多分量轉(zhuǎn)換波技術(shù)在常規(guī)三維地震采集中的應(yīng)用
——以永太三維為例

梁軍輝，劉遠(yuǎn)志,劉 勝，雷 揚(yáng),梁正洪,張志鋒

（中石化石油工程地球物理有限公司西南分公司，四川德陽(yáng)618000）

·石油與鉆掘工程·

多分量轉(zhuǎn)換波技術(shù)在常規(guī)三維地震采集中的應(yīng)用
——以永太三維為例

梁軍輝*，劉遠(yuǎn)志,劉 勝，雷 揚(yáng),梁正洪,張志鋒

（中石化石油工程地球物理有限公司西南分公司，四川德陽(yáng)618000）

由于多分量勘探能夠獲得反映介質(zhì)各向異性的C波及流體性質(zhì)的P波資料，兼?zhèn)淞薖波和S波勘探的優(yōu)勢(shì)，因此隨著多波多分量技術(shù)的發(fā)展，轉(zhuǎn)換波勘探技術(shù)在油氣勘探中逐漸得到推廣應(yīng)用。然而，三維三分量地震勘探相對(duì)于常規(guī)三維地震勘探，其成本仍然很高。為此，提出了把多分量轉(zhuǎn)換波技術(shù)用于常規(guī)的三維地震勘探。通過對(duì)前期資料認(rèn)真分析，和對(duì)地球物理參數(shù)充分論證的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出滿足地質(zhì)任務(wù)需求的合理觀測(cè)系統(tǒng)。通過對(duì)激發(fā)參數(shù)的優(yōu)化，確定不同條件下的接收因素，采用多分量轉(zhuǎn)換波技術(shù)，野外采集獲得了成功，并取得了高質(zhì)量的原始地震資料。單炮原始記錄信噪比和分辨率都很高，Z分量和R分量疊加剖面波組特征清楚，同相軸連續(xù)，反射信息豐富,具有非常好的構(gòu)造形態(tài)一致性，為類似地區(qū)多分量轉(zhuǎn)換波技術(shù)推廣應(yīng)用積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

多分量轉(zhuǎn)換波；采集；觀測(cè)系統(tǒng)；數(shù)字檢波器；信噪比

多年的研究表明，川西地區(qū)的陸相沉積環(huán)境形成了較好的生油氣層系，砂巖除淺層次生氣藏外，以孔隙—裂縫、裂縫—孔隙型為主要儲(chǔ)集層類型，產(chǎn)層基質(zhì)孔隙度僅4%左右，有的不到2%，常規(guī)縱波地震資料難以解決構(gòu)造內(nèi)對(duì)天然氣成藏起重要作用的斷裂展布和構(gòu)造變化細(xì)節(jié)問題，以及致密、低孔滲非常規(guī)儲(chǔ)層的非均質(zhì)性預(yù)測(cè)問題[1]。要解決這些復(fù)雜的勘探問題，就地震勘探技術(shù)而言，僅僅依靠單一縱波的常規(guī)三維地震已顯出明顯的局限性[2]。

多波地震勘探技術(shù)是進(jìn)行巖性油氣藏和隱蔽油氣藏勘探的一種有效的技術(shù)方法。利用多波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，以及縱、橫波之間的時(shí)差比、頻率、相位、振幅比、速度就可以對(duì)儲(chǔ)層展布、儲(chǔ)集參數(shù)分布特征、裂縫發(fā)育程度及方位、含氣性及流體性質(zhì)等進(jìn)行全面的刻劃[3]，進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)時(shí)，盡量消除單一縱波的多解性，提高復(fù)雜油氣藏勘探開發(fā)效益。

基于微機(jī)電系統(tǒng)(micro-electronic-mechanicalsystem簡(jiǎn)稱MEMS)技術(shù)的多分量全數(shù)字地震儀的迅速發(fā)展和采集方法技術(shù)的改進(jìn)，三維轉(zhuǎn)換波勘探的成本大幅降低，多波技術(shù)在巖性勘探、裂隙檢測(cè)、流體識(shí)別等方面獲得成功而備受關(guān)注[4]。

