羌塘盆地托拉木－笙根地區(qū)地震采集技術試驗

李忠雄，廖建河，程明道，王孝勛，余文科，雷 陽，馬 龍

（1.中國地質調查局成都地質調查中心，四川成都610081；2.中國石油化工集團公司西南石油局第二物探大隊，四川德陽618000；3.中國石油化工集團公司華北石油局地球物理勘探公司，河南新鄉(xiāng)453700）

羌塘盆地地震勘探程度低且難度極大，目前尚處于二維地震勘探的概查－普查階段。盆地地表及深部地質條件復雜，聲波、面波、隨機噪聲等干擾波極其發(fā)育，地震資料信噪比低。自20世紀90年代以來，雖經(jīng)國內幾家油氣勘探單位的多年努力，但至今尚未取得突破性進展，公開發(fā)表的地震勘探技術文獻也很少［1－2］。

基于前人工作成果的分析表明，影響羌塘盆地地震資料品質的主要因素是：①表層結構縱、橫向變化劇烈，潛水面及激發(fā)巖性變化大，導致記錄品質變化大；②地形起伏劇烈，地表巖石風化破碎嚴重，第四系礫石覆蓋層厚，地表多有老地層出露，尤其是灰?guī)r出露區(qū)不利于地震采集；③聲波、面波、隨機高頻噪聲等干擾波發(fā)育，資料信噪比低；④地下構造復雜，斷層及喀斯特溶洞發(fā)育［3］，加之存在凍土層，對震源激發(fā)及地震波的能量傳遞極為不利；⑤以往48～60次的覆蓋次數(shù)偏低，加上炮點距大，致使主要目的層有效覆蓋次數(shù)低，成像效果差。此外，藏北高原氣候條件惡劣，高寒風大，氣溫時常驟變，雷暴、冰雹、雪天較多，也影響了野外地震資料采集工作的質量及效果。

為推動羌塘盆地石油地震勘探進程，針對上述技術難點，以提高地震資料信噪比為目的，2008—2012年，中國地質調查局在雙湖特別區(qū)北東向約50km的托拉木－笙根地區(qū)部署了總長約532km的18條二維地震攻關試驗測線，從表層結構精細調查入手，開展了盒子波干擾波調查、常規(guī)激發(fā)接收試驗及寬線剖面試驗，優(yōu)選適合羌塘盆地的二維地震資料采集技術，獲得了高質量、高信噪比的地震資料。

1 表層結構與干擾波調查

1.1 表層結構精細調查

采用露頭地質調查、地質雷達探測、小折射（1個／km）和單、雙井微測井（1個／5km）技術進行工區(qū)表層結構研究，重點是調查近地表結構（包括潛水面及巖性）的變化規(guī)律，為逐點設計激發(fā)井深提供依據(jù)，同時，也為工區(qū)靜校正量的提取提供參考。

調查結果顯示托拉木－笙根地區(qū)低、降速層平均厚度為2～18m，厚度變化較大；低、降速帶速度變化較大：低速層速度v0為500～1 000m／s；降速層速度v1為1 100～2 500m／s；高速層速度v2為1 600～3 900m／s。

1.2 盒子波技術干擾波調查

1.2.1 盒子波觀測系統(tǒng)

盒子波排列采用41×41個點的三維方形接收網(wǎng)，即1 681個點，點距Δx＝Δy＝4m，縱向組合基距、橫向組合基距均為160m，每個點擺放1串12個檢波器，檢波器埋置方式為點組合。在Inline（EW）和Crossline（SN）方向檢波器方陣組合中心點位置處（即第21道位置處）各布設1條炮線，兩個方向上均為31炮，炮點距240m，炮點距離中心點檢波器最小炮檢距95m，最大炮檢距7 295m。

1.2.2 干擾波特征分析

抽取東西向31炮對應盒子波中心道形成31道的合成地震記錄，采用時窗切片和雷達掃描分析的方法［4－9］，對記錄上的干擾波選取單點時窗進行掃描，得到了干擾波的視速度、傳播方向、相對能量和反射資料的信噪比等定量數(shù)據(jù)。

背景干擾（圖1a）：具有各態(tài)歷經(jīng)性，速度、方位變化范圍大，但有速度相對穩(wěn)定的固定干擾，速度3 092m／s，入射角45°，相對能量100%，信噪比0.06，頻率110Hz，波長30m。

線性干擾（圖1b）：主要來自測線方向，最大能量處 速 度 5 298m／s，入 射 角 180°，相 對 能 量100%，信噪比0.50，頻率18Hz，波長295m；另有一組速度為2 624m／s的弱反射，入射角206°，相對能量76%，信噪比0.49。

