三維復(fù)雜地表區(qū)井震聯(lián)合地震采集技術(shù)在庫車東探區(qū)的應(yīng)用

王林林

(中國(guó)石化石油工程地球物理有限公司河南分公司，河南南陽 473132)

三維復(fù)雜地表區(qū)井震聯(lián)合地震采集技術(shù)在庫車東探區(qū)的應(yīng)用

王林林

(中國(guó)石化石油工程地球物理有限公司河南分公司，河南南陽 473132)

針對(duì)庫車東三維探區(qū)地震資料采集單炮能量差異大，信噪比不高，野外地震資料采集質(zhì)量難以滿足逆掩推覆構(gòu)造解釋的需要等難題，開展了地震采集技術(shù)攻關(guān)，研究出不同地表類型激發(fā)分區(qū)的界定方法；并通過論證、對(duì)比和系統(tǒng)試驗(yàn)，優(yōu)選出各激發(fā)區(qū)的最佳激發(fā)參數(shù)以及井震銜接方式，形成了一套炸藥震源與可控震源聯(lián)合三維采集的技術(shù)方法。新采集的地震資料與以往地震資料相比，采集質(zhì)量有了較大的提高。

庫車東探區(qū)；復(fù)雜地表；激發(fā)分區(qū)；井炮與可控震源聯(lián)合；三維地震采集

庫車東三維探區(qū)位于庫車坳陷南緣，在前震旦系結(jié)晶基底上局部發(fā)育了震旦系-寒武系以海相碳酸鹽巖為主的沉積和中新生界陸相碎屑巖沉積，受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，區(qū)內(nèi)地層沉積發(fā)育不全，并遭受多期剝蝕。自白堊紀(jì)開始，庫車坳陷與塔北隆起連成一片，砂體十分發(fā)育。庫車坳陷南緣構(gòu)造帶有油氣發(fā)現(xiàn)，其中，秋里塔格構(gòu)造帶與前緣斜坡構(gòu)造帶的油氣成果更為突出。但該區(qū)地下斷裂發(fā)育、地層破碎、構(gòu)造復(fù)雜，使得主要勘探目的層成像困難；同時(shí)由于南天山與亞肯山近地表成因不同，以及南天山?jīng)_擊扇戈壁礫石巨厚，表層結(jié)構(gòu)松散，地震波高頻成分吸收和衰減嚴(yán)重[1]，使得單炮記錄激發(fā)能量較弱，信噪比低，所獲得的地震剖面難以滿足精確地質(zhì)綜合研究的需要。為了提高該區(qū)地震資料的采集質(zhì)量，從精細(xì)表層結(jié)構(gòu)調(diào)查入手，建立激發(fā)分區(qū)模型，科學(xué)選擇不同激發(fā)區(qū)震源類型和激發(fā)參數(shù)，以及井炮與可控震源炮的銜接方式，形成一套炸藥震源與可控震源聯(lián)合三維采集方法，為查清該區(qū)的地層分布特征和構(gòu)造接觸關(guān)系提供了可靠的資料。

1 地震采集技術(shù)

1.1 利用表層結(jié)構(gòu)和地表特征，細(xì)劃激發(fā)區(qū)

1.1.1 采用不同方法調(diào)查不同區(qū)段表層結(jié)構(gòu)

針對(duì)低降速帶巨厚的礫石區(qū)，采用長(zhǎng)排列小折射和超深微測(cè)井相結(jié)合方式調(diào)查表層結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)排列小折射采用48道409 m接收，通過加長(zhǎng)排列長(zhǎng)度和增加空間采樣點(diǎn)來提高表層調(diào)查精度，同時(shí)以此指導(dǎo)深井微測(cè)井進(jìn)行精細(xì)表層調(diào)查，而超深微測(cè)井調(diào)查深度設(shè)計(jì)為80 m，以便更加合理地解剖該區(qū)表層結(jié)構(gòu)；而在山體區(qū)則采用常規(guī)微測(cè)井和MVSP微測(cè)井相結(jié)合方法進(jìn)行表層結(jié)構(gòu)調(diào)查，激發(fā)方式是地面錘擊組合，多次激發(fā)，偏移距2 m，接收方式則采用井口固定擺放一個(gè)檢波器，另一個(gè)檢波器以一定距離在井中移動(dòng)，每個(gè)停駐點(diǎn)通過精確測(cè)量來完成。

