來自中國石油新聞中心的幾則配發(fā)有新聞圖片的消息悄悄地揭開了可低頻地震勘探技術(shù)的神秘面紗，被業(yè)內(nèi)稱為石油勘探工程利器的低頻可控震源逐漸出現(xiàn)在人們的視野中。當(dāng)人們還在為低頻可控震源解決復(fù)雜地質(zhì)問題的能力而歡呼的時候，國家石油勘探工程的“高大上”產(chǎn)品——高精度可控震源也已經(jīng)悄然而至。
其實，低頻可控震源就是在國家863項目高精度可控震源研究過程中，為解決目前油氣勘探中復(fù)雜地質(zhì)問題而由提前釋放的部分成熟技術(shù)形成的一個過渡產(chǎn)品，也是考察低頻地震技術(shù)能否解決復(fù)雜地質(zhì)問題的探路石。
從2013年開始，中國石油集團東方地球物理勘探有限責(zé)任公司（以下簡稱東方物探）先后在哈薩克斯坦環(huán)里海地區(qū)、新疆準(zhǔn)噶爾盆地腹部滴南8井區(qū)、青海柴達(dá)木盆地的牛東地區(qū)、寧夏蘇里格南以及內(nèi)蒙二連等多個地區(qū)使用東方物探自主研發(fā)的低頻可控震源作業(yè)，最低使用的激發(fā)頻率達(dá)到1.5赫茲，激發(fā)信號頻帶寬度達(dá)到6個倍頻程（倍頻程是指使用頻率f與基準(zhǔn)頻率f0 之比等于2的n次方，即f/f0=2n次方，則f稱是f0的n次倍頻程），是目前全球唯一進(jìn)行規(guī)模化低頻地震勘探的先行者。初步分析表明，地震資料中有2赫茲的低頻有效信號，地質(zhì)效果改善非常明顯。用甲方的話講：未來的地震采集項目只能由低頻可控震源來實施。
低頻地震技術(shù)在這幾個地區(qū)開展低頻地震采集實踐都有特殊的針對性目的：鹽下成像的改善、儲層分辨率的提高、深部成像改善的可能性以及火成巖地表下地質(zhì)目標(biāo)成像的改善。一系列的實踐結(jié)果表明：低頻地震信號的特殊性對上述問題的解決和改善無疑起到了重要的作用，低頻可控震源的成功應(yīng)用一一驗證了上述試驗的明顯地質(zhì)效果。
國外很多專家團隊在研究低頻地震信號對油氣勘探開發(fā)的作用時一致認(rèn)為：低頻震源信號有利于提高儲層垂向分辨率，有利于全波形地震反演（FWI）和油氣（烴類）直接檢測（DHI），對改善深部成像質(zhì)量十分有利，且有助于在火成巖等特殊地區(qū)獲得更好的地下地質(zhì)成像效果，這也是低頻地震技術(shù)最吸引地球物理學(xué)家與勘探家們的地方。
在沒有低頻可控震源前，國內(nèi)外研究低頻信號對油氣檢測的影響基本靠被動觀測方式，即采集天然地震活動或一些工業(yè)震動信號，但被動觀測方式影響因素眾多，處理分析十分困難，所以，一些科學(xué)家團隊也致力于人工激發(fā)地震波的研究，特別是采用常規(guī)可控震源激發(fā)低頻地震信號，但效果甚微，甚至有可能對常規(guī)可控震源系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p壞，無形中增加了應(yīng)用成本。
東方物探的可控震源研究團隊最早的低頻可控震源低頻地震信號激發(fā)的試驗性研究始于2009年，低頻地震信號的激發(fā)效果得到荷蘭皇家殼牌公司的技術(shù)認(rèn)可。隨后，殼牌公司與東方物探在內(nèi)蒙二連地區(qū)合作開展了全球第一次高密度、大偏移距低頻可控震源地震激發(fā)采集技術(shù)試驗——最大單炮記錄達(dá)12.8萬道，最大炮檢距30千米，排列長度20千米。
后續(xù)的信號穩(wěn)定性研究在2012年初得到了國家863計劃資源與環(huán)境領(lǐng)域辦公室以及中國石油集團公司科技部的大力支持，繼續(xù)就這一課題開展深入研究，并將已經(jīng)成熟的技術(shù)集成后形成先期產(chǎn)品，向市場投放了最新一代低頻可控震源LFV3。目前全球只有東方物探研制出的低頻可控震源成功地進(jìn)行了規(guī)模化低頻地震數(shù)據(jù)采集，并且得到了非常突出的地質(zhì)效果。
