方式的分析和比较, 确定有效的检波器组合方案来压制干扰波, 提高地震采集资料的信噪比。盒子波观测方案的设计基于对工区干扰波特征参数了解的基础上进行, 根据两种不同地形条件下调查的干扰波特征参数(表1表2)进行方案设计。

表1 川区干扰波特征参数统计
表2 沟壑区干扰波特征参数统计

该设计方案的三项原则是:

(1)方形排列单元的长度(Lx)和宽度(Ly)大于高频噪声(水平方向)的一个波长或主要噪声(如折射波、面波)水平方向波长的四分之三, 这样可确保在水平切片上至少能看到完整的半个波长; 若条件允许, 使LxLy最好大于主要噪声的一个波长。按照此原则, 参考本区的主要干扰波, 方形排列的边长选择了90 m和120 m, 分析大组合对复杂干扰的压制效果。

(2)接收点间距d为方形排列干扰波调查的空间采样间隔, 必须满足在高频噪声的一个波长范围内至少有3~4个采样点, 这样才能确保不会出现空间假频; 同时考虑环境噪声的相关半径在4~6 m左右, 为分析环境噪声的传播特征, 间距选择小于相关半径, 间距为3 m。

(3)炮点距Si的选择必须满足有效信号在共接收点域不产生假频, 即

Si=vsmin/(2fmax)

式中:vsmin表示有效波信号的最小视传播速度; fmax为有效波最高频率。一般应为实际观测系统设计的道距, 根据以上计算结果, 炮点距选择30 m。

根据以上盒子波设计的三项原则, 结合主要的地形情况, 设计了川区和沟壑区两个位置盒子波观测方案(图1表3)。

图1 盒子波观测方式示意
a— 川区; b— 沟壑区

表3 盒子波观测参数统计
2 影响盒子波调查效果的因素分析
2.1 激发因素的影响

黄土塬区不利的激发条件是影响盒子波采集效果的重要因素。为了在进行盒子波调查和资料分析时更符合实际情况, 激发源与生产时一致。以川区的盒子波资料为例进行分析, 该段表层厚度达到了50 m, 但激发井深采用了30 m, 药量16 kg, 由于在低降速层中激发, 造成了近炮点激发的低频能量强(图2中1段和2段), 中远炮检距的单炮由于距离长, 衰减严重, 能量非常弱, 使环境噪声非常突出(图2中3段), 在分析时不能辨别激发产生的次生干扰的特征, 同时在进行组合压噪分析时, 就不能很好地分析组合对激发产生的各种干扰的压制效果。

2.2 静校正因素的影响

在选择盒子波接收位置时, 可以选择一个平缓的塬地。由于黄土塬区地形起伏剧烈, 炮点跨度大、高差大、近地表结构变化大, 存在比较大的静校正量。因此, 在形成组合记录时, 造成初至时间错落不一, 炮间干扰波波形错乱, 波组特征不一致(图3), 不利于干扰波特征的分析。而盒子波观测系统又不能进行很好的静校正量计算, 所以, 要结合实际采集测线, 利用其单炮作为盒子波的激发炮点来进行静校正量校正, 可以消除静校正的影响, 有利于波场特征的准确分析。

图2 盒子波1共接收段记录

图3 盒子波2共接收段记录

2.3 炮点激发差异的影响

由于激发条件差异, 造成不同炮的信噪比、能量、频率、激发产生的伴生干扰都存在差异, 从而影响组合分析效果。从图2图3可以看出, 每一炮产生的折射波、折射多次波及面波的特征差别比较大, 干扰波场复杂, 采用同一种组合方式很难有效压制这种复杂的干扰波场。所以, 在利用盒子波资料进行组合压噪分析时, 应根据不同炮点的综合干扰特征具体分析, 优选综合压噪效果好的组合方式。

3 盒子波调查资料的应用分析
3.1 环境噪声

通过方形排列盒子波录制环境噪声, 进行环境噪声传播方向等参数的分析。图4是川区的环境噪声分析结果。由于川区各种工农业设施密布, 如公路、高速公路及铁路、村镇等各种复杂的干扰源, 噪声能量比较强, 相关性强。通过两个不同方向排列的记录分析, 主要干扰噪声具有一定的方向性; 横向排列记录显示(图4a), 记录到的噪声传播时差不大, 而纵向排列记录的噪声存在比较大的时差(图4b); 同时, 根据盒子波雷达图(图4c)也可以看出, 噪声能量主要的传播方向为90° 和270° , 如果要压制强烈的环境干扰, 组合方向应垂直于川的走向。

3.2 不同表层条件下干扰波特征

不同表层条件下激发产生的干扰波变化也很大。以盒子波2为例, 抽取盒子波排列中和炮点线同一方向的连续10道, 道距3 m, 按照盒子波炮点的偏移距顺序将其拼接在一起, 形成共接收段道集。从道集上看, 不同地点激发的频率变化比较明显, 低频区域主要分布在沟中比较低的部位和坡上, 这些部位往往是次生黄土堆积的区域(图5a)。分别选择三个有代表性的炮点(16、68和97)进行频谱分析(图5b), 在次生黄土区域激发(炮号68)主频极低, 在6 Hz左右, 而在原生黄土区激发(炮号97、16)的主频高, 分别达到23 Hz和15 Hz。图6是以上三个点的雷达图分析结果, 在原生黄土区激发, 强

干扰速度范围窄, 主要来自炮点方向(图6a、6c), 而在次生黄土区域激发, 强能量的干扰速度范围更广, 产生的侧面干扰能量更强(图6b)。因此, 在黄土塬有效地选择激发点位, 避开次生黄土区, 可降低干扰的影响。

