同度物探|电火花震源与炸药震源在丘陵复杂地区应用效果研究

时至今日，油气资源勘探工作已踏入“高、精、细”勘探阶段。从往日的简单构造地区向复杂的地区蔓延，且勘探区域往往具有复杂的地质构造，如地表高程起伏不定，下伏地层岩性多变，人文环境情况复杂。勘探难度越来越大，“啃硬骨头”态势日趋严重。

复杂地区的震源需求也从单一的炸药震源向多震源组合迈进。西部丘陵地区，房屋依山而建，河流湍急较浅，在这种复杂情况下，震源选择不当则会大大提高HSSE风险。炸药震源、可控震源、气枪震源，电火花震源是地震勘探主要使用的几种震源，各有适用范围。炸药震源受环境影响约束使用，工区内禁炮区面积23.5km2。两侧建筑物紧邻马路，北侧建筑物“半悬空”，仅靠有限柱体支撑，路面下管道错综复杂，使用可控震源会带来较大HSSE风险，且激发效果较差。河流湍急较浅，汽枪震源无法实施作业。针对上述情况，本次采用电火花震源与炸药震源组合应用。

本次震源组合应用效果的研究，是针对我国西部丘陵地区复杂地表情况。探讨震源组合的适应性，进一步拓宽地震勘探的实施空间。检验震源组合联合处理效果。

2 方法原理

2.1 电火花震源原理及TD-Sparker优势

电火花震源主要由充放电控制箱、储能箱和放电电缆（含放电电极头）三大部分组成。工作时，电火花震源将储存的电能瞬间释放，产生高温高压的电弧，电弧将周围的水体汽化，对水产生巨大的冲击力，从而产生地震波。由于电火花震源的应用需要水环境，在江河湖海，水库等水域勘探有较大的便利条件。作为绿色的震源，电火花震源输入电能，媒介是水，产生水蒸气。

本次实验项目应用国产TD-Sparker400KJ电火花震源，该系列电火花震源在石油和工程行业有较广泛的应用，在人员安全操作方面，低压控制电路与高压工作电路分离，逻辑控制电路，阻止误操作造成的危险。

2.2 遇到的问题

此次开展地震勘探的WL地区，如图2所示，位于四川盆地与雪峰隆起之间的褶皱带上，满覆盖面积195km2。受水系、县城、景区的影响，工区内存在禁止炸药放炮区面积23.5km2，数据质量受影响严重，叠加剖面显示缺口下波组信噪比显著下降，严重影响偏移效果，偏移“划弧”现象突出，如图3所示。

2.3电火花震源的能量试验

很多文献都记载过电火花震源与炸药震源对比试验，本次试验将验证电火花震源的能量能否满足在丘陵复杂地区地震勘探的要求。如图4可知200-800KJ（两套400KJ组成800KJ）电火花震源的能量相当于炸药2-4Kg炸药的能量。

图4 电火花震源能量和炸药震源能量对比

（a）400KJ电火花震源记录，（b）炸药震源(药量14Kg，井深21m)记录（c）能量对比

400KJ电火花激发能获得目的层3s的资料，遂采用电火花震源作业补充346炮，如图5所示。

2.4 双源子波一致性处理

本工区复杂的工况造成采集参数不同，激发设备不同，简单的把电火花震源激发的资料和炸药激发的资料叠加，将导致数据不一致性，使得信噪比降低，不能真实有效反应地下信息。资料处理项目组遂进行子波一致性处理，从电火花震源和炸药震源数据分别提取子波，求取电火花整形因子，将电火花子波向炸药进行匹配，从而满足双源数据子波、频率和能量的一致性处理，满足叠加的要求，如图6所示。

（a）电火花震源地震道，（b）炸药震源地震道（c）电火花震源子波，（d）炸药震源子波，

（e）电火花整形因子，（f）电火花整形后子波

3 双源数据处理效果分析

电火花震源原始数据中浅层信噪比较高，有较强的反射信号。但面波掩盖了一些有效信号，且由于测线位于城镇内，除50Hz工业电外，其他干扰来源比较复杂。在灰岩地带记录中远处信号衰减较快，如图7-a所示，与井炮的资料联合使用前，应用本实验得到的电火花震源整形因子对电火花震源记录进行子波处理。得到处理后的单炮记录对比，如图7-b所示，对比可以看出，反射信号得到显著增强，信噪比提升。处理后电火花震源数据振幅和频率向炸药震源靠拢，如图7-c所示。

图7 单炮记录对比

（a）电火花震源单炮记录，（b）电火花震源子波处理后单炮记录，（c）频谱分析

将地震数据进行叠加，对比分析，如图8所示。图中可见，子波处理技术，能有效改善数据的一致性，提高信噪比。电火花震源可以有效提升禁炮区数据质量，震源组合可以增强地震勘探在丘陵复杂地区的适应性。

图8 子波（c）处理前后叠加剖面和频谱对比，黑色频谱—子波处理前 红色—子波处理后

（a）电火花震源叠加剖面，（b）电火花震源子波处理后叠加剖面（c）双源联合子波处理前叠加剖面

（d）双源联合子波处理后叠加剖面

从最终双源处理后的效果看出，不同激发方式的组合完全可以解决由于复杂地表造成的采集空白区，为得到好的地下成像提供了基础保障。

4 结论

在我国西部丘陵复杂地区组合应用电火花震源与炸药震源进行资源勘探，将电火花震源数据与炸药震源数据叠加计算，获得的叠加剖面信噪比较高，可见较明显的地层信息。处理地震数据时可用双源子波一致性的方法，增强叠加效果。通过对叠加剖面的分析发现，电火花震源可以充分填补禁炮区浅层地震信息，有效提升中部数据质量。

电火花震源作为绿色震源，具有破坏性弱，体积小，环保，普适性等特点与炸药震源优势互补。电火花震源与炸药震源组合应用能够增强地震勘探在丘陵复杂地区的适应性，在地质条件与人文环境复杂地区（城区，农田，景区，水资源保护区等）可以用电火花震源作为炸药震源的补充。