1.1.2 根據(jù)表層調(diào)查成果劃分激發(fā)邊界

根據(jù)不同調(diào)查方法獲得的表層調(diào)查成果數(shù)據(jù)，繪制出高速層頂界面厚度圖，并以測(cè)量高程為依據(jù)進(jìn)行地表類型分區(qū)，沿每條炮線方向劃分出山體區(qū)和礫石區(qū)的邊界，這時(shí)的邊界呈現(xiàn)不規(guī)則形狀，邊界部位采用井炮或震源激發(fā)還不能完全確定，因?yàn)榭煽卣鹪醇ぐl(fā)時(shí)必須考慮到震源點(diǎn)盡可能平坦，使之與震源重錘間具有較大的接觸面，以獲得更加有效的激發(fā)能量。

1.1.3 通過擬合激發(fā)井深指導(dǎo)激發(fā)分區(qū),確定井炮與震源炮施工范圍

根據(jù)表層調(diào)查成果，結(jié)合該區(qū)以往的激發(fā)參數(shù)，選取在高速層頂界面以下5 m設(shè)計(jì)激發(fā)井深，由于亞肯山以北礫石區(qū)高速層一般有兩個(gè)，需選擇在第二個(gè)高速層(速度在2 100 m/s)進(jìn)行，然后根據(jù)設(shè)計(jì)出的各束線井深設(shè)計(jì)，按照由南往北，由淺到深的順序，以4 m為單位排序，得出不同的激發(fā)深度；由于亞肯山以北礫石區(qū)設(shè)計(jì)出的井深明顯高于其他區(qū)域，一般在60～90 m，且隨著地表高程的增大，激發(fā)井深加大，可以據(jù)此確定北部礫石區(qū)可控震源施工范圍。施工中為了提高震源震動(dòng)能量，采用多臺(tái)組合激發(fā)，實(shí)際震源施工范圍同時(shí)參考地表變化。

1.2 選用不同激發(fā)方式，提高地震激發(fā)效果

1.2.1 亞肯山區(qū)激發(fā)參數(shù)選取[2]

根據(jù)該區(qū)表層地震地質(zhì)條件，從滿足提高勘探精度的需要，井深選擇在高速層頂界面以下3～7 m激發(fā)，由于考慮到虛反射對(duì)激發(fā)地震波的影響，對(duì)亞肯山區(qū)進(jìn)行了激發(fā)井深對(duì)比試驗(yàn)，圖1為高速層頂界面以下不同深度激發(fā)的原始單炮記錄，從對(duì)比記錄上可以看出該區(qū)采用高速層頂界面以下5 m激發(fā)效果較好。

圖1 亞肯山區(qū)不同深度對(duì)比原始單炮

藥量選擇必須保證激發(fā)時(shí)盡量避開或擊穿具有強(qiáng)烈吸收衰減作用的低降速風(fēng)化層，確保各主要目的層反射資料的能量與信噪比。參考該區(qū)以及鄰區(qū)以往采用的激發(fā)藥量，一般在14～23 kg，從獲得的單炮記錄情況看，藥量越大能量越強(qiáng)，同向軸連續(xù)性越好，資料的信噪比越高。為此，亞肯地面背斜山體區(qū)藥量試驗(yàn)采用22～28 kg，以確定大藥量對(duì)單炮記錄的影響效果，并優(yōu)選合理的藥量參數(shù)。圖2為亞肯山體區(qū)激發(fā)藥量單炮記錄，可以看出藥量24 kg、26 kg對(duì)應(yīng)的單炮同向軸連續(xù)性較好。由于較寬的頻帶對(duì)于深層地震資料采集有較大的貢獻(xiàn)，為此亞肯山區(qū)激發(fā)藥量選擇為26 kg。