在轉(zhuǎn)換波3D3C勘探中，其采集參數(shù)論證及觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是轉(zhuǎn)換波勘探的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，然而理想的3D3C觀測(cè)系統(tǒng)的勘探成本較高。由于多波多分量地震勘探可以獲得比單一縱波勘探多得多的信息量（包括多波多分量的走時(shí)、振幅、波場(chǎng)特性、速度場(chǎng)以及它們之間的時(shí)差、振幅比、縱橫波速度比、泊松比、品質(zhì)因子、各向異性信息、橫波分裂等），縱、橫波聯(lián)合對(duì)巖性變化、裂縫及流體性質(zhì)預(yù)測(cè)等研究較之單純縱波具有明顯優(yōu)勢(shì)，可以最大限度地消除氣藏預(yù)測(cè)的非唯一性[5-9]。因此，根據(jù)多分量轉(zhuǎn)換波勘探這種優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，也為了提高采集設(shè)備的利用效率，提出了把多分量轉(zhuǎn)換波技術(shù)應(yīng)用于常規(guī)三維地震勘探，結(jié)果在德陽(yáng)永太三維地震勘探中取得了很好的應(yīng)用效果。

1 轉(zhuǎn)換波地震地質(zhì)條件概況

根據(jù)轉(zhuǎn)化波勘探的理論，轉(zhuǎn)換波應(yīng)遵循斯奈爾定律，其傳播路徑如圖1所示：

規(guī)律是轉(zhuǎn)換點(diǎn)隨深度而變化，轉(zhuǎn)換點(diǎn)c偏向接收點(diǎn)一邊，斯奈爾定律決定在同一介質(zhì)中，橫波速度總是小于縱波速度，轉(zhuǎn)換波的出射角總是小于入射角的，出射路徑總是小于入射路徑的[3]。

圖1 轉(zhuǎn)換波傳播路徑示意圖

因此轉(zhuǎn)換波勘探的首要條件是存在轉(zhuǎn)換界面，其次才是轉(zhuǎn)換波的采集質(zhì)量。因此要進(jìn)行多分量轉(zhuǎn)換波勘探，必須要解決的問題是：是否存在足夠強(qiáng)的轉(zhuǎn)換界面；三分量檢波器對(duì)該區(qū)轉(zhuǎn)換波的接收能力，因?yàn)榧词构^(qū)存在較強(qiáng)的轉(zhuǎn)換界面，發(fā)育較好的轉(zhuǎn)換波，也有可能因?yàn)閿?shù)字三分量檢波器單點(diǎn)接收而導(dǎo)致資料信噪比低，最終無(wú)法得到高質(zhì)量的轉(zhuǎn)換波資料[6]；由于采取縱波和轉(zhuǎn)換波采集，要有比較強(qiáng)的激發(fā)能量，以便于轉(zhuǎn)換波成像能力。

德陽(yáng)永太三維工區(qū)位于川西地區(qū)，地形由龍泉山山脈深丘區(qū)向淺丘區(qū)過渡，區(qū)域構(gòu)造位于川西坳陷東斜坡構(gòu)造帶上。地表巖性出露主要為侏羅系、白堊系砂巖和砂、泥巖互層，出露地層平緩。工區(qū)激發(fā)巖性分布較為簡(jiǎn)單，根據(jù)踏勘和收集的資料來(lái)看，主要以白堊系砂巖、泥巖和砂泥巖互層為主，激發(fā)條件較好；有零星疏松砂巖出露，厚度不等，位于該工區(qū)的河灘附近出露卵石、流沙，激發(fā)條件相對(duì)較差。根據(jù)前期少量的勘探成果來(lái)看，工區(qū)內(nèi)地震地質(zhì)條件較好，地層發(fā)育較完整，地腹構(gòu)造較為平緩，龍泉山區(qū)斷裂較發(fā)育；總體上構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，沉積較穩(wěn)定，構(gòu)造保存條件較好，存在良好的物性界面；從淺至深有多個(gè)良好的波阻抗反射界面，可獲得侏羅系的蓬萊鎮(zhèn)組、沙溪廟組、千佛崖組和三疊系上統(tǒng)的須家河組、馬鞍塘組等多套地層的地震反射波組。根據(jù)鄰區(qū)3D3C的勘探成果分析，該地區(qū)地震信號(hào)具有高信噪比和高分辨的特征，同時(shí)具有很好的轉(zhuǎn)換波界面，單點(diǎn)三分量數(shù)字檢波器接收的轉(zhuǎn)換波成像能力較強(qiáng)[10]。

2 資料采集技術(shù)方法

地震資料質(zhì)量的好壞,特別是相對(duì)于多分量轉(zhuǎn)換波，很大程度上取決于地震波的激發(fā)、接收以及觀測(cè)方式等各個(gè)環(huán)節