復(fù)雜山地地震資料采集參數(shù)論證和觀測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)—以西昌盆地昭覺區(qū)塊的地震資料采集為例

邱 健 馬國標(biāo)

(1.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院 2. 盛業(yè)能源集團(tuán)(控股)有限公司)

1 勘探概況

西昌盆地昭覺區(qū)塊位于四川涼山彝族自治州，面積約5534km2。區(qū)內(nèi)地形險(xiǎn)峻，山高谷深，地形切割嚴(yán)重，海撥一般在1500m～3500m之間，最高海拔達(dá)4353m。區(qū)域構(gòu)造位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺西南部的西側(cè)，橫跨康滇地軸和上揚(yáng)子臺坳兩個(gè)二級構(gòu)造單元。以普雄河—四開斷裂帶為界，測區(qū)中、西部位于康滇地軸江舟—米市斷陷的米市斷凹內(nèi)，測區(qū)東部則位于上揚(yáng)子臺坳陷涼山褶皺的碧雞山—寧南凹褶斷束內(nèi)。

1967年完成了1∶20萬的重、磁普查；1979年在西昌—昭覺公路完成100km的常規(guī)地震偵查，對西昌盆地地腹反射層情況，褶皺斷裂特征有了初步了解；1994年采用120道DFS-V儀器中間激發(fā)、雙邊接收的15次覆蓋觀測系統(tǒng)對該區(qū)進(jìn)行概查，1999 年又重新進(jìn)行了處理解釋，對西昌地區(qū)的地腹構(gòu)造概貌及地腹主要斷層的位置及展布情況有了基本了解；1999年西南油氣田公司在該區(qū)七里壩構(gòu)造上部署探井一口(七壩1井)，在三疊系上統(tǒng)白果灣組見油氣顯示，但未獲得工業(yè)油氣流；2003年在該區(qū)進(jìn)行了化探工作，初步發(fā)現(xiàn)在測區(qū)西北和東南部存在指示油氣異常，推斷解釋可能有良好的油氣分布；2004年在該區(qū)利用SN388儀器，采用5385—15—30—15—5385觀測系統(tǒng)，360道接收、60次覆蓋對該區(qū)進(jìn)行了地震概查工作，四川石油物探公司于2006年對該資料進(jìn)行了重新處理、解釋，初步查明了喜德(原炭山)、七里壩、羅木大山、四開等構(gòu)造的大致形態(tài)及斷層展布情況，并推斷喜德和七里壩構(gòu)造具有很好的勘探價(jià)值。

2 地震地質(zhì)條件

西昌盆地地表多表現(xiàn)為山高坡陡，地形起伏變化較大，地表和地下地震地質(zhì)條件都較復(fù)雜。

2.1 地表地質(zhì)條件

區(qū)塊內(nèi)出露地層復(fù)雜，橫向變化較大，從第三系至震旦系地層均有出露，主要為白堊系、侏羅系地層。在西昌平壩及測區(qū)中、東部的溝谷、河灘地帶零星分布有第三系、第四系地層；米市構(gòu)造核部(測區(qū)中部)出露地層為白堊系的砂泥巖，依次向盆周為侏羅系、三疊系地層，其中白果灣組在喜德背斜核部已出露；在測區(qū)東部有二疊系玄武巖出露，泥盆系—寒武系地層僅在東南部的四開—交際河背斜上出露，震旦系則分布在測區(qū)的西北和西南段。區(qū)塊內(nèi)出露地層受斷層影響，褶皺強(qiáng)烈，巖層傾角為20°～90°，且表層風(fēng)化嚴(yán)重，巖層破碎、垮塌區(qū)段較長，加之水源嚴(yán)重缺乏，給地震波的激發(fā)與接收造成一定的困難。

2.2 地腹構(gòu)造特征

西昌盆地地腹構(gòu)造十分復(fù)雜，構(gòu)造褶皺強(qiáng)烈，斷裂發(fā)育，縱橫向差異大。其中米市向斜以西構(gòu)造相對較簡單，背斜零星分布，且規(guī)模較小；米市向斜以東，因受黑水河斷裂和四開斷裂的影響，構(gòu)造多且較復(fù)雜，背斜規(guī)模也大，如七里壩背斜、羅木大山和四開背斜等。在碧雞山—寧南凹褶斷束區(qū)內(nèi)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，褶皺強(qiáng)烈，南北向大斷裂十分發(fā)育，橫斷層切割厲害，背斜、向斜高陡狹窄，呈長條狀南北向展布，翼部或軸部伴有走向一致的大規(guī)模斷裂。

2.3 地震施工難點(diǎn)