1.2.2 南天山區(qū)激發(fā)參數(shù)選取

從大量的低降速帶調(diào)查結(jié)果與地震激發(fā)效果的對(duì)比中發(fā)現(xiàn)，最終決定該區(qū)激發(fā)效果好壞的是圍巖傳播地震波的速度，即激發(fā)圍巖的速度大小是獲得較好激發(fā)效果的關(guān)鍵。

南天山大部分地勢(shì)較高的部位潛水面都較深，且淺表巖性的風(fēng)化程度隨深度增加是漸變的。在實(shí)際施工能夠鉆達(dá)的深度一般為30 m，當(dāng)打井達(dá)不到潛水面時(shí)，井越深，激發(fā)圍巖速度越高，激發(fā)效果越好。對(duì)于山間低洼處潛水面較淺，而且低速蓋層較薄，弱風(fēng)化基巖埋藏也較淺，激發(fā)井深無需太大就能獲得較好的記錄。所以井深一般選在18～20 m，而且可以避開因虛反射的影響而降低資料品質(zhì)。

為了確保主要目的層的地震波反射主頻,拓寬有效波頻帶,提高縱向分辨率,以獲取高信噪比地震資料，突出有效反射,得到復(fù)雜構(gòu)造信息的目的，南天山區(qū)打井深度20 m、單井藥量采用24 kg。

1.2.3 北部巨厚礫石區(qū)激發(fā)參數(shù)選取

為了深入剖析北部巨厚礫石區(qū)的表層和地下結(jié)構(gòu)，以便獲得該區(qū)域合理的激發(fā)參數(shù)，搜集到該區(qū)的庫1井探井資料，該井位于北部巨厚礫石區(qū)，表層礫石層厚度達(dá)1 000 m左右。表層巨厚的礫石層對(duì)地震波能量衰減嚴(yán)重，尤其對(duì)高頻成分的損失多，降低了資料的分辨率。而庫1井鉆探表明氣藏具有多套含氣層疊置、單層厚度薄的特點(diǎn)，同時(shí)深部目的層小斷裂發(fā)育，需通過儲(chǔ)層橫向預(yù)測(cè)提高地震資料的分辨率。

就激發(fā)條件而言，若采用井炮激發(fā)，一方面需盡可能鉆穿礫石層取得好的激發(fā)巖性，另一方面，需采用較大的藥量激發(fā)，且炸藥的能量要盡可能的集中下傳，這對(duì)于在巨厚松散的礫石層采用井炮激發(fā)條件是不具備的。可是，采用大噸位可控震源激發(fā)就可以加強(qiáng)地震波下傳能量，提高主要目的層特別是深層資料的信噪比，因?yàn)榭煽卣鹪醇ぐl(fā)具有以下三方面的優(yōu)勢(shì)：①利用可控震源垂直疊加效應(yīng)來壓制干擾，特別是高頻隨機(jī)干擾；②可控震源方向性強(qiáng)，有利于提高下傳能量；③可控震源激發(fā)頻帶具有可調(diào)性。