折射波（圖1c）：最大能量處速度5 598m／s，入射角為189°，相對能量99.5%，信噪比為0.56，頻率16Hz，波長350m。

多次折射波（圖1d）：最大能量處速度為3 958m／s，入射角180°，相對能量100%，信噪比0.63，頻率16Hz，波長250m。

面波（圖1e）：有4組能量較強的面波散射，速度分別為753，1 392，1 328，1 132m／s，入射角分別為143°，105°，235°和283°，相對能量分別為71%，71%，82%和90%，信噪比分別為0.38，0.35，0.30和0.27；頻率為10～12Hz，波長為75～109m。

檢波器組合基距對這些干擾波的壓制情況為：組合基距在120m以上時對面波干擾有壓制效果；組合基距40m時能夠壓制部分背景干擾，160m組合基距接收時對背景干擾有較好的壓制效果；而對于多次折射波、折射波及線性干擾，組合基距達160m時對其也無明顯壓制效果。

圖1 干擾波特征的雷達圖像分析

2 采集參數(shù)論證與試驗

2.1 主要采集參數(shù)論證

論證的主要采集參數(shù)有道距、覆蓋次數(shù)、采樣間隔、最大炮間距等。2008年第1次采集設計時的論證依據(jù)是前人早期在羌塘盆地獲得的地震剖面，其后的幾次采集設計論證則是根據(jù)新獲得的地震資料建立的工區(qū)地質－地球物理模型（表1）進行參數(shù)論證。主要采集參數(shù)論證結果是：道距不大于40m；覆蓋次數(shù)不低于72次；采樣率1ms；最大炮檢距8 000m。

表1 羌塘盆地托拉木－笙根地區(qū)地質－地球物理模型

需要說明的是，研究工區(qū)屬低信噪比地區(qū)，深層反射能量弱。因此，覆蓋次數(shù)的選擇應能達到充分壓制干擾、增加主要目的層反射能量的疊加效果，以實現(xiàn)提高資料信噪比、確保成像質量的目標。根據(jù)以往資料情況和相鄰工區(qū)的施工經(jīng)驗，為保證二維地震勘探獲取較高信噪比的數(shù)據(jù)，滿足地層構造解釋的需要，在經(jīng)費保障的前提條件下，2008年采集的覆蓋次數(shù)為72次，2009年覆蓋次數(shù)為92次，2010—2012年覆蓋次數(shù)為120次（單線）。

2010—2011年地震觀測系統(tǒng)為8382.5－17.5－35－17.5－8382.5（單線接收），炮間距70m，接收道數(shù)480道；2012年地震觀測系統(tǒng)調整為7285－15－30－15－7285（單線接收），炮間距60m，接收道數(shù)480道。

2.2 激發(fā)／接收參數(shù)試驗

2.2.1 檢波器組合圖形試驗

接收試驗進行了平行測線矩形等靈敏度基距11m，平行測線矩形不等靈敏度基距10m，垂直測線矩形等靈敏度基距11m，雙口字型、大組合“X”型（Δx＝2m）、大組合“X”型（Δx＝4m）等不同方式的檢波器組合圖形試驗（圖2），對獲得的記錄進行了原始記錄對比、分頻掃描、頻譜分析、信噪比分析及能量分析（圖3）。從圖3可以看出，各種組合形式接收效果頻譜差異不大，2m“X”字型和4m的“X”字型組合接收效果略好。

受地貌、施工條件及成本限制，雖曾設想用增加組合基距的方式來壓制干擾波，但各種試驗組合圖形的組合基距與干擾波的最小波長仍相距較遠，因而對干擾波的壓制效果均不太理想［10］。但綜合分析認為，平行測線等靈敏度矩形面積組合和大組合“X”型（Δx＝2m）的能量、信噪比較高，頻帶較寬，效果稍好于其它面積組合。因此，2010年之前采用平行測線等靈敏度矩形面積組合，2011年以后采用大組合“X”型（Δx＝2m）。

2.2.2 激發(fā)井深試驗

分別在潛水面下 1，3，5，7，9m 深度采用18kg藥量進行激發(fā)，獲得5張井深試驗記錄，并進行了原始記錄對比、分頻掃描、頻譜分析、信噪比分析及能量分析（圖4a），可見采用潛水面下3m激發(fā)的試驗記錄單炮能量相當，信噪比較好，頻帶較寬。

2.2.3 激發(fā)藥量試驗

對比潛水面以下3m深度，分別采用12，14，16，18，22，26kg藥量進行激發(fā)，獲得6張藥量對比試驗記錄，對記錄進行了固定增益回放、分頻掃描、頻譜分析、信噪比分析及能量分析（圖4b），分析認為18kg藥量的能量較強，信噪比較高，頻帶最寬。

