超万道地震仪对地震勘探行业产生巨大的影响
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摘 要： 近几年来，地震勘探技术得到了很大发展。超万道地震仪的投入使用，Q技术在采集和处理两个方面的波形发展，极大地提高了采集效率和采集质量，特别是在复杂地区的地震采集效率得到了极大的提高，降低了勘探成本。本文介绍了Q系统的基本原理及特点，特别是单点检波器的接收，在室内的进行组合，可有效第次凹处规则干扰及其他噪音，提高动态范围和数据保真度。
关键词： 万道地震仪； Q系统； 单点检波器； 组合
中图分类号： P631.4 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2010）08-0036-02
一、引言
在地震技术诞生的早期，该项技术是在采集和处理两个方面并行发展的，但采集技术在近20年来却未有重大的变化。在陆上地震资料采集中，一般推广应用的是遍及采集网络并按规则图形布置的检波器组合法，记录的信号是经电合成后再数字化，是一个简单的线性求和。
地震采集技术长期存在的噪音和畸变问题可以通过分散记录单个检波器道的信息来消除，检波器接受的大部分干扰信息数据电合成后被混合，实际上已不能进行反褶积。通过单个检波器记录，空间采样可以用与瞬时采样相同的方法来处理，使数据采集简化为普通的测量，并提供无限的处理可能。
1994年关于单个检波器与检波器串数据的一项对比结果证明，检波器数量减少了8倍，所处理的数据的分辨率也有明显的改进。但是要求仅有几百道、几千道记录能力的采集系统同时记录大量分散的采样是远远不可能实现的。
随着计算能力和仪器研制水平的提高，西方石油工业界竟相采用体现当今世界先进水平的万道(或超万道)地震仪器，陆上可达3万道。I/O、WesternGeco、PGS-Tensor等著名地球物理技术服务公司均具备了该类型仪器的制造能力[1]。随着法国Sercel公司研制出了超万道地震数据采集系统，WesternGeco和I/O等公司制造出了基于MEMS的数字检波器，高密度单点数字地震技术应运而生[2]。由英国Vibtech公司开发的it系统是一套蜂窝地震数据采集系统，具有几万道的带道能力，使得用户能够真正获得3D勘探的空间对称采样率，其在in-line和cross-line方向上波场采样率相等[3]。
斯伦贝谢公司研究和开发了Q系统。该系统能以2ms的采样率实时记录30000道的信息，有了这么多分散的地震道，地球物理解决的方案就能有效地从硬件中解脱出来。
二、Q系统
将地震道采集从几千道跃升到30000道的关键技术是网络技术，以2ms的采样实时记录30000道的能力依靠的是运行于3个层的尖端电缆和光缆网络，对每个检波器的精确定位，可靠的传输信息，即使网络的某一部分中断，数据也会被自动地改线绕行。
该系统有一套地球物理软件，在信号到达中心记录系统时，通过这个软件系统对每一炮的每一道记录都进行统计学质量控制，记录记带前都进行了噪音压制和干扰校正。该软件系统能对单点接受的信息进行智能数据成群(DGF，digital group forming)处理，使得采集到的地震数据能被多次处理，从而得到每个感兴趣目标的最佳结果。
Q技术有以下优点：①提高成像质量，以便更好地准确地确定井位；②采集到的数据具有高度可重复性，能提高四维勘探质量；③能与多分量技术完全兼容，可应用于3D/9C地震勘探中；④能同时进行井下和地面采集；⑤具有高频信号、大炮检距信号的保护作用；⑥具有较宽的频带，垂直分辨率得到提高；⑦具有足够的空间采样，能消除空间假频，提高横向分辨率；⑧检波器串较轻，但能获得与常规组合检波同样的效果。
三、Q-Land系统
Q技术的第一个版本是Q-land,它代表了地震成像质量和数量的飞跃，且在海上和井下的应用也很有潜力。Q-land是科学家和工程师们回到地震勘探的基本原理，是克服目前实践中的限制而获得的结果。他们提出了Q-land系统记录单个检波器的信号而不是记录常规系统中所用的检波器组合输出信号，并提供实时记录30000道的采集能力（2ms采样），改善了对目的层和井位的选择，减少采集时间，并提供充足的证据，证明储量估计，协助生产和储层管理,Q-Land系统尤其适用于那些地表复杂地区、信噪比较差、面波干扰严重、有静电问题或高差变化大的地区。Q-Land克服了以往常规组合检波中存在的地球物理方面的明显缺陷，即波数问题、干扰问题和输出采样问题。
（一）波数问题
组合检波求和相当于正弦类型的波数响应，因此受到旁频带的损害，输出将不含有所需要的通带形状。波数响应具有频率和时间的独立性，理论上较高的频率应该有一个较大的波数带，当反射时差随波至时间的减少而增大时，波数带在炮集剖面上的浅层应该有更宽的波带。