為了獲得理想的激發(fā)效果，需要對(duì)可控震源參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比試驗(yàn)，以確定合適的可控震源參數(shù)。對(duì)于震動(dòng)臺(tái)次而言，根據(jù)鄰區(qū)近年來采用的可控震源參數(shù)可知，一般采用6次 6(或8)臺(tái)和8臺(tái) 2(或4、6)次震動(dòng)參數(shù)即可獲得較大的能量；對(duì)于掃描長(zhǎng)度而言，可控震源掃描長(zhǎng)度決定了激發(fā)能量，與炸藥震源的炸藥量相當(dāng)。原則上，掃描長(zhǎng)度越長(zhǎng)激發(fā)能量越強(qiáng)，可是由于受施工效率和存儲(chǔ)器容量限制，掃描長(zhǎng)度需要一定的限制，為獲得本區(qū)較好的掃描長(zhǎng)度參數(shù)，進(jìn)行了10、12、14、16、18 s的不同掃描長(zhǎng)度對(duì)比試驗(yàn)。對(duì)于最深目的層而言，該區(qū)域的掃描長(zhǎng)度宜在14 s以上；對(duì)于掃描頻率而言，掃描頻率來源于起始頻率和終了頻率，即頻帶寬度，決定了分辨率。對(duì)于深層地震勘探，拓寬頻帶寬度很重要，并且擴(kuò)展頻帶寬度時(shí)，低頻端比高頻端效果大。但是，由于受機(jī)械響應(yīng)限制，下限一般為6 Hz，超過下限工作時(shí)，需采取振幅限制措施。對(duì)于終了頻率主要根據(jù)勘探頻率上限確定。本區(qū)主要目的層為中新生界，應(yīng)重點(diǎn)提高反射波的信噪比和分辨率[3]，做到反射層次齊全，接觸關(guān)系、尖滅點(diǎn)清楚，反射特征明顯。結(jié)合鄰區(qū)三維地震資料處理結(jié)果，使本區(qū)主要目的層(古近系、白堊系、侏羅系)主頻達(dá)到40～45 Hz，頻寬10～70 Hz，力爭(zhēng)分辨大于20 m厚的儲(chǔ)層和垂直斷距≥15 m的斷裂，為該區(qū)圈閉落實(shí)，巖性解釋對(duì)比，提供可靠基礎(chǔ)資料。為此，終了頻率設(shè)定在72 Hz。由于該區(qū)表層結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜,為獲得較好的掃描頻率參數(shù)，進(jìn)行了6～56 Hz、6～64 Hz、6～72 Hz、6～80 Hz；8～72 Hz、10～72 Hz不同段的掃描頻率對(duì)比試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)得出，采用8～72 Hz的掃描頻率參數(shù)，記錄主頻較高，頻帶也比較寬。

1.3 礫石區(qū)與山體銜接處最佳激發(fā)參數(shù)的選取

為了便于解釋的偏移數(shù)據(jù)體反射波振幅、相位、頻率、波形一致，不但要做到反射波組起伏形態(tài)保真，而且要盡可能做好相對(duì)振幅保真處理，為巖性反演和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。為此，在地震資料采集時(shí)，要盡可能獲得頻率一致的地震子波。同時(shí)，北部礫石區(qū)與山體銜接處表層結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，既不同于單一的山體區(qū)，也不同于戈壁礫石區(qū)，同一激發(fā)點(diǎn)最佳井炮激發(fā)參數(shù)與最佳震源參數(shù)對(duì)比，就是為了驗(yàn)證銜接處的最佳激發(fā)參數(shù)。圖3為北部巨厚礫石區(qū)最佳單深井激發(fā)參數(shù)(86 m,26 kg)，圖4為可控震源最佳激發(fā)參數(shù)8臺(tái)6次1秒的對(duì)比顯示，從中可以看出，兩者存在一定差別。主要表現(xiàn)在該區(qū)表層被礫石所覆蓋，對(duì)激發(fā)能量產(chǎn)生強(qiáng)烈的衰減、吸收作用，同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的源致干擾和散射干擾，降低了資料品質(zhì)；可控震源單炮資料顯示，原始單炮記錄有效波組信息較弱，但分頻掃描顯示，深層波組信息豐富、信噪比高、頻帶較寬。由于表層結(jié)構(gòu)的變化邊界與地表邊界往往不一致，使銜接處震源類型的選用有一定難度，通過借鑒鄰區(qū)以往施工經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合該區(qū)試驗(yàn)資料和沖積扇區(qū)表層結(jié)構(gòu)特征，得出銜接處盡可能采用可控震源激發(fā)，并采用試驗(yàn)得出的激發(fā)參數(shù)。