復(fù)雜多變的地表地質(zhì)條件和地腹構(gòu)造，給該區(qū)地震資料的采集帶來了諸多困難，主要表現(xiàn)在：①近地表巖性縱橫向變化大，且海拔高、巖層含水少、風(fēng)化嚴(yán)重，激發(fā)的單炮信噪比低，激發(fā)因素設(shè)計(jì)較難；存在大量第四系礫石、風(fēng)化巖及坍塌物，激發(fā)和接收條件差；植被發(fā)育，山區(qū)多風(fēng)，環(huán)境噪音發(fā)育，不利于深層弱信號接收。②沉積地層雜亂層相，海相、陸相、海陸過渡相沉積相互交錯(cuò)，致密巖層和疏松巖層重疊，地腹構(gòu)造復(fù)雜，地層傾角大，斷裂發(fā)育，地震波場復(fù)雜；目的層埋藏深度變化大，同時(shí)獲得較高分辨率和信噪比資料較難。

3 施工參數(shù)論證和觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 以往施工參數(shù)分析

最近兩次勘探是1994年和2004年開展的地震概查(表1)。

表1 老資料主要采集參數(shù)對比表

3.2 單炮分析

對2004年采集的04XC19測線每一炮進(jìn)行自相關(guān)函數(shù)求取，并疊合為一道，然后將所有單炮求取道按從小到大順序排列。通過分析測線自相關(guān)函數(shù)剖面，分析單炮間能量、頻率的一致性，挑選出有代表性的單炮(圖1)，分析其單炮資料和不同位置的激發(fā)差異性，得出如下認(rèn)識： ①單炮能量縱橫向變化大，單炮能量與高程沒有一一對應(yīng)關(guān)系，與井深藥量井?dāng)?shù)也沒有線性聯(lián)系，可推測與激發(fā)巖性關(guān)系密切；②較好單炮的頻寬在40Hz左右，一般在30Hz左右，較差單炮頻寬在20Hz左右，單炮頻率與高程沒有一一對應(yīng)關(guān)系，應(yīng)與激發(fā)巖性密切相關(guān)；同時(shí)，面波干擾對近道干擾較大，若有適中能量時(shí)，中遠(yuǎn)道的反射層有較好顯示 。

圖1 以往采集單炮記錄

定性分析單炮，認(rèn)為在不同位置、不同激發(fā)巖性所獲得的單炮質(zhì)量差異大，所有單炮均有不同程度的面波干擾、環(huán)境干擾、激發(fā)能量偏弱現(xiàn)象，同一單炮的不同接收部位，其資料品質(zhì)也存在較大差異，原始資料一致性差；地表起伏劇烈，表層結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，單炮靜校正問題嚴(yán)重，極大地影響了資料品質(zhì)；單炮質(zhì)量與高程沒有一一對應(yīng)關(guān)系，卻與激發(fā)巖性密切相關(guān)。

3.3 剖面分析

從04XC08剖面上看(圖2-1)，整體構(gòu)造形態(tài)清楚，測線兩端地層傾角大，尤其是測線東端主要目的層埋深變淺，直至出露地表或缺失，測線中部為一明顯背斜形態(tài)，構(gòu)造內(nèi)斷裂發(fā)育，斷點(diǎn)較為清晰。從信噪比角度看，剖面信噪比整體偏低。

從04XC11測線解釋剖面上看(圖2-2)，測線中部目的層埋藏較深，資料信噪比相對較高，地層傾角較小，測線兩端地層傾角變大，斷裂發(fā)育，繞射信息豐富，測線的最東端資料信噪比極低，目的層反射不明顯。

以往采集地震剖面整體來看，東西向主測線目的層埋深變化大，斷裂發(fā)育，構(gòu)造兩翼地層傾角大，南北向聯(lián)絡(luò)測線構(gòu)造相對簡單，目的層埋深變化不大；資料信噪比變化較大，斷裂發(fā)育區(qū)和測線兩端普遍資料信噪比較低；地腹構(gòu)造中除04XC08線顯示背斜中目的層埋深較淺外，其余埋深均較大，構(gòu)造的東西、南北兩側(cè)整體上呈提升態(tài)勢，北部較南部尤甚，白果灣組底界與寒武底界波組特征相對其他反射層差，普遍存在資料信噪比較低的現(xiàn)象；該區(qū)斷裂發(fā)育，地層在不同地段有缺失現(xiàn)象。

圖2-1 04XC08測線解釋剖面

圖2-2 04XC11測線解釋剖面

3.4 施工參數(shù)論證

(1)道距的選擇

道距的大小首先要保證各道疊加的反射信息具有真實(shí)代表性，其次還要有利于提高資料的橫向分辨率，落實(shí)構(gòu)造及斷裂細(xì)節(jié)特征，提高偏移效果。道距大小應(yīng)滿足以下幾個(gè)方面的要求：