（二）干扰问题
常规组合检波中，检波器组合内每个检波器都有一个不同的高度、耦合差异、不同剩余动校正和组合内静电干扰，而组合检波的输出信号是单个检波器的简均。上述干扰得不到校正，不可避免地影响了组合输出的质量。
（三）输出采样问题
由于检波器组合的长度通常是固定的，因此波场的输出采样也是固定的，所以限制后续资料处理阶段的选择。Q-land系统采用单检波器接收和分组技术克服了目前常规地震采集中的上述问题。
单点单检波器地震勘探技术就是在野外，按照以往的组合形式布设独立单个检波器，相互之间不用缆线联接，每个检波器的数据独立的输入到地震采集站的地震通道中，独立记录。地震数据在资料处理中心由资料处理员经过分析，根据不同点的噪音发育情况确定不同的组合形式，或组合、或不组合、或小组合、或大组合，以压制这个物理点的噪音，这种组合方式称之为数字组合方式。单点接收示意图如图1所示。
单检波器记录要好于采样，并在时域数字记录领域应用了去假频技术，用点接收记录可将基本采样规则扩展到空间范畴；对单检波器记录作适当的预处理有利于分组输出数据集的计算，这些数据基本上不含假频噪声。
高密度单点地震技术是指采用万道地震仪和数字检波器进行单点激发、单点接收（间距5～10m，小于噪声波长的一半）、大动态范围、多记录道数、多分量地震、全方位信息、小面元网格、高覆盖次数的特高精度三维地震技术。它可以在组合前，对每一点作静校正、振幅和相位校正，克服常规检波器串接收中的频率和相位破坏，该技术不但省去了野外组合，也极大地提高地震资料的纵横向分辨率及信息精度，促进勘探开发技术向特高精度发展，对山地勘探和小断块、薄储层、小砂体、小尺度孔洞的识别以及精细油藏描述更加精确[2]。
（四）数据处理
常规资料采集中，空间采样间隔常受到成本和作业效率的限制，因此常采用组合检波以减弱相干噪声。另外，当使用检波器面积组合时，空间采样必须满足二维采样的要求。
在采集和处理过程中的某些阶段，单检波器接受的数据体通常会借助分组处理来减少。一般说来，分组处理要比点接受资料的线性求和要复杂得多。用于处理单检波器接受信息的一种数据处理算法的工具箱可以改善分组的结果。
与常规组合检波相比，用单检波器接收地震信号可以减少检波器的数量，这样会影响到随机噪声的减弱，但这可通过点接受记录的分组处理来完成。如果自然界中的环境噪声是随机的，可通过检波器输出信号的线性求和而将其减弱为检波器的平方根倍。然而自然界中的环境噪声纯粹是随机的则很少，这些噪声一般均具有一定的相干半径，其衰减比覆盖次数的平方根要小些，因此组合检波和单点检波之间有一些差别。另外，对点接受记录进行分组处理也不再是一个线性求和，而是应用了较先进的噪声衰减技术，如分组技术就是将软件工具箱中的几种算法应用于单检波器记录，这些算法包括组内时间漂移校正、相干噪声衰减、空间去假频保护和减少随机噪声等。
对单检波器记录进行分组处理可有不同的选择，分组处理能减少数据流量，但缺乏灵活性，并需要预先确定分组参数。斯伦贝谢的Q-Land系统可以将所有的单检波器记录数字化后传输到仪器后再记录，易于数字成群处理，用仪器车上的DGF传送一个或多个数据集，其道间距已针对特定目标进行了优化。在数据处理中心需要利用记录在磁带上的单检波器记录，对分组作进一步试验，以找出最佳分组方案。资料处理虽然具有很大的灵活性，但资料处理过程中数据量将会大大地增加。在DGF处理中，点记录的密集的采样便于衰减地滚波和噪声。图2为DGF处理前后的记录资料，图2（a）有明显的地滚波，图2（b）的资料空间分辨率明显提高。
30000道地震采集系统是迈向无假频记录地震波场的重要一步。虽然由于作业和成本的限制，还不能记录全覆盖波场的信息。在用很小道距记录单炮信息时Q技术可记录包括相干噪声在内的所有无假频单炮记录。
四、结束语
1. 单炮检波器彻底抛弃了检波器串的概念，无假频地记录噪声，方便后期组合，极大地改善了野外工作效率，降低了勘探成本，缩短施工周期，使地球物理勘探技术上升了一个新台阶。
2. Q技术的开发和应用使地震勘探向高密度采集、高信噪比、高分辨率方向上升了一个新水平，该技术在西部的山地勘探和小断块、薄储层、小尺度孔洞的识别及描述中具有实际意义。
参考文献:
[1] 杨勤勇，徐丽萍.地震勘探技术新进展[J].勘探地球物理进展，2002.25（1）：8-13.
[2] 杨勤勇.勘探地球物理进展[J].2007.30（2）：77-84.
[3] 董世泰，高红霞.单点检波器地震勘探技术[J].石油仪器，2005.
19（2）：66-68.