城区勘探中激发药量对地震数据品质的影响及处理对策——以中国东部某油田CY城区为例
苏世龙1,2, 贺振华1, 刘玉莲2, 张辉2, 谷延斌2, 郭伟2
1.成都理工大学 油气藏地质与开发工程国家重点实验室,四川 成都 610059
2.东方地球物理公司研究院 资料处理中心,河北 涿州 072750

作者简介: 苏世龙(1975-),男,高级工程师,在读博士,2003年毕业于石油大学(华东)勘探系,获石油地质油气藏形成与分布专业硕士学位,毕业后长期从事地震数据处理和解释工作。

摘要

为了解决不同药量激发对地震数据品质的影响,在室内处理中进行了系统的分析和试验,通过对地震数据的自相关统计、频率统计、能量统计等综合分析,找出激发药量与地震波特征的相关性,并在工区内采用点—线—面的分析方式说明激发药量变化对地震数据品质的影响。根据上述分析思路,在数据处理中,提出了量化分析与迭代处理等技术思路,应用时频域球面发散与吸收补偿、地表一致性振幅和地表一致性反褶积技术,解决了不同药量激发对地震数据品质的影响,得到了较好的处理效果,为CY城区老油田的增产上储提供了可靠的地震资料。

关键词: 城区勘探; 激发药量; 量化分析; 迭代处理; 数据处理; 地震数据
中图分类号:P631.4 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2015)06-1160-07
The impact of explosive excitation weight on the quality of seismic data analysis in city exploration and countermeasures:A case study of CY City in an oilfield of eastern China
SU Shi-Long1,2, HE Zheng-Hua1, LIU Yu-Lian2, ZHANG Hui2, GU Yan-Bin2, GUO Wei2
1.State Key Laboratory of Oil & Gas Reservoirs Geology and Exploitation,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China;
2.Data Processing Center,GRI,BGP,CNPC,Zhuozhou 072750,China
Abstract

In order to solve the influence of different doses of explosive excitation on seismic data quality,the authors analyzed and tested the seismic data in indoor processing.Using such means as autocorrelation statistics,frequency statistics,and energy statistics of the seismic data,the authors found the correlation of explosive excitation weight and seismic wave characteristics and,by way of point-line-plane analysis,revealed the changes related to seismic data quality.On such a basis,the authors put forward the quantitative analysis and iterative processing technology in data processing and,by application of spherical divergence and absorption time and frequency domain compensation as well as the surface consistent amplitude and surface consistent deconvolution technique,the authors solved the problem of the influence of different doses of explosive excitation on the quality of seismic data with relatively satisfactory processing effect.The results provide reliable seismic data for the increasing production of the old oilfield in CY City

Keyword: city exploration; explosive excitation weight; quantitative analysis; iterative processing; seismic data processing; seismic data

在城区地震勘探中采用炸药激发时, 药量的选择除分析常规的因素外, 还需要考虑工区特殊的表层条件及安全因素, 如附近居民区楼房结构与抗震能力、地下的供暖、供水管线、地下光缆分布情况等。在建筑物之间、地下管网之间布点激发, 必须在居民安全和激发质量两者之间权衡, 即在尽可能不降低资料品质的前提下, 使用较小的药量激发, 保证不对建筑物造成损害。

在中国东部CY地区的地震勘探中, 城区多个点上的激发药量试验结果表明:在建筑物密集区, 0.3~0.5 kg药量激发较为适宜, 在条件允许的区段仍采用常规的4 kg药量激发。笔者针对不同药量激发的地震数据, 在地震处理中进行了系统的分析和试验, 说明激发药量变化对数据品质的影响, 以及在处理中采取的针对性措施。

图1 不同药量激发的原始单炮记录

1 药量变化对地震数据品质的影响分析
1.1 激发药量分析

地震勘探中, 炸药震源在潜水面以下激发能够获得较好的原始记录, 这已是不争的事实。但在城区勘探时, 在研究现有激发技术的基础上, 还应进一步认识炸药类型、炸药量、激发岩性、激发深度与建筑物抗震能力的关系[1, 2, 3], 并研究炸药爆炸后能量的转化情况, 定量分析弹性波的有效下传能量, 尽可能地突出有效波, 提高采集数据的原始信噪比。

