劉厚裕

(中國(guó)石油化工股份有限公司 華東油氣分公司，南京 210019)

地震勘探只有在“測(cè)量點(diǎn)位保證準(zhǔn)確、激發(fā)因素一致、接收環(huán)節(jié)保持一致、儀器錄制因素保持不變”的條件下[1]，接收到的地震反射信息才客觀地反映來(lái)自地下介質(zhì)的情況。測(cè)量點(diǎn)位準(zhǔn)確、儀器錄制因素保持不變?cè)谛l(wèi)星定位和計(jì)算機(jī)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天已經(jīng)得到解決，只有激發(fā)因素和接收環(huán)節(jié)保持一致是人們關(guān)注的重點(diǎn)。尤其是在煤層氣地震勘探領(lǐng)域，面對(duì)埋藏淺、厚度薄、波阻抗大的儲(chǔ)層，怎樣獲取高信噪比、高分辨率[2]原始地震資料，除了采用小點(diǎn)距、小組合基距、小偏移距、小藥量和較高疊加次數(shù)的“四小一高”采集方法外，對(duì)激發(fā)因素和接收環(huán)節(jié)保持一致提出了更高要求。

激發(fā)因素一致是地震資料采集過(guò)程中質(zhì)量控制的重點(diǎn)[3]。例如：采用炸藥震源激發(fā)時(shí)，控制激發(fā)井深和藥量、保證在高速層中激發(fā)、加強(qiáng)“悶井”確保能量下傳等措施，就是為了盡量保證激發(fā)因素一致。接收環(huán)節(jié)保持一致是地震資料采集過(guò)程中質(zhì)量控制的另一重點(diǎn)。目前，在陸上油氣地震勘探中主要采用20DX-10模擬檢波器進(jìn)行接收，在煤田或煤層氣地震勘探中主要采用數(shù)字檢波器進(jìn)行單點(diǎn)接收。本文結(jié)合多年來(lái)在煤層氣地震勘探實(shí)踐，通過(guò)數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收和模擬檢波器小組合基距接收獲取的地震子波，從兩種檢波器制造工藝和原理、野外埋置等方面，就道間一致性進(jìn)行對(duì)比分析，客觀地反映出數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收能夠提高原始地震資料地震子波一致性，并滿(mǎn)足煤層氣高分辨率地震勘探對(duì)信噪比、分辨率、精度的要求和煤層氣高產(chǎn)富集區(qū)預(yù)測(cè)的需要。

1 問(wèn)題提出

地震檢波器是一種將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的地震勘探專(zhuān)用振動(dòng)傳感器。地震檢波器從信號(hào)轉(zhuǎn)換方式上可分為模擬和數(shù)字2種，從制造工藝上可分為動(dòng)圈式、光學(xué)、電化學(xué)、電容式和MEMS地震檢波器5種。本文主要介紹常用于陸上地震勘探的檢波器動(dòng)圈式模擬地震檢波器、MEMS數(shù)字地震檢波器[4-5]。動(dòng)圈式地震檢波器是速度型地震檢波器，基于線圈磁感應(yīng)、磁電轉(zhuǎn)換原理來(lái)獲取模擬地震信號(hào)；電容式地震檢波器是根據(jù)兩極板之間距離、相互覆蓋面積、介電系數(shù)變化引起的電容改變?cè)韥?lái)獲取模擬地震信號(hào)；MEMS地震檢波器是在電容式地震檢波器基礎(chǔ)上，以硅材料為基底，采用微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)加工的差動(dòng)電容式地震檢波器，直接進(jìn)行數(shù)字傳感記錄信號(hào)。