圖3 巨厚礫石區(qū)采用井炮最佳試驗(yàn)因素記錄

圖4 巨厚礫石區(qū)采用可控震源最佳試驗(yàn)因素記錄

1.4 井炮和可控震源炮聯(lián)合采集方法

南天山地表覆蓋著較薄的第四系礫石，礫石比較松散。在南天山山體北麓，礫石區(qū)相對(duì)高差在20～400 m，南北寬度在15～25 km，礫石粒度較大，沖溝密布呈樹冠狀，導(dǎo)致該區(qū)地表起伏較大；在南天山南麓，礫石區(qū)南北寬度在0.5～2 km，相對(duì)高差在20～50 m不等，礫石粒度較小，覆蓋在山體表面，向南延伸形成沖積扇、戈壁灘；在亞肯背斜北翼，礫石山較低，且相對(duì)平緩，南北寬度在1～3 km，礫石粒度較小，覆蓋在背斜表面，厚度在1～30 m，向北延伸形成戈壁灘。所以該區(qū)域的表層地震地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜。

該區(qū)共發(fā)育六大沖積扇，自北向南沖積扇厚度由厚變薄(庫1井鉆井揭示，第四系未膠結(jié)成巖厚度為970 m)。六大沖積扇平面上相互交叉、剖面上相互疊置，同一扇體不同部位、相互疊置的扇體之間礫石礫徑大小不同、礫石之間松散沉積物含量不同，可見，該區(qū)域地貌異常復(fù)雜。

井炮與可控震源的施工范圍，是根據(jù)表層結(jié)構(gòu)和地貌特征進(jìn)行劃分，確定各線束井炮和震源炮位置的。一方面，由于地表的原因，要獲得比較好的震源施工地段，需要選擇比較平坦的位置；另一方面，由于表層地震地質(zhì)條件的原因，可控震源激發(fā)后獲得的單炮記錄可能由于頻率過低，難以獲得與南天山和亞肯山區(qū)一致性較好的地震記錄[4]，給后期資料處理中子波整形處理帶來困難，為此，對(duì)于兩山體區(qū)與礫石區(qū)銜接部位資料、沖溝部位以及表層風(fēng)化嚴(yán)重的地段炮井采集后，進(jìn)行可控震源重復(fù)采集，便于為多次垂直疊加資料處理提供豐富的采集信息，以提高資料信噪比。

北部礫石區(qū)與南天山交界段，表層結(jié)構(gòu)復(fù)雜異常，部分地段單一激發(fā)方式難以獲得較高信噪比單炮資料，為提高疊加剖面信噪比，采用多次垂直疊加方法，重疊部分井炮和可控震源炮。

2 應(yīng)用效果

2007年庫車坳陷天山南區(qū)塊庫車東三維地震勘探資料采集項(xiàng)目中,工區(qū)地形呈北高南低趨勢(shì)，區(qū)內(nèi)海拔在900～1 600 m，南北相對(duì)高差較大，且地表類型多變，巖性復(fù)雜，由北往南地表依次分布有南天山山體區(qū)，山前沖積扇戈壁礫石區(qū)、亞肯地表背斜山，南部為鹽堿地和農(nóng)田。總體表現(xiàn)為南天山山前戈壁斜坡地貌形態(tài)，具有明顯的南北分帶特征。

在進(jìn)行激發(fā)分區(qū)精細(xì)劃分之前，亞肯山與南天山歸于同一激發(fā)區(qū)，可是由于兩山(亞肯山、南天山)之間形成機(jī)理不同，表層激發(fā)條件差別很大，激發(fā)分區(qū)粗略，難以保證獲得合適的激發(fā)參數(shù)；而且激發(fā)手段單一，全部采用井炮激發(fā),對(duì)于低降速層巨厚的南天山?jīng)_積扇礫石區(qū)，鉆井無法保證在高速層中激發(fā)，致使下傳能量微弱，難以獲得較強(qiáng)的地震反射信號(hào)。激發(fā)分區(qū)細(xì)分后，經(jīng)研究分析和試驗(yàn)得出南天山區(qū)采用固定井深、亞肯山區(qū)采用逐點(diǎn)設(shè)計(jì)井深，南天山?jīng)_積扇礫石區(qū)采用可控震源激發(fā)，使得不同激發(fā)區(qū)單炮記錄能量強(qiáng)，主要目的層反射信息豐富。