图2 不同药量数据的能量分析

选择CY地区的地震数据进行室内分析, 该区地表高程在138~154 m之间变化, 地表起伏不大, 但由于城区在勘探工区的中西部, 城区内只有采取小药量激发才能保证建筑物和居民的安全。试验条带内42%的炮点采用了常规的4 kg药量激发, 2 kg药量激发的炮数占13%, 分布很不规则, 1 kg药量激发的炮点占11%, 0.3~0.5 kg药量主要集中在城区。采集区的激发井深多在7~12 m之间, 且井深变化对数据品质影响不大。

图3 为归一化的频谱分析

1.2 特征量统计分析

为了研究激发药量变化对地震数据品质的影响, 选择激发井深相同且位置相邻的5个原始单炮记录进行时窗内的能量、频谱、自相关等特征分析, 这5炮记录的激发药量分别为0.3、0.5、1、2和4 kg。图1为原始单炮数据; 图2为5炮记录的激发能量曲线; 图3为归一化后显示的频谱分析; 图4为5炮记录对应的自相关函数。对比可知, 在试验区内, 药量变化是导致原始地震数据品质差异的主要原因。小药量激发的地震数据弱, 在0.3~4 kg的药量范围内, 记录能量与激发药量呈明显的正相关; 在优势频带内, 小药量激发的数据能量主要集中在20 Hz左右, 高频端(30 Hz以上)的能量衰减较快, 2~4 kg药量激发的数据频带相差不大; 从自相关特征分析, 药量小于1.0 kg时, 激发子波主频偏低, 大药量激发数据的子波频带宽, 主频较高。

图4 不同药量激发单炮记录的自相关分析

1.3 点— 线— 面分析

点分析:选择不同激发药量的原始单炮记录, 首先衰减数据中的异常噪声, 再进行带通滤波, 滤除高、低频干扰, 可以分析激发点的药量与炮集数据中反射波能量的关系。

线分析:选择一条炮线, 该炮线上激发药量变化从0.3~4 kg不等, 每炮取一个排列, 对该排列上目的层内的反射数据进行统计分析, 图5为一条炮线上的炮集统计自相关, 图上曲线分别为激发药量和反射波能量, 这样可以清楚地看出激发药量与地震波能量的对应关系。虽然在所选择的采集区内地震波的能量变化主要是药量差异造成的, 但也受近地表条件及其他采集因素的影响。

图5 炮线上不同药量激发单炮记录的自相关分析

面分析:图6a为试验条带内药量分布, 图6b为对应的炮集能量统计, 可以看出:在工区的中西部, 反射波能量的平面分布规律与激发药量的分布呈明显的相关性, 在工区的东南部, 受地表水泡的影响, 反射波能量较弱。因此, 在数据处理中, 首先要分析和消除药量变化导致的能量差异; 然后, 研究其他因素(接收条件、近地表条件的变化)的影响。

图6 药量和能量的统计分析(a— 药量分布; b— 能量分布)

2 针对性数据处理技术
2.1 地表一致性振幅补偿与时频域振幅处理

地表一致性振幅补偿是陆上地震数据处理中最为有效的振幅处理方法, 能够较好地解决近地表条件变化引起的能量差异。通过对CY地区的不同药量激发的原始地震数据的调查分析, 我们认为常规的地表一致性振幅补偿有其局限性, 即地表一致性处理的假设前提是数据中不含异常的强能量噪声, 不同频率的数据具有相近的衰减规律, 但CY城区的数据并非如此。虽然经过叠前噪声衰减, 但不同药量激发数据的各频率成分的能量衰减规律并不相同(如图3), 因此, 要对叠前去噪后的不同药量的数据进行时频分析。根据频率间的能量差异, 进行时频域振幅补偿处理, 以消除由于采集因素变化带来的地震数据能量的差异。

时频域球面发散与吸收补偿方法是根据地震波不同频率成分吸收衰减不同的特点, 通过时频域分频补偿的方法, 满足地震波传播规律, 实现在时频域点点补偿大地吸收衰减, 实现在时频域内不同频率补偿大地吸收衰减。该方法的特点:①克服现有常规球面发散与吸收衰减补偿仅能补偿随时间的衰减, 而不能补偿随频率衰减的问题; ②克服反Q滤波难以提供空变参数的问题; ③克服谱白化方法难以保持振幅的问题; ④克服反褶积方法不能点点补偿吸收衰减变化的问题, 克服反褶积方法不能在不同频率内补偿吸收衰减变化的问题。