模擬檢波器組合接收導(dǎo)致地震子波道間不一致，直接對(duì)高分辨率地震勘探產(chǎn)生影響，主要表現(xiàn)在如下4個(gè)方面：①制造工藝方面，模擬檢波器是基于線圈磁感應(yīng)、磁電轉(zhuǎn)換原理制造的，每個(gè)檢波器電阻、電容、永磁體質(zhì)量和磁性、彈簧系數(shù)及固有頻率在制造過(guò)程中不可能做到完全一致，只要檢測(cè)指標(biāo)在規(guī)定控制范圍內(nèi)就算合格。一般12個(gè)模擬檢波器通過(guò)串、并聯(lián)組合成一串，其各項(xiàng)指標(biāo)差異更大，檢測(cè)指標(biāo)也只能在控制規(guī)定范圍內(nèi)就算合格；在頻率響應(yīng)上，只能接收基于諧振頻率的優(yōu)勢(shì)頻率段(如8～48 Hz)，相當(dāng)于一個(gè)帶通濾波器。②野外埋置方面，模擬檢波器組合接收時(shí)可變因素太多。如：受地形環(huán)境的影響，組合基距和組合圖形不可能保持一致，組內(nèi)高差也各自不同；受人為因素的影響，檢波器埋置時(shí)傾斜度、與地耦合效果、組合中心偏離度等參差不齊；受設(shè)備好壞的影響，檢波器串在使用過(guò)程中可能存在不工作的檢波器，甚至12個(gè)檢波器有11個(gè)損壞時(shí)儀器檢測(cè)仍然是合格道。③組合接收本身存在組合效應(yīng)，在對(duì)每個(gè)檢波器安置條件差異及地表地質(zhì)條件微小變化進(jìn)行平均的同時(shí)，還將對(duì)反射界面進(jìn)行平均，引起地下反射點(diǎn)在一定程度上離散而導(dǎo)致不一致性。因?yàn)榻M內(nèi)各檢波器接收的反射是來(lái)自反射界面上的許多點(diǎn)，當(dāng)這些點(diǎn)不在同一平面上時(shí)，組合后的反射點(diǎn)就不能近似認(rèn)為是這些點(diǎn)的“中心”，而是代表了對(duì)起伏不平或斷層兩邊反射界面的平均結(jié)果。組合的這種平均效應(yīng)非常不利于對(duì)斷裂發(fā)育區(qū)斷塊的刻畫(huà)、研究，尤其是降低了構(gòu)造復(fù)雜區(qū)的地震成像精度。④模擬檢波器組合接收的信號(hào)是電信號(hào)，需要通過(guò)有線或無(wú)線傳輸?shù)浇邮諆x器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后才能成為數(shù)字信號(hào)。在電信號(hào)傳輸過(guò)程中受到環(huán)境干擾，存在諸多不確定因素(如串音、高壓電干擾以及傳輸路徑的長(zhǎng)短、傳輸中斷等)造成信號(hào)傳輸損失也是不可忽視的因素之一。

上述4個(gè)突出問(wèn)題在地震資料采集工作中不可避免，尤其是檢波器組合野外埋置引起的每一道、整個(gè)接收排列以及整條測(cè)線在接收環(huán)節(jié)的差異，引起地震子波道間不一致更為突出。反映到原始單炮記錄上，相鄰道接收有效反射波的波形、振幅、頻率和相位等都會(huì)存在不一致性。諸多的不一致性將導(dǎo)致波形畸變和空間假頻，損失有效信號(hào)的高頻信息，降低地震資料的分辨率。這種由組合效應(yīng)引起的細(xì)微差異并非地下界面信息的真實(shí)反映，地震波的屬性變化會(huì)以“采集腳印”[6-7]的形式出現(xiàn)在地震數(shù)據(jù)之中。盡管在資料處理過(guò)程中可以進(jìn)行各種一致性補(bǔ)償(實(shí)際上，每炮每道都是進(jìn)行差異性補(bǔ)償)，但也只是部分地、基于數(shù)學(xué)假設(shè)條件下的消除道間差異，在地震剖面上同一層的反射波組特征橫向變化仍然較大，給資料解釋工作和成圖精度帶來(lái)較大影響。

