大面积三维地震勘探技术及其在东海的应用.pdf

大面积三维地震勘探技术及其在东海的应用 牛华伟刘金水 ( 上海海洋石油规划设计研究院) 摘要本文详细介绍了多源、多缆三维地震勘探方法和单源、单缆三维勘探方法的不同 点，并以东海的一个实例说明了其应用效果 1 引言 众所周知，地震勘探是寻找油气田的重要方法之一在地震勘探发展的初期，采集、处 理和解释工作主要局限于二维在二维地震勘探中，所有的公式推导都假设地下的构造形态 仅在一个垂直深度的方向上变化实际上，地下的构造形态是三维的对于简单背斜这样的 油气藏，二维地震起到了很好的作用但是，由于二维地震勘探在理论上存在的局限性，使 其解决复杂构造的能力受到限制 随着勘探工作的进一步深入，复杂构造的寻找，例如断块圈闭、岩性圈闭等的寻找都迫 在眉睫，这就要求科学家从理论上寻求突破，同时导航定位、计算机等相关技术的发展也给 三维地震的出现提供了可能 2 0 世纪7 0 年代，世界上开始出现了三维地震，并由于其显著的勘探成果而迅速在世界 范围内推广由予种种原因，直到8 0 年代在我国才出现三维地震的尝试由于海上工作的 特殊性，海上三维勘探工作出现更晚在国家“七五”攻关项目中，明确提出了“复杂构造 海上三维地震勘探技术研究”的课题，课题中提出了从资料采集到处理解释等一系列子研究 课题，并以东海某油气田作为主要攻关目标。

通过此攻关项目，形成了一整套技术并在东 海相继开展了一系列三维勘探工作，为国家提供了一大批储量 但是常规的三维勘探具有很大的局限性首先是成本太高，在2 0 世纪9 0 年代初期，每 平方千米的投入就高达七千美元左右为了节约成本，在三维勘探部署时，不得不将勘探范 围控制在构造的主体部位，从而使构造的整体详细评价受到限制同时还会造成不同三维的 相互拼接，给处理和解释带来麻烦 另外由于相关学科技术发展的制约，采集方法局限于单源、单缆，工作效率很低，正是 基于提高效率、降低成本这个出发点，才提出了大面积三维地震勘探，准确地说应该称之为 多源、多缆三维地震采集技术和船载数据处理技术该技术首先由P G S 公司在2 0 世纪9 0 年代初提出，它首先将拖缆的根数扩展为6 ～8 根，并大量的开展多用户三维地震采集，将 三维地震的成本单价降到二维的水平目前单源和单缆的三维采集技术基本已被淘汰，多源 和多缆采集技术已非常成熟，并且在地震勘探中起主导作用 2 大面积三维地震勘探技术的特点 目前三维地震勘探的面积越来越大，以前的三维勘探一般为2 0 03 0 0 k i n 2 左右，现在 几千平方千米的三维地震勘探项目并不少见，究其原因主要是因为勘探成本的降低和工作效 2 3 3 率的提高。

下面主要介绍单源船、单缆采集和多源、多缆采集技术的区别 2 ．1 震源系统 相对于单源单缆地震采集，震源本身并无太大变化，只不过震源的个数从原来的一个变 为两个，这就要求对气枪控制器的控制功能作相应的修改，两个震源交替放炮同时在数据 的记录格式上作相应的修改，要求专门留固定字节记录枪的标志号( ．S o u r c eM a s k ) ，以便解 编时机器可以分辨炮和震源的对应关系 2 ．2 电缆扩展 我们知道，最初三维地震仅拖带一根电缆，电缆从船尾中部放出为了船舶一次航行时 能取得尽可能大的覆盖面积，要求电缆数量越多越好，技术的发展也是如此，单船拖带电缆 的根数从一根变为2 缆、3 缆、4 缆⋯⋯，直至目前的多达1 6 缆我们可以简单计算一下， 以4 5 0 0 m 电缆长度、8 缆计算，拖带电缆的长度可达3 6 0 0 0 m 再加上3 0 ％的备用电缆，则 总计为4 6 8 0 0 m 如此大量的电缆不单要求地震船有足够的电缆绞盘和存储空间，也要求有 足够大的马力目前的地震船的外形看起来像一个三角形，船尾工作平台的宽度可达4 0 m ， 二亡作平台本身也从单层变为双层船舶动力更是可高达上万匹马力。