2.2.4 單井與多井組合試驗

采用最好的激發(fā)因素進行了單井和組合井對比試驗，對試驗結果進行分頻掃描和定量分析（圖5），分析認為單井激發(fā)較好。

圖2 檢波器組合圖型

圖3 檢波器組合圖型試驗分析

圖4 激發(fā)井深（a）與藥量（b）試驗定量分析結果

圖5 單井與組合井試驗對比

采用較好的激發(fā)因素進行多井組合試驗，從試驗原始記錄和各濾波記錄中可以看出，4～6井組合的目的層清晰、連續(xù)性較好、目的層的能量較強、信噪比較高、有效波段的振幅較強（圖5）。因此，確定4～6井為最佳組合。

2.2.5 前放增益試驗

在試驗點進行了儀器前放增益試驗，并對試驗結果進行了分頻掃描和定量分析（圖6）。從分析結果可知，采用儀器前放12dB為較好施工因素。最終確定本工區(qū)地震采集激發(fā)／接收參數(shù)如下。

1）單井激發(fā)，激發(fā)井深：藥包頂部距潛水面或高速層頂界面下3m（第四系覆蓋區(qū)高速層速度1 600m／s左右；侏羅系地層或基巖出露區(qū)高速層速度2 600m／s左右）；

2）激發(fā)藥量：基本藥量18kg（山地為20kg，山頂增至22kg）。

圖6 前放增益試驗定量分析結果

3 寬線剖面試驗

2010年之前，托拉木－笙根地區(qū)二維地震勘探主要是通過優(yōu)化檢波器組合來壓制干擾，提高單炮記錄的信噪比；通過增加排列長度（增加接收道數(shù)）、減小道距和炮距來提高覆蓋次數(shù)，最終達到提高資料信噪比的目的。但這些措施提高覆蓋次數(shù)的能力有限，而且隨著道距和炮距的減小，隨機干擾的相干性增強，利用疊加壓制隨機干擾的效應降低。2008—2010年，羌塘盆地二維地震采集的覆蓋次數(shù)已從過去不足60次逐年增加到72次、92次和120次，剖面品質雖逐年有明顯提高，但資料信噪比仍然較低，整體上依然不能滿足構造解釋的需求。因此，通過試驗尋找其它先進采集技術來提高資料品質成為必然的選擇［11］。

寬線剖面采集是一種特殊的三維地震采集技術，近年來在黃土塬地區(qū)、南方山區(qū)、準噶爾盆地南緣山前帶、塔里木盆地庫車等地區(qū)得到廣泛應用［12－16］，它能增加有效覆蓋次數(shù)，壓制干擾波，提高資料信噪比，并能增加炮點選擇范圍，優(yōu)選激發(fā)點［17］。前人通過研究發(fā)現(xiàn)，寬線記錄質量比單線記錄質量有較大提高；寬線地震剖面比單線地震剖面的品質有較大改善［16］。因此，在托拉木－笙根地區(qū)地震采集攻關中進行了寬線采集技術試驗。

3.1 寬線剖面試驗方案

通過對主要采集參數(shù)的論證并參考其它地區(qū)寬線剖面的攻關經(jīng)驗［11］，結合羌塘盆地地貌特征及以往地震采集工作中的成功經(jīng)驗，寬線采集試驗觀測系統(tǒng)方案如下。

1）方案Ⅰ（2010—2011年采用）：兩炮兩線（2S2L），單線480道接收、雙線960道接收，道距35m，炮間距70m，炮點對應分布在接收線上，最小炮檢距17.5m，最大炮檢距8 382.5m，接收線距70 m，單線覆蓋次數(shù)120次，最高覆蓋次數(shù)480次。

2）方案Ⅱ（2012年采用）：兩炮兩線（2S2L），單線480道接收、雙線960道接收，道距30m，炮間距120m（單線），炮點對應分布在接收線上，最小炮檢距15m，最大炮檢距7 185m，接收線距60m，覆蓋次數(shù)240次。

3）方案Ⅲ（2012年采用）：三炮三線（3S3L），單線480道接收、三線1 440道接收，道距30m，炮間距90m（單線），炮點對應分布在接收線上，最小炮檢距15m，最大炮檢距7 185m，接收線距60m，覆蓋次數(shù)720次。

3.2 寬線剖面質量分析

本次寬線試驗采用多線激發(fā)、多線接收的觀測系統(tǒng)，檢波線、炮線組合方式不同，CDP線元不變，按不同的線、炮組合方式進行疊加處理，覆蓋次數(shù)從120次提高到240次、480次再到720次，覆蓋次數(shù)增加1～6倍，剖面的信噪比、分辨率及成像效果得到大幅改善。