對(duì)于勘探目的層埋深大、厚度大、波阻抗小、信噪比低、干擾背景大，以提高信噪比為主、地震分辨率要求不高的勘探目標(biāo)區(qū)，可采用“長(zhǎng)排列、高疊加次數(shù)、深井大藥量飽和激發(fā)、模擬檢波器組合接收”的地震資料采集方法進(jìn)行地震資料采集；對(duì)于目的層埋藏淺、厚度薄、波阻抗大，要求獲取高信噪比、高分辨率地震資料，滿(mǎn)足煤層氣高產(chǎn)富集區(qū)預(yù)測(cè)需要的勘探目標(biāo)區(qū)來(lái)說(shuō)，可采用“小點(diǎn)距、小組合基距、小偏移距、小藥量和較高疊加次數(shù)”的“四小一高”采集方法進(jìn)行地震資料采集。數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收可以消除上述“小組合基距”引起檢波器組合野外埋置引起的每一道、整個(gè)接收排列以及整條測(cè)線在接收環(huán)節(jié)的差異導(dǎo)致的地震子波道間不一致性。將上述“四小一高”采集方法優(yōu)化為“三小一高”加數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收的采集方法。地震子波的一致性對(duì)于埋藏淺、厚度薄的煤儲(chǔ)層和小微構(gòu)造實(shí)現(xiàn)高保真、高信噪比、高分辨率的“三高”地震成像極為關(guān)鍵。

2 數(shù)字檢波器結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)優(yōu)勢(shì)

數(shù)字檢波器的核心是微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)，這種技術(shù)就是以硅材料為基底，采用微機(jī)械加工工藝和IC工藝加工為差動(dòng)電容式微機(jī)械加速度計(jì)[8]。數(shù)字檢波器質(zhì)量懸掛系統(tǒng)采用在單晶片上通過(guò)MEMS加工形成微米級(jí)彈性膜，其物理結(jié)構(gòu)精確度遠(yuǎn)高于線圈式模擬檢波器。不同于模擬檢波器以電磁感應(yīng)方式將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)輸出，數(shù)字檢波器直接以電信號(hào)平衡重力變化來(lái)感應(yīng)地震波信號(hào)。工作中根據(jù)質(zhì)量體兩邊電容量的變化，通過(guò)調(diào)整加電的大小使質(zhì)量體恢復(fù)平衡，而加電的大小則反映了振動(dòng)的大小，也就是接收反射信號(hào)的強(qiáng)弱。數(shù)字檢波器就是質(zhì)量體兩邊電容量的變化和質(zhì)量體恢復(fù)平衡靈敏度指標(biāo)較高，在全頻率接收環(huán)境中能夠接收弱小信號(hào)且一致性較強(qiáng)。靈敏度高是數(shù)字檢波器的一個(gè)重要參數(shù)，也是保證地震數(shù)據(jù)弱信號(hào)采集的重要指標(biāo)。