?最高無混疊頻率

滿足最高無混疊頻率，即不出現(xiàn)空間假頻，根據(jù)空間采樣定理，空間采樣間隔必須小于視波長的一半，道距應(yīng)滿足公式：

式中：

Δx—道距；

Vrms—疊加速度；

fmax—目的層最高頻率；

θ—地層傾角。

?橫向分辨率

滿足橫向分辨率要求，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則，每個(gè)優(yōu)勢頻率的波長至少取2個(gè)采樣點(diǎn)，這樣就能得到較好的橫向分辨率，道距應(yīng)滿足經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：

Δx—道距；

Vint—上一層層速度；

fdom—目的層視主頻。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，在滿足不出現(xiàn)空間假頻和滿足橫向分辨率要求的情況下，針對主要目的層白果灣組，要求的最小道距為：ΔX≤32m。兼顧淺層新村組和益門組反射，道距選擇在30m左右較為合理。

(2)最大炮檢距的選擇

最大炮檢距應(yīng)滿足速度鑒別精度和動校拉伸兩個(gè)方面的要求。

?滿足速度鑒別精度的要求

為保證速度鑒別精度要求，排列長度要滿足如下關(guān)系：

式中：

fp—反射波主頻；

t0—反射時(shí)間；

νrms—均方根速度；

ν—νrms的6%。

?考慮動校拉伸的影響

動校正拉伸使地震道發(fā)生畸變，尤其是遠(yuǎn)炮檢距產(chǎn)生較大畸變，要求動校拉伸不得超出一定誤差范圍，該誤差范圍受最大炮檢距的制約，其關(guān)系式如下：

式中：

t0—反射時(shí)間；

νrms—均方根速度；

D—拉伸參數(shù)。

根據(jù)上述公式計(jì)算分析，針對主要目的層白果灣組，滿足速度鑒別精度和動校拉伸要求的最大炮檢距應(yīng)選擇在6km左右。

(3)覆蓋次數(shù)分析

覆蓋次數(shù)直接決定了剖面的信噪比，對于低信噪比地區(qū)，采用較高的覆蓋次數(shù)顯得尤為重要。但對剖面成像起作用的是有效覆蓋次數(shù)，由于目的層在不同位置埋深不同，各目的層有效覆蓋次數(shù)也存在較大的差別。

分析以往的資料認(rèn)為，剖面信噪比整體偏低，尤其是在復(fù)雜構(gòu)造和斷裂帶上成像效果不理想，覆蓋次數(shù)偏低是一個(gè)主要因素。因此如何有效提高主要目的層的有效覆蓋次數(shù)是需要考慮的主要方面之一。區(qū)塊主要目的層傾角大，埋深變化大，因此可以考慮采用雙線接收的方式來增加有效覆蓋次數(shù)。

本區(qū)應(yīng)適當(dāng)增加覆蓋次數(shù)，在構(gòu)造兩翼可采用80次左右，構(gòu)造主體部位覆蓋次數(shù)應(yīng)選擇在100次左右。

3.5 觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過上述分析，昭覺區(qū)塊采用如下觀測系統(tǒng)(圖3)。

圖3 昭覺區(qū)塊雙線排列布置示意圖

觀測系統(tǒng)：5985-15-30-5985 雙線接收

接收道數(shù)：2×400=800道 覆蓋次數(shù)：2×40=80次

道距：30m 炮點(diǎn)距：150m

最大偏多距：5985m 最小偏移距：15m

4 效果分析與結(jié)論

雙線觀測系統(tǒng)可以彌補(bǔ)常規(guī)二維觀測系統(tǒng)在提高覆蓋次數(shù)方面的不足，通過對激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)的合理布設(shè)，實(shí)現(xiàn)對地下地震界面一個(gè)反射條帶的連續(xù)觀測，達(dá)到提高資料信噪比和成像質(zhì)量的目的。

圖4-1為2004年采集的04XC15線水平疊加剖面段，與2007年雙線采集的07XCSYX線重合(圖4-2)，通過比較，不難看出2007年的疊加剖面同相軸比2004年的剖面同相軸連續(xù)性，成像質(zhì)量都得到了明顯提高。

圖4-1 2004XC15線水平疊加剖面段

圖4-2 07XCSYX線水平疊加剖面段

雙線觀測系統(tǒng)(也可以是多線)在西昌盆地昭覺區(qū)塊的地震資料采集中取得了較好的效果。通過資料的處理、解釋，進(jìn)一步查明了西昌盆地地腹構(gòu)造形態(tài)、斷層展布特征，進(jìn)一步落實(shí)了三疊系、二疊系、志留系在區(qū)內(nèi)的厚度變化情況和二疊系、志留系、寒武系在西昌盆地的尖滅位置。

1 中國石油勘探與生產(chǎn)分公司編.《復(fù)雜山地高陡構(gòu)造地震勘探關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用》[M].北京：石油工業(yè)出版社，2009.