低頻可控震源的主要技術(shù)指標(biāo)與常規(guī)可控震源基本相同，關(guān)鍵性的區(qū)別在于全行程或全流量下最低激發(fā)頻率：常規(guī)震源一般在5赫茲或6赫茲左右，而東方物探釋放的最新一代低頻震源LFV3在全流量下的最低頻率可以實現(xiàn)3赫茲，最低可以實現(xiàn)有效激發(fā)的低頻地震信號可以達(dá)到1.5赫茲并能被常規(guī)地震檢波器（自然頻率10Hz）接收到。國外長期研究油氣直接檢測（DHI）的專家指出：低于3赫茲的低頻地震信號的一些屬性可以用來研究直接油氣檢測，而高于3赫茲的激發(fā)信號檢測成功的可能性則很低。
在看到主要技術(shù)指標(biāo)只差2赫茲時，很多人不解這樣的技術(shù)指標(biāo)能說明可控震源的什么技術(shù)能力，從事項目研究的863首席技術(shù)專家解釋說：低頻地震信號接收的每0.1赫茲的延拓都是研究團隊綜合研究實力的體現(xiàn)，特別是3赫茲以下的頻率延拓，更是一個研究團隊技術(shù)能力的標(biāo)志，3赫茲延伸到1.5赫茲是一個倍頻程的跨域，而不僅僅是1.5赫茲信號的改善。目前除東方物探的低頻可控震源LFV3外，業(yè)內(nèi)還沒有其他能提供工業(yè)應(yīng)用的3赫茲低頻震源的供應(yīng)商，東方物探的這一創(chuàng)新性研究成果走在了業(yè)界的前列。項目研究團隊在地震激發(fā)信號設(shè)計、激發(fā)信號的檢測與畸變控制等方面都提出了創(chuàng)造性的研究思路并取得了成功的成果。
在完成可控震源低頻地震信號的激發(fā)與工業(yè)性應(yīng)用后，研究團隊按照國際通行的薩拉斯（SALLAS）的理論模型，重新設(shè)計了新的可控震源系統(tǒng)架構(gòu)，使低頻地震信號的激發(fā)更穩(wěn)定，同時拓展了高頻信號的激發(fā)，使高頻地震信號的實際應(yīng)用可以達(dá)到160Hz，實現(xiàn)了寬頻地震信號的激發(fā)。寬頻激發(fā)的突破，使高精度可控震源在地震信號激發(fā)時，可以充分發(fā)揮頻寬的優(yōu)勢。
東方物探的863高精度可控震源項目研究團隊為解決寬頻激發(fā)信號下傳問題付出了巨大努力——理論模型論證，并通過多次反復(fù)的試驗測試修正模型，最終在延拓低頻與保持高頻方面達(dá)到了相對平衡，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的激發(fā)信號頻寬達(dá)到6個以上的倍頻程，新的寬頻高精度震源被命名為EV-56。目前最新的研究表明：未來還可能有更大的提升。
EV-56高精度可控震源的研究并非一帆風(fēng)順，大地本身對低頻信號激發(fā)的響應(yīng)非常差，且受近地表物性變化影響嚴(yán)重，因此，國內(nèi)外前期的多次試驗表明：低于5赫茲的激發(fā)信號在地表激發(fā)不困難，困難的是如何使有效信號下傳到目的層，前期研究不能成功的主要原因就是無法解決這樣的挑戰(zhàn)；在解決完低頻能量下傳的同時，又面臨高頻受到嚴(yán)重影響的挑戰(zhàn)，石油勘探不僅要求低頻有效信號，同時也要求具有足夠的信號帶寬，以提高地震信號對地下復(fù)雜地質(zhì)目標(biāo)的分辨能力和油氣藏邊界的識別能力。
盡管目前低頻可控震源得到了業(yè)界的普遍認(rèn)可，但低頻可控震源實際上是國家863計劃高精度可控震源項目前期釋放驗證技術(shù)的一種附屬產(chǎn)品，是國家研究項目對低頻地震勘探市場的試金石，而EV-56高精度可控震源在低頻地震信號激發(fā)、輸出信號畸變控制以及地震波場均勻性與激發(fā)頻帶寬度都超過現(xiàn)在的LFV3低頻可控震源，同時，高精度可控震源在設(shè)計之初就考慮到了（加工、組裝）實現(xiàn)工藝的簡單化、與目前主流震源在關(guān)鍵部件的通用性、標(biāo)準(zhǔn)化及系統(tǒng)冗余，核心系統(tǒng)的控制采用工業(yè)化計算機，極大地提高了系統(tǒng)控制的可靠性，是目前低頻震源的換代產(chǎn)品。
參與研究團隊的不僅有東方物探的研究人員，還有西南石油大學(xué)和天津科技大學(xué)的師生以及北奧特車的制造團隊，形成了產(chǎn)學(xué)研一體化的團隊模式。