數(shù)字檢波器與模擬檢波器相比，性能指標(biāo)具有更高的一致性[9-13]。①在幅頻特性方面，數(shù)字檢波器主要特征是全頻率接收，其幅頻特性從高到低是線性變化，對(duì)每一個(gè)頻率接收信號(hào)的機(jī)會(huì)是均等的。而模擬檢波器受制造工藝的影響，其頻率特性是有限的，相當(dāng)于一個(gè)帶通濾波器。圖1-A是數(shù)字檢波器與模擬檢波器輸出信號(hào)的幅頻特性理論曲線。數(shù)字檢波器頻率響應(yīng)范圍在0～800 Hz，在高頻端500～800 Hz之間也可以得到滿(mǎn)意的響應(yīng)，振幅畸變不超過(guò)±1%，時(shí)間畸變不超過(guò)±20 μs，諧振頻率(1 000 Hz)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地震波頻帶，這個(gè)性能使其記錄10 Hz以下的頻率成分不衰減。模擬檢波器頻率響應(yīng)范圍只在350 Hz以?xún)?nèi)，超過(guò)350 Hz產(chǎn)生寄生震蕩，不能記錄真實(shí)的地震信號(hào)。 ②在相位特性方面，理論上數(shù)字檢波器不發(fā)生相位延遲，模擬檢波器會(huì)產(chǎn)生相位延遲。圖1-B是數(shù)字檢波器與模擬檢波器輸出信號(hào)的相位特性曲線。數(shù)字檢波器在0～800 Hz范圍內(nèi)的相位響應(yīng)曲線基本為一直線，相位延遲很小；而模擬檢波器會(huì)產(chǎn)生相位延遲，并且隨著頻率的增大而增加，甚至可以達(dá)到180°的相位變化，這對(duì)于高頻成分記錄是非常不利的。③在動(dòng)態(tài)范圍方面，動(dòng)態(tài)范圍越大，靈敏度越高，對(duì)記錄弱小信號(hào)越有利。數(shù)字檢波器動(dòng)態(tài)范圍為90 dB，模擬檢波器一般為70 dB。數(shù)字檢波器由于動(dòng)態(tài)范圍大、靈敏度高、頻率和相位特性穩(wěn)定、一致性較強(qiáng)，更適宜記錄弱信號(hào)，在數(shù)據(jù)處理時(shí)弱反射波組成像效果好。

圖1 數(shù)字檢波器與模擬檢波器幅頻與相位特性對(duì)比[9]Fig.1 Comparison of amplitude frequency and phase characteristics of digital geophone with those of analog geophone

數(shù)字檢波器與模擬檢波器的結(jié)構(gòu)和工作原理[14]是不同的。①數(shù)字檢波器的結(jié)構(gòu)采用檢波器和采集站(FDU)合為一體的方式，每個(gè)檢波器對(duì)應(yīng)一個(gè)采集站。數(shù)字檢波器接收的地震信號(hào)直接在FDU中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，換成這個(gè)接收點(diǎn)的24位數(shù)字信號(hào)，通過(guò)無(wú)線或有線傳輸?shù)絻x器進(jìn)行記錄，數(shù)字信號(hào)傳輸過(guò)程中能夠克服電信號(hào)在傳輸過(guò)程中的損失；模擬檢波器的結(jié)構(gòu)是基于線圈磁感應(yīng)、磁電轉(zhuǎn)換原理來(lái)獲取模擬地震的電信號(hào)，通過(guò)無(wú)線或有線傳輸?shù)絻x器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行記錄(現(xiàn)代儀器也采用FDU進(jìn)行就地模數(shù)轉(zhuǎn)換)。②野外采集時(shí)，數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收的信息是空間采樣點(diǎn)的真實(shí)信息，道間地震子波的一致性好；模擬檢波器組合接收各種埋置環(huán)境和人為因素引起(如組合圖形、組合基距、組合高差、組合中心偏離度不一致性)的曲面組合效應(yīng)的信息，道間地震子波一致性差，對(duì)煤層氣地震勘探中分辨薄煤層、“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)等方面影響較大。

數(shù)字檢波器靈敏度高，抗干擾等能力差[15-18]。對(duì)于相關(guān)性不強(qiáng)的隨機(jī)干擾，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，通過(guò)成像疊加處理可消除；最怕的是規(guī)則干擾(如風(fēng)干擾、雨干擾等)，因此野外數(shù)據(jù)采集盡量避開(kāi)有風(fēng)、有雨的時(shí)間段進(jìn)行。