图4 纵横方向环境噪声及雷达图分析
a— 纵向环境噪声; b— 横向环境噪声; c— 环境噪声雷达

图5 盒子波共接收段道集记录(a)及频率分析(b)

图6 盒子波中三个不同炮点的雷达图分析
a— 炮号97雷达图, 原生黄土激发; b— 炮号68雷达图, 次生黄土激发; c— 炮号16雷达图, 原生黄土激发

3.3 不同地形条件下干扰波特征

图7图8分别是盒子波1检点叠加道集的第7道和盒子波2检点叠加道集的第8道不同时窗的雷达图分析, 可以看出, 在炮检距近似、所取时间点相同的情况下, 川区的干扰波以沿排列方向(或炮点方向)为主, 其他方向的强能量干扰较少(图7, 表4); 而黄土沟壑区的干扰波波长比较复杂, 方向和速度多变, 侧面的干扰非常发育(图8, 表4), 在3.0 s和4.0 s左右有6组比较强的干扰波, 除干扰波4接近沿测线方向传播外, 其他五组干扰波均为侧面方向的干扰, 并且是以低速的干扰为主。

图7 川区盒子波1第7道不同窗口雷达

图8 黄土沟壑区盒子波2第8道不同时窗雷达

表4 两种不同地形盒子波雷达图分析特征参数对比
3.4 干扰波与时间、空间的关系

图9显示了盒子波2道集中不同接收道(或不同激发点的道组合)在不同双程时的波场变化情况。可以看出, 在双程时1.5 s以前的雷达图, 以来自炮点方向、沿测线传播的干扰为主; 而在双程时1.5 s以后, 波场比较复杂, 侧面波场比较发育。从以上分析可以得出, 如果针对1.5 s以上的浅层目标, 应压制沿测线方向的干扰, 而对于1.5 s以下的深层反射, 应以压制侧面的干扰为主。

图9 黄土沟壑区盒子波2不同接收道不同时窗雷达

3.5 组合压噪分析

从组合的方向特性分析[13], 沿排列方向的组合检波对来自垂直排列方向的干扰波往往无能为力, 因为, 此时视速度通常很大甚至接近无穷大。由于此类干扰波的相邻道的时差非常小, 一旦这种干扰波进入记录中, 即便经过室内去噪处理也无法根本消除[14], 因此, 应采用针对性的组合方式进行压制, 下面利用盒子波资料抽取道集[15]进行横向和平行组合压噪效果的对比。

图10图11分别是抽取盒子波1(川中)数据中横向和平行两种组合方式的不同组合基距进行对比。可以看出, 随着组合基距的增加, 横向组合方式的浅层和深层信噪比均得到提高, 在1.8~2.2 s和3.0~3.2 s均可见到有效反射(图10); 从四种平行组合方式来看(图11), 随着纵向组合基距的增加, 浅层的信噪比提高, 纵向基距达到66 m可以见到1.8~2.2 s处较清晰的有效反射, 但没有见到3.0~3.2 s处的有效反射, 和横向组合相比, 其深层的信噪比明显要低。

图10 川区盒子波1抽取的横向组合不同基距对比

图11 川区盒子波1抽取的平行组合不同基距对比

图12图13分别是抽取盒子波2(沟壑区)数据的横向和平行两种组合方式的不同组合基距进行对比。总体来看, 横向组合对侧面的干扰压制较好, 而平行组合干扰波场杂乱、发育。局部对比, 随着横向组合基距的增加, 横向组合在红框范围内的线性干扰逐步减弱, 当基距达到120 m 时, 红框内的线性

多次干扰形态特征已不明显, 并且在1.4~1.8 s呈现多组的有效反射(图12)。而平行组合虽然随着纵向组合基距的增加, 有效反射增强, 但当基距达到120 m 时, 红框内的多组线性干扰特征相比横向组合要明显得多, 因此, 其压制效果要差(图13)。

图12 沟壑区盒子波2抽取的横向组合不同基距对比

图13 沟壑区盒子波2抽取的平行组合不同基距对比

从以上分析来看, 平行测线的组合方式有利于压制浅层线性干扰, 改善浅层的信噪比, 对深层改善不利, 而垂直测线组合方式有利压制侧面的干扰, 改善中深层的信噪比, 且应采用大的组合基距, 至少达到50~60 m。

采用垂直测线组合方式, 5 m× 22 m、5 m× 44 m和5 m× 55 m三种组合基距进行段试验对比, 从初叠剖面对比来看(图14), 5 m× 55 m组合基距有效提高了深层资料的信噪比, 中深层有效反射清晰。

通过以上分析可以看出, 川中测线方向的次生干扰比较发育, 但是侧面的环境强干扰更是压制的主要对象; 而黄土塬沟壑区, 浅层受沿线的干扰比较大, 而在中深层侧面的次生干扰更加发育。因此, 在六盘山地区, 针对中深层勘探目标, 采用垂直测线大组合接收方式能够有效提高信噪比。

图14 三种垂直测线不同基距组合方式段试验剖面对比

4 结论

(1)盒子波调查技术在巨厚黄土塬区受到激发条件和静校正的影响, 采取生产和波场调查相结合的方式, 可有效地克服激发因素不合理的影响, 解决难以进行静校正处理的难题, 取得能够反应实际采集中干扰波场特征的有效调查数据, 保证分析结论的准确性和针对性。

(2)六盘山黄土塬区表层的复杂性造成了干扰波场非常发育, 利用盒子波调查技术能够有效地调查干扰波场的分布。

(3)针对浅层目标, 应以沿测线的组合方式为主, 对于六盘山地区的中深层勘探目标, 采用横向大组合压噪效果更加明显。

The authors have declared that no competing interests exist.

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