由此看来，船舶制造技 术的发展也是地震发展必不可少的基础我们可以设想一下，8 ～1 6 根电缆，按缆间距 1 0 0 m 算，为7 0 0 ～1 5 0 0 m 的扩展范围这么大的间距如何将电缆扩展开呢? 这个初看很复 杂的问题，其实并不难在海上是通过一个称为扩展器的东西来实现的图1 是一个扩展器 的示意图 图1电缆扩展系统结构示意图 由图1 可知，展开器的上部为一 浮筒，下面为叶片，工作时将展开器 用钢缆和船相连，通过水的冲击力可 以将展开器向两边扩开通过调节叶 片的角度，可以调节受力面积，从而 调节向外的扩展力当然叶片的大小 也起一定的作用至于采用多大的叶 片和选用多大的角度，应该按照不同 的配置进行严格的计算和试验在实 际使用中一个展开器上可以连接一条 电缆，也可以连接多条电缆，电缆越多，所需要的扩展力越大图2 为一单船6 缆的实际拖 带示意图 2 ．3 导航定位 在单源、单缆采集和多源、多缆采集工作中，导航定位工作可以说是差别最大的为了 保证枪阵之间、电缆之间的距离符合设计的要求，必须对其做实时监控我们知道，海上工 作的成本是很大的而任何一个环节的故障都将导致停工停产，带来巨大损失。

这就要求用 不同的监控手段来监测同一指标，换句话说，也就是说要有一定的冗余度多源、多缆三维 采集的定位手段，一般有以下几种 2 ．3 ．1 激光扫描系统 所谓激光扫描系统就是在船的尾部安装一个激光扫描头，在枪阵的尾标、电缆尾标和展 开器上安装反射镜在工作时激光头会发出光波，并进行扫描，同时接收反射回的光波，通 过测定光波传播的时间来测定距离，从而换算出各反射点之间的相对位置以及间距该系统 2 3 4 图2 单船六缆拖带示意图 的优点是反射镜为机械部件，一般不会发生故障，且价格低廉缺点是在海况恶劣时会导致 信号断断续续，在大雾天气以及反射镜结冰的情况下，会导致完全接收不到信号 2 ．3 ．2 声波测距系统( C T X ) 声波测距系统是在船底安装一个声波发射器( H u l lP i n g e r ) ，同时在枪阵以及电缆上也 安装上声波发射器，组成网络，分别成为前部网络、中部网络和尾部网络每个声波发射器 在发射声波的同时，也接收声波，因为船底的声波发射器位置相对于G P S 接受天线的位置 是固定的，因此可以得到准确的坐标，然后通过该点的坐标，可以推算每一个声波发射器安 装位置的坐标。

因此声波测距系统不但可以用来监控电缆之间、震源之间的距离，还可以参 与C D P 坐标的计算，是一种重要的定位手段图3 是一声波测距前部网络的示意图 2 ．3 ．3R G P S 所谓R G P S 也是一种G P S ，只不过 R G P S 安装在枪阵尾标和电缆尾标上，通 过无线系统将接收到的数据传输到船上 的导航系统中正因为有了R G P S 数据， 我们可以得到电缆头部和尾部的精确的 坐标，可以大大提高计算的C D P 点位坐 标的精度 2 ．4 船载数据处理系统 我们知道，大面积三维勘探的优点 之一是可以大大缩短勘探周期，在2 0 世 纪9 0 年代初期，受计算机发展的影响， 图3 声波测距前部网络结构示意图 船载处理是不可能的，一方面船上不可能有大量的空间来存放庞大的计算机硬件设备，另一 方面计算机的速度也不足以支持船上的处理 目前，计算机发展很快，一方面是并行处理技术的发展，使服务器、工作站、P C 一 2 3 5 ( ；L U S T E R 取代了以前庞大的计算机；另一方面价格大幅度下降同时卫星传输的出现，使 得船上的技术人员可以适时地得到岸上的技术支撑因此自然而然地就出现了船载处理系 统。