以上從制造工藝、野外埋置、組合接收等方面的理論分析表明，數(shù)字檢波器比模擬檢波器靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大、接收地震子波道間一致性好，模擬檢波器組合接收時(shí)比數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收抗干擾能力強(qiáng)。這兩種檢波器可以根據(jù)地震勘探目標(biāo)和地質(zhì)任務(wù)需要進(jìn)行選擇。例如：針對(duì)埋藏深度較小(0.3～2 km)、煤層與圍巖波阻抗差較大、要求能分辨出薄互層的高分辨率煤層氣勘探或煤田地質(zhì)勘探，可采用“小點(diǎn)距、小藥量、小排列長(zhǎng)度、較高疊加次數(shù)”、數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收的地震資料采集方法；針對(duì)埋藏深度較大(>2 km)、目標(biāo)層與圍巖有一定的波阻抗且能形成有效反射、構(gòu)造較復(fù)雜、信噪比較低的油氣地震勘探，可采用“深井、大藥量、長(zhǎng)排列、高疊加次數(shù)”、模擬檢波器組合接收的地震資料采集方法。以下就晉陜交界的延川南和貴州省織金2個(gè)區(qū)塊煤層氣高分辨率地震勘探數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收與模擬檢波器組合接收試驗(yàn)資料分析做進(jìn)一步探討。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 延川南區(qū)塊煤層氣高分辨率地震勘探

延川南區(qū)塊位于晉、陜交界黃土高原，“溝、峁、墚、塬”是這個(gè)地區(qū)主要地表特征。煤層氣勘探主要層位是2號(hào)煤層和10號(hào)煤層，埋深0.8～2 km，2號(hào)煤層厚度3～6 m、10號(hào)煤層厚度1～2 m，屬高煤階煤。煤層氣的質(zhì)量體積高(12～18 m3/t)[19]、煤層密度低(1.3～1.46 g/cm3)、地震波速度低(1.6～2.8 km/s)，而圍巖(石炭系碎屑巖)密度高(2.0～2.5 g/cm3)、地震波速度高(3.5～5.2 km/s)[20-21]，煤層與圍巖波阻抗差大，具有較強(qiáng)的反射界面。煤層非均質(zhì)性強(qiáng)、各向異性突出。煤層氣地震勘探主要地質(zhì)任務(wù)是查明煤層空間展布和小微構(gòu)造，預(yù)測(cè)煤層氣高產(chǎn)富集區(qū)[22]。

延川南區(qū)塊煤層氣勘探階段采用2 km×4 km、開(kāi)發(fā)階段采用1 km×2 km網(wǎng)格的二維地震勘探方法，局部采用細(xì)分面元三維地震勘探方法，來(lái)滿(mǎn)足不同階段地質(zhì)任務(wù)要求。二維地震勘探采用小藥量激發(fā)(2～4 kg)、小點(diǎn)距接收 (5～10 m)、小排列長(zhǎng)度(2 km)、較高疊加次數(shù)(50～75次)的“三小一高”觀測(cè)系統(tǒng)、數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收的采集方法。在勘探初期進(jìn)行大量的試驗(yàn)，其中包括數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收與模擬檢波器組合接收對(duì)比試驗(yàn)。

圖2是延川南地區(qū)進(jìn)行的數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收與模擬檢波器2串(24個(gè))面積組合接收對(duì)比試驗(yàn)，數(shù)字檢波器擺放在模擬檢波器的組合中心同步接收、靜校正后的單炮記錄?？梢钥闯觯瑪?shù)字檢波器接收的單炮記錄在道間波形一致性、頻率響應(yīng)、反射波組的連續(xù)性等方面都優(yōu)于模擬檢波器組合接收的單炮記錄。

圖2 延川南地區(qū)數(shù)字檢波器與模擬檢波器試驗(yàn)單炮地震記錄Fig.2 Single shot seismic record of digital geophone and analog geophone test in Yanchuannan area