2007年庫車東三維地震勘探資料采集項(xiàng)目，第48～94束共47束三維地震測(cè)線，以往資料顯示(圖5)石炭系以上地層反射波組連續(xù)性稍差，層間信息少、分辨率低，地層接觸關(guān)系不太清楚、斷層斷點(diǎn)不清；石炭系以下地層由于埋深大，反射波能量吸收衰減明顯，反射波振幅變?nèi)?，尤其是北部礫石區(qū)反射能量弱，波組零亂、資料較差，并且不同地表?xiàng)l件下剖面品質(zhì)差異大，不能很好滿足復(fù)雜構(gòu)造解釋要求；通過細(xì)劃激發(fā)分區(qū)，獲得以試驗(yàn)為基礎(chǔ)的各分區(qū)最佳激發(fā)參數(shù)，并通過實(shí)施井炮與可控震源聯(lián)合采集，使得新采集到的地震剖面整體面貌自然清晰(圖6)，目的層信噪比高；淺中深目的層齊全，分辨率較高，中北部逆掩推覆構(gòu)造帶空間展布清楚。新采集資料從南往北信噪比、分辨率明顯提高，能夠較好滿足巖性解釋對(duì)比需要，也為非構(gòu)造圈閉的進(jìn)一步研究提供了比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料。

圖5 以往2002NW455線二維地震剖面

圖6 庫東三維新采集第56束三維地震剖面

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)戈壁巨厚礫石區(qū)激發(fā)和接收條件較差，采用大噸位可控震源激發(fā)，可以較大幅度提高資料品質(zhì)，并在一定程度上提高了施工效率。

(2)將復(fù)雜的地表進(jìn)行激發(fā)區(qū)細(xì)分，優(yōu)選出分區(qū)激發(fā)參數(shù)和激發(fā)方式，并做好過渡帶的資料采集銜接，可以將復(fù)雜的問題簡(jiǎn)單化，較大幅度地提高采集資料品質(zhì)。

(3)對(duì)于同一工區(qū)的不同激發(fā)分區(qū)，既要考慮同一激發(fā)區(qū)內(nèi)采集參數(shù)的適宜性，又要考慮不同激發(fā)區(qū)之間地震子波的一致性，以便獲得較好的地震資料，更好地為后續(xù)資料處理服務(wù)。

(4)地震勘探要獲得好的地震資料，在采用合適觀測(cè)系統(tǒng)的前提下，保證較好的激發(fā)效果相當(dāng)重要，建議以后在完成復(fù)雜地表區(qū)域地震勘探采集作業(yè)前，認(rèn)真加強(qiáng)不同地表類型與不同激發(fā)方式的適應(yīng)性研究，以不斷提高采集質(zhì)量和施工效率。

(5)可控震源施工具有能量下傳集中、激發(fā)頻帶較寬，且具備高環(huán)保、低消耗、低風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)，建議在沙漠區(qū)施工中采用可控震源激發(fā)。

[1] 閻世信．山地地球物理勘探技術(shù)[M]．北京：石油工業(yè)出版社，2000：58-72.

[2] 陸基孟．地震勘探原理[M]．山東東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，1996:79-97.

[3] 陸克政．石油物探地質(zhì)基礎(chǔ)[M]．山東東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，2002:50-78.

[4] 陳貞文，胡嘯.巴楚隆起羅斯塔格山體區(qū)地震激發(fā)技術(shù)方法研究[J].石油地質(zhì)與工程，2009，28(4)：29-30.

編輯：劉洪樹

1673-8217(2015)06-0067-05

2015-07-29

王林林，工程師，1981年生，2006年畢業(yè)于河南理工大學(xué)電子信息工程專業(yè)，現(xiàn)從事物探采集技術(shù)研究工作。

P631.422

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