最近，研究團隊與沙特阿美、美孚、殼牌、康菲、雪佛龍等國際油公司進(jìn)行了廣泛的技術(shù)交流。在交流的過程中，國外技術(shù)專家對東方物探在低頻可控震源技術(shù)研究與數(shù)據(jù)采集方面的案例非常感興趣，面對全球唯一的工業(yè)化低頻可控震源所帶來的地質(zhì)效果大為贊嘆，并主動提出合作進(jìn)行技術(shù)示范試驗，期待共同發(fā)掘低頻地震技術(shù)對油田勘探開發(fā)的價值，這意味著未來一個高端的市場即將納入規(guī)劃。
2014年10月，國家863計劃資源與環(huán)境領(lǐng)域辦公室、中國石油集團公司科技部國家項目處、國家科技部影視資料庫及東方物探863項目組一行8人到訪東方物探吐哈物探處某地震勘探項目，考察低頻震源生產(chǎn)情況。吐哈探區(qū)從2014年初開始依托低頻可控震源與低頻地震技術(shù)進(jìn)行勘探，獲得的剖面實現(xiàn)了前侏羅系資料的從無到有，為前侏羅系地層分布研究及區(qū)域構(gòu)造格局特征分析提供了資料基礎(chǔ)，為推動新一輪的勘探部署發(fā)揮了主要作用。吐哈物探處對低頻可控震源的使用效果給出了高度評價，認(rèn)為該設(shè)備性能良好、適應(yīng)環(huán)境溫度范圍廣、各項質(zhì)量指標(biāo)穩(wěn)定、越野行駛能力及野外連續(xù)工作能力強、機械故障率低，滿足復(fù)雜地表條件下地震勘探需要。
除了吐哈地區(qū)，在克拉瑪依、青海、長慶、華北等地的低頻地震作業(yè)都得到了油公司好地球物理服務(wù)公司的高度肯定與積極評價，研究團隊對低頻可控震源能夠得到這么好的地質(zhì)效果與如此快速地得到甲方及油公司的認(rèn)可也沒有心理準(zhǔn)備，使得低頻可控震源資源準(zhǔn)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到市場需求，低頻可控震源一時“洛陽紙貴”。原本平淡的2014年國內(nèi)地球物理市場異軍突起，初步估計的價值工作量超過8億元人民幣，特別是在2014年終提交的地質(zhì)成果顯示了低頻地震技術(shù)具有非常強的能力，有人認(rèn)為這就是技術(shù)拉動市場的典型案例，其實機會總是留給有準(zhǔn)備的人。
目前，EV-56高精度可控震源已經(jīng)完成了全部的野外可靠性考核工作，試驗效果完全能夠滿足野外實際作業(yè)的要求，地質(zhì)效果突出，與之前大受歡迎的LFV3低頻可控震源相比，在低頻地震信號的能量及頻帶寬度，輸出信號的畸變等指標(biāo)方面有明顯改善，特別在解決某地區(qū)淺表層火成巖的問題上表現(xiàn)出了更強的技術(shù)優(yōu)勢，在之前多次應(yīng)用常規(guī)震源幾炸藥激發(fā)攻關(guān)未果的地區(qū)出現(xiàn)了突破性進(jìn)展。
2016年，EV-56高精度可控震源項目順利通過了國家大考，國際業(yè)內(nèi)知名專家丹尼斯（Mr. Dennis Ruest）在測試EV-56高精度可控震源后發(fā)出這樣的感慨：在可控震源地震信號激發(fā)的頻帶與保真度指標(biāo)上，東方公司（BGP）的EV-56可控震源構(gòu)建了新的國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——激發(fā)信號的頻帶從低頻到高頻都得到擴展，并具備異常低的激發(fā)信號諧波畸變水平。
梅花香自苦寒來，國家油氣勘探工程的“高大上”產(chǎn)品：EV-56高精度可控震源，經(jīng)歷了兩次嚴(yán)苛的野外考驗試驗后已經(jīng)準(zhǔn)備展翅高飛了，這正是：長風(fēng)破浪會有時，直掛云帆濟滄海。
陶知非：東方地球物理勘探有限責(zé)任公司裝備服務(wù)處總工程師，教授級高工，中油集團公司高級技術(shù)專家，國家863計劃資源與環(huán)境領(lǐng)域高精度可控震源技術(shù)專題項目首席專家。
(編輯：小智)