圖3是上述單炮記錄的頻譜分析。數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收的記錄主頻和頻寬都優(yōu)于模擬檢波器組合接收的單炮記錄。從圖中可以看出，在-20 dB時(shí)，數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收的單炮頻寬為2～50 Hz，模擬檢波器組合接收的單炮對(duì)應(yīng)頻寬則為8～35 Hz；而在-30 dB時(shí)，數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收的單炮頻寬為2～150 Hz，模擬檢波器組合接收的單炮對(duì)應(yīng)頻寬則為5～65 Hz。模擬檢波器組合接收相當(dāng)于一個(gè)帶通濾波器，在8～25 Hz頻段接收到的能量比數(shù)字檢波器接收到的能量強(qiáng)，超過(guò)35 Hz接收的能量衰減較快；而數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收更接近全頻帶接收理想狀態(tài)，尤其是<8 Hz的低頻段接收的信息，更有利于巖性反演時(shí)低頻模型的建立。模擬檢波器組合接收的頻譜50 Hz工業(yè)電干擾較強(qiáng)，數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收不受50 Hz工業(yè)電的影響。

圖3 延川南地區(qū)數(shù)字檢波器與模擬檢波器試驗(yàn)單炮地震記錄頻譜Fig.3 Spectrum of single shot seismic record of digital geophone and analog geophone test in Yanchuannan area

圖4是上述單炮記錄的相位分析結(jié)果，可以看出，數(shù)字檢波器相位延遲較小，具有很好的相位一致性。

圖4 延川南地區(qū)數(shù)字檢波器與模擬檢波器試驗(yàn)單炮記錄相位分析Fig.4 Phase analysis of single shot recorded by digital geophone and analog geophone in Yanchuannan area

圖5是延川南地區(qū)數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收與模擬檢波器2串(24個(gè))面積組合接收對(duì)比試驗(yàn)，采用統(tǒng)一處理流程和參數(shù)進(jìn)行處理的疊加剖面。從疊加剖面對(duì)比分析來(lái)看，數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收剖面上反射層次豐富，波形穩(wěn)定且一致性好，信噪比和分辨率也較高，尤其是層間弱反射信息較為清晰，更有利于精細(xì)構(gòu)造解釋、薄互層和微幅構(gòu)造以及煤層氣高產(chǎn)富集區(qū)的識(shí)別。

圖5 延川南地區(qū)數(shù)字檢波器與模擬檢波器采集的地震疊加剖面對(duì)比Fig.5 Comparison of seismic stack sections obtained by digital geophone and analog geophone in Yanchuannan area

圖6是上述剖面的頻譜分析，可以看出在-20 dB時(shí)，數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收的剖面對(duì)應(yīng)的頻寬為12～71 Hz，模擬檢波器組合接收的剖面對(duì)應(yīng)的頻寬為9～60Hz；而在-30 dB時(shí)，數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收的剖面頻寬為8～105 Hz，模擬檢波器組合接收的剖面對(duì)應(yīng)頻寬則為7～73 Hz。分析表明，數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收對(duì)高頻信號(hào)的響應(yīng)強(qiáng)于模擬檢波器，這一特性對(duì)于提高淺目的層反射波成像效果、拓寬頻帶優(yōu)勢(shì)和提高分辨率尤其重要。

圖6 延川南地區(qū)數(shù)字檢波器與模擬檢波器疊加剖面頻譜分析Fig.6 Spectrum analysis of stacked profile of digital geophone and analog geophone in Yanchuannan area