图7为时频域振幅处理的道集显示, 与图1对比可见, 时频域处理不仅较好地补偿了大地吸收衰减的影响, 而且减小了不同药量造成的地震数据单炮间的能量差异。

图7 时频域球面发散与吸收补偿后的单炮数据

2.2 地表一致性反褶积

将激发药量对地震波的影响视为一种滤波作用, 便可以采取反褶积的方法处理。在这里选择实际生产中最常用的地表一致性反褶积方法消除炮集间的子波差异, 即利用谱分解法在频率域内分解对数谱, 求取炮点位置、检波点位置、中心点位置及与炮检距有关的振幅谱分量。假设滤波系统具有小相位特征, 就可以根据上述四个振幅谱分量构成滤波器的响应函数, 进而求取滤波系统的反滤波因子, 对数据道应用反因子, 实现了地表一致性反褶积。如果重点在于研究反褶积方法对不同药量激发的单炮记录的作用, 则可以在地表一致性反褶积参数中选择炮点项, 忽略其它项, 仅作炮域的对比分析。

2.3 分频分析与迭代处理

振幅与频率是两个反映地震波动力学特征中最具代表性的参数[4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]。对于不同药量激发的地震数据, 在频谱分析上其数据特点表现为不同频率成分在能量上的差异, 在频率域不同药量激发的数据, 其频率特征也有差异, 仅单独分析其中的一种参数已不能充分说明地震数据在处理过程中的变化规律。时频分析或分频分析[11, 12, 13, 14, 15]可以描述信号的频谱在时间上的变化规律, 建立一种分布, 以便能在时间和频率上同时表示信号的能量或强度, 能较细致地揭示地震数据的特征, 有助于处理人员更全面地认识地震数据在不同处理流程和处理技术中的特点, 采取更具针对性的措施, 提高结果数据的保真度。

图8 振幅补偿与频率拓宽迭代流程

在每一个处理步骤中, 针对区内不同药量的数据进行分频分析, 通过研究和对比, 确定了振幅补偿与频率拓宽逐步迭代处理流程(图8), 即:首先进行振幅补偿, 并采用反褶积的方法拓宽信号的频带范围, 再进行宽频带下的振幅补偿; 可进一步作反褶积处理与频率拓宽, 迭代处理后的数据在一定的频带内一致性明显增强, 不同激发药量造成的能量差异基本消除。

图9 迭代处理后的单炮数据(与图1对比)

图10 迭代处理后不同药量单炮数据的自相关函数(与图4对比)

在城区勘探中, 药量变化对原始地震数据的能量、频率、子波等特征都有不同程度的改变。针对CY地区不同药量的影响问题采用以上所描述的方法技术思路, 基本上解决了能量差异。图9为迭代处理后的单炮记录; 图10为单炮记录的自相关函数; 图11为单炮记录的能量分布曲线; 图12为归一化的频谱分析; 图13为迭代处理后数据的炮线自相关函数及能量曲线; 图14为迭代处理后试验区内所有炮点的能量分布。与处理前的相应图件对比, 可以看出, 采取了针对性的处理措施后, 取得了预期的效果。

图11 迭代处理后不同药量数据的能量分析(与图2对比)

图12 迭代处理后的频谱分析(与图3对比)

图13 迭代处理后单炮记录的统计自相关分析(与图5对比)

图14 地震数据能量统计(a— 原始数据能量统计; b— 处理后能量统计)

3 结论

1)在城区地震勘探中, 不同药量激发造成地震资料在频率和振幅上存在差异。通过试验分析, 确定了处理流程, 对不同激发药量采集的地震数据进行振幅补偿和频率拓宽, 使得能量均衡、地震子波一致性好; 在地震波的有效频带内, 基本上消除了激发药量变化对地震资料品质的影响。

2)在复杂地表条件下开展地震勘探工作, 必然会带来采集参数的多变, 如激发参数、接收参数、观测系统、炮检位置与设计位置的偏离等等。在地震数据处理中, 重点分析采集参数变化对原始数据的影响, 以消除采集参数变化对地震品质的影响。

3)在地震处理中, 选择合理的处理方法和流程, 采用定量化的方式, 对各个环节处理结果进行质量监控, 保证处理参数的合理性和有效性。

The authors have declared that no competing interests exist.

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