在2 0 世纪9 0 年代初期，船载处理仅限于进行简单的初叠，做质量控制目前整个三维 的处理工作在船上进行已不成问题而且基本可以同步完成，这样就大大缩短了勘探周期 3 大面积三维地震采集技术在东海的应用 从1 9 8 7 - - 1 9 9 6 年的l O 年问，东海共进行了5 块三维地震勘探，面积不足6 0 0 k m 2 ，其 中面积最大的一块三维面积为2 6 2 k m z 为了加快东海的勘探开发进程，新星公司于1 9 9 9 年 决定在东海西湖凹陷进行大面积三维勘探西湖凹陷的总面积为6 ．2 l & k r n 2 ，而已进行三维 勘探的面积仅为5 8 0 k m 2 ，可以说勘探程度是很低的考虑到多源、多缆勘探具有周期短、成 本低的特点，经反复对比论证，最后决定由国外某公司承担此项工作该项目简要介绍如下 3 ．1 概况 该项目包括四块三维，总面积为2 1 0 0 k m 2 其中最大的一块三维面积为1 1 8 2 k m 2 ，比东海 以前总的三维面积还大可以想象，如果采用单源、单缆采集技术，施工周期将是漫长的 施工工作予1 9 9 9 年9 月2 日开始，应该说此时已过了东海地震作业的黄金季节( 东海 地震作业的黄金季节为每年的5 ～6 月份) ，到1 9 9 9 年1 1 月1 5 日因为气象原因停工，历时 7 3 天；2 0 0 0 年4 月1 2 日开始第二阶段的采集工作，7 月2 日完成全部采集，历时8 2 天。

整个项目采集工作共计1 5 5 天处理采用船载处理，部分资料的偏移在陆地进行，历时3 个 月，于9 月下旬完成这在以前的勘探工作中是不可想象的 3 ．2 资料采集参数 3 ．2 ．13 D 定义 ①采集模式：6 电缆／2 震源；②C M P 线间距( 地下) ：2 5 m ； ③炮间距：2 5 m ；④采集面元宽度：6 ．2 5 m ； ⑤采集面元长度：2 5 m ；⑥施工方向：可变 3 ．2 ．2 震源 ①震源类型： S o d e r aG 型枪； ②气枪压力：1 3 ．7 9 M P a ； ③气枪容量：2 X 3 ，0 9 0 C u ．I n ；④震源个数：2 ； ⑤阵列个数：2 3 串；⑥阵列间距：1 2 ．5 m ； ⑦沉放深度： 6 m l m ； ⑧阵列长度： 1 4 m ； ⑨震源强度( 高截：2 1 8 } I z ／4 8 4 d B ) ：1 2 2 ．1 b m ； ⑩峰一峰比( 高截：2 1 8 H z ／4 8 4 d B ) ：2 6 6 ； ⑩枪同步：9 0 ％l m s ，其余1 ．5 m s ；⑩关枪指标：1 0 ％ 枪阵多采用小容量枪，单枪最小容量仅2 0 i n 3 ，最大容量也仅有2 5 0 i n 3 ，其主要目的是 提高震源子波的主频，扩展频带宽度。

从频谱分析( 图4 ) 可以看出，其频带宽度为8 ～ 9 0 H z ，达到了预期的目的，这为提高资料的分辨率奠定了基础 3 ．2 ．3电缆 ①电缆数：6 ；②电缆间距：1 0 0 m ； ③电缆长度：4 0 5 0 m ；④沉放深度：7 m l m ； ⑤总道数：6X3 2 4 ；⑥道间距：1 2 ．5 m ； ⑦罗盘个数：1 6 ； ⑧水鸟个数：1 6 2 3 6 3 ．3 三维地震数据处理概况 处理工作几乎全部在船上完成， 只有最后一块三维的偏移放在陆地的 计算中心三维资料处理是以解决地 质目的为目标，要求处理成果能达到 合同规定，即信噪比要好、保幅性要 好、构造清楚、成像正确，并且能为 以后岩性处理提供高质量的基础资料 围绕上述要求，根据各个工区的地质 情况和资料信噪比的好坏制定了相应 的流程，通过测试确定最佳参数，并 图4 震源频谱分析图 制定了严格的质量控制措施在处理过程中，通过卫星传输系统，使处理工作始终得到陆地 技术人员的监控和支持，从而使最终成果的质量得到了保证图5 为船载处理获得的一条最 终偏移剖面 从图5 可以看出，成果剖面波组特征明显，分辨率高，断层归位正确，达到了地质目的。

图5 船载处理偏移剖面 4 结论 从东海的实例可以看出，大面积三维地震勘探技术在东海的应用大大缩短了勘探周期， 资料质量良好，完成了地质勘探任。