圖7是上述剖面地震反射波自相關(guān)分析。對(duì)于同一套反射波組，數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，地震反射波在波形、道間橫向能量、頻率響應(yīng)等一致性及分辨率方面，均優(yōu)于模擬檢波器組合接收獲取的地震數(shù)據(jù)?！叭∫桓摺庇^測(cè)系統(tǒng)、數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收的地震資料采集方法，在延川南煤層氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中發(fā)揮了重要作用：構(gòu)造成圖精度高，目的層位鉆井深度與地震預(yù)測(cè)深度誤差<3%；小微構(gòu)造識(shí)別、煤儲(chǔ)層高產(chǎn)富集區(qū)的預(yù)測(cè)，與煤層氣開(kāi)發(fā)井的日產(chǎn)氣量符合率達(dá)到85%；水平開(kāi)發(fā)井利用地震地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，在目標(biāo)煤層穿行率達(dá)到90%以上。延川南煤層氣田年產(chǎn)量達(dá)到4.0×108m3，主要開(kāi)發(fā)的是2號(hào)煤層，平均鉆井深度 1 400 m，最深 1 750 m，打破了業(yè)界 “埋深在800 m以淺的煤層氣可實(shí)現(xiàn)效益開(kāi)發(fā)、1 000 m為死亡線”的認(rèn)知[23-24]，也是目前世界上埋深最大的煤層氣田，對(duì)中國(guó)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)起到示范帶動(dòng)作用。

圖7 延川南地區(qū)數(shù)字檢波器與模擬檢波器地震反射波自相關(guān)分析Fig.7 Autocorrelation analysis of seismic reflection wave between digital geophone and analog geophone in Yanchuannan area

3.2 織金地區(qū)煤層氣高分辨率地震勘探

貴州省織金地區(qū)是南方山地地表出露灰?guī)r的典型代表，二疊系龍?zhí)督M煤系地層是煤層氣勘探主要目標(biāo)層。煤層埋深淺(0.3～1 km)、單層厚度薄(0.3～3 m)且橫向變化大、煤層多(30～35層)，上、中、下3套煤系地層累計(jì)厚度大(18.0～26.0 m)，屬高煤階煤，構(gòu)造煤發(fā)育，煤層氣的質(zhì)量體積高(9～23 m3/t)[25]、煤層密度低(1.3～1.46 g/cm3)、地震波速度低(1.6～2.8 km/s)；而圍巖(二疊系龍?zhí)督M灰?guī)r)的密度高(2.6～2.9 g/cm3)、地震波速度高(4.95～6.50 km/s)[26]：具有較強(qiáng)的反射界面，煤層非均質(zhì)性強(qiáng)、各向異性突出。要求獲得淺目的層高信噪比、高分辨率的地震資料才能滿(mǎn)足煤層氣勘探地質(zhì)任務(wù)要求。

織金地區(qū)煤層氣勘探階段采用2 km×4 km網(wǎng)格的二維地震勘探方法，有利目標(biāo)區(qū)局部采用細(xì)分面元三維地震勘探方法。二維地震勘探吸取延川南煤層氣地震勘探經(jīng)驗(yàn)，采用小藥量激發(fā)(2～4 kg)、小點(diǎn)距接收 (5～10 m)、小排列長(zhǎng)度(1.5 km)、較高疊加次數(shù)(50～60次)的“三小一高”觀測(cè)系統(tǒng)、數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收的采集方法，在試驗(yàn)點(diǎn)上進(jìn)行數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收與模擬檢波器組合接收對(duì)比試驗(yàn)。

圖8是織金地區(qū)進(jìn)行的數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收與模擬檢波器2串(24個(gè))面積組合接收對(duì)比試驗(yàn)靜校正后的3組不同品質(zhì)單炮記錄，圖9是這3組單炮記錄的頻譜分析，圖10是這3組單炮記錄的能量分析?？梢钥闯?，數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收的記錄有效反射子波的波形具有較高的一致性。

圖8 織金地區(qū)數(shù)字檢波器與模擬檢波器試驗(yàn)不同品質(zhì)地震單炮記錄Fig.8 Single shot seismic records of different qualities tested by digital geophone and analog geophone in Zhijin area

圖9 織金地區(qū)數(shù)字檢波器與模擬檢波器試驗(yàn)不同品質(zhì)地震單炮記錄頻譜分析Fig.9 Frequency spectrum analysis of single shot seismic records with different qualities tested by digital geophone and analog geophone in Zhijin area