圖7是采用方案Ⅰ（2S2L）獲得的寬線原始剖面，可以看出，隨著覆蓋次數(shù)的增加，有效壓制了橫向干擾，低信噪比區(qū)域疊加成像效果不斷改善；240次和480次覆蓋剖面上淺、中、深層反射波組均比120次覆蓋剖面更為齊全，同相軸連續(xù)性更好；主要目的層波組特征更清晰，信噪比、分辨率更高，取得了很好的地質效果。從不同覆蓋次數(shù)疊加剖面來看（圖8），240次覆蓋和480次覆蓋疊加剖面品質差異不大，但都明顯好于120次覆蓋疊加剖面，信噪比、反射同相軸連續(xù)性較好。

圖7 寬線不同覆蓋次數(shù)的原始剖面（方案Ⅰ：2S2L）

圖8 寬線不同覆蓋次數(shù)疊加剖面對比（方案Ⅰ：2S2L；局部）

圖9 TS2012－01線疊加處理剖面（方案Ⅱ：2S2L；240次覆蓋）

圖10 TS2012－05線疊加處理剖面（方案Ⅱ：2S2L；240次覆蓋）

圖11 TS2012－06線疊加處理剖面（方案Ⅲ：3S3L；720次覆蓋）

圖9（TS2012－01線）和圖10（TS2012－05線）是采用方案Ⅱ（2S2L）獲得的疊加處理剖面，圖11（TS2012－06線）是采用方案Ⅲ（3S3L）獲得的疊加處理剖面。TS2012－01線呈東西向，與南北向、相互平行的TS2012－05線和TS2012－06線相交。對比圖9至圖11可以認為：①即便是相鄰同向的地震測線（圖10和圖11），其剖面質量也存在明顯差距，說明羌塘盆地地腹構造非常復雜，橫向變化極其劇烈；②較高覆蓋次數(shù)的寬線采集技術是獲得高信噪比地震剖面的關鍵所在，但并非覆蓋次數(shù)愈高地震剖面質量就愈好，從成本－效果的權衡對比來看，240次覆蓋的寬線技術較適合本區(qū)的地震資料采集。如采用240次覆蓋的TS2012－01線和TS2012－05線地震剖面的信噪比和反射同相軸的連續(xù)性明顯優(yōu)于采用720次覆蓋的TS2012－06線剖面。

同時，通過抽線、抽炮對TS2012－06線進行了不同覆蓋次數(shù)疊加剖面的對比分析（圖12），可以看出隨著覆蓋次數(shù)的增加信噪比增高，但覆蓋次數(shù)達到240次后剖面質量再無明顯變化，因此，本區(qū)采用240次覆蓋是較為適宜的。

圖12 不同覆蓋次數(shù)疊加剖面對比分析（局部）

4 結束語

羌塘盆地地下構造復雜，斷層、溶洞發(fā)育，巖石風化破碎嚴重，地表礫石覆蓋厚，凍土層發(fā)育，表層結構變化劇烈，規(guī)則與隨機干擾波發(fā)育，是典型的地震資料低信噪比地區(qū)。托拉木－笙根地區(qū)二維地震采集技術攻關試驗的結果表明：干擾波面積調查和表層結構精細調查，客觀嚴謹?shù)牟杉瘏?shù)論證，認真細致的激發(fā)／接收參數(shù)試驗，以增加有效覆蓋次數(shù)壓制干擾波、提高資料信噪比為目的的寬線采集技術，加上先進的儀器設備，是獲得高質量、高信噪比地震資料的充要技術措施。

通過近幾年的二維地震采集技術攻關試驗取得了以下認識與成果：

1）運用小折射、微測井、地質雷達和鉆井編錄、剖面測量等技術進行表層結構調查，精細刻畫表層結構特征，可為逐點設計激發(fā)井深提供準確的依據(jù)，確保在潛水面、高速層或凍土層之下激發(fā)；同時也能為地表靜校正提供重要參數(shù)。

2）采用盒子波技術進行干擾波調查的量化分析結果表明，托拉木－笙根地區(qū)除發(fā)育速度、方位變化范圍較大的背景干擾外，還發(fā)育有4組面波散射、2組線性干擾、1組多次折射波和1組折射波。面波速度為753～1 392m／s；線性干擾速度均為5 298m／s（入射角不同）；折射波速度為5 598m／s；多次折射波速度為3 958m／s。

3）托拉木－笙根工區(qū)的最佳采集參數(shù)為：覆蓋次數(shù)240次，最大炮檢距7 000～8 000m，采樣間隔1ms，道距小于50m；激發(fā)／接收條件：單井激發(fā)，井深不低于15m（河灘礫石區(qū)井深大于14m），藥柱頂部距潛水面或高速層下3m；激發(fā)藥量18kg以上；檢波器組合圖形為2串檢波器、組內距為2m的平行測線或“X”型大組合。

4）采用在技術上和經(jīng)濟上均可行的“兩炮兩線”或“一炮兩線”、240次覆蓋次數(shù)的寬線采集技術，在羌塘盆地托拉木－笙根地區(qū)獲得了目前質量最好的地震剖面資料。

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