圖10 織金地區(qū)數(shù)字檢波器與模擬檢波器試驗(yàn)不同品質(zhì)地震單炮記錄能量分析Fig.10 Energy analysis of single shot seismic records with different qualities tested by digital geophone and analog geophone in Zhijin area

從頻譜分析結(jié)果來(lái)看，數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收的記錄在頻率(主頻、頻寬等)響應(yīng)上較穩(wěn)定，尤其是高頻成分損失較少；模擬檢波器面積組合接收的記錄主頻存在差異，頻寬較窄，相當(dāng)于帶通濾波器，高頻成分損失嚴(yán)重。從能量分析結(jié)果來(lái)看，數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收的記錄與模擬檢波器面積組合接收的記錄相比能量稍強(qiáng)。圖11是數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收與模擬檢波器2串(24個(gè))面積組合接收相鄰單炮記錄同一偏移距的子波分析結(jié)果。從炮間子波分析及道間子波分析結(jié)果來(lái)看，數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收受地表?xiàng)l件影響較小，子波波形、能量、頻率等方面一致性明顯優(yōu)于模擬檢波器組合接收。同延川南煤層氣勘探開(kāi)發(fā)一樣，在織金地區(qū)也采用“三小一高”的觀測(cè)系統(tǒng)、數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收的地震資料采集方法，為織金地區(qū)的煤層氣勘探開(kāi)發(fā)和資源評(píng)價(jià)提供支撐。由于目的層埋藏淺、 地表高差大、灰?guī)r出露和地表巖性變化大，淺目的層地震成像是地震資料采集和處理的難點(diǎn)，數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收為保證淺目的層地震反射波的子波一致性起到很大作用?？椊鸬貐^(qū)構(gòu)造解釋成圖精度較高，由于目的層較多且薄，鉆井深度與地震預(yù)測(cè)深度誤差<5%；小微構(gòu)造、煤儲(chǔ)層高產(chǎn)富集區(qū)的預(yù)測(cè)，與煤層氣開(kāi)發(fā)井的日產(chǎn)氣量符合率達(dá)到75%；水平開(kāi)發(fā)井利用地震地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，在目標(biāo)煤層穿行率達(dá)到80%以上?？椊鹈簩託馓镏饕_(kāi)發(fā)的是下煤組，平均鉆井深度500 m，最大井深750 m，是中國(guó)石化公司下一個(gè)煤層氣田培育基地。延川南和織金2個(gè)實(shí)例分析，說(shuō)明數(shù)字檢波器比模擬檢波器靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大、接收地震子波道間一致性好，且在煤層氣或煤田地質(zhì)高分辨率地震勘探中具有明顯優(yōu)勢(shì)。

圖11 織金地區(qū)數(shù)字檢波器與模擬檢波器接收地震子波一致性分析Fig.11 Consistency analysis of seismic wavelet received by digital geophone and analog geophone in Zhijin area

4 結(jié) 論

a.與模擬檢波器組合接收相比，數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收的地震記錄頻帶寬、子波一致性強(qiáng)，弱信號(hào)相關(guān)性較好，地震資料處理時(shí)做好弱信號(hào)的保護(hù)，疊加成像后弱反射波組的連續(xù)性、信噪比和分辨率將得到提高，能較好地、真實(shí)地反映地下反射信息。

b.針對(duì)地層埋藏淺、煤層厚度薄、煤層與圍巖波阻抗相差大的煤層氣地震勘探，采用以數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收為基礎(chǔ)的“三小一高”觀測(cè)系統(tǒng)，可以保證接收環(huán)節(jié)的地震子波一致性，對(duì)尋找小微構(gòu)造及煤層氣高產(chǎn)富集區(qū)的預(yù)測(cè)有較好的效果。延川南和織金地區(qū)煤層氣地震勘探的成功應(yīng)用，其經(jīng)驗(yàn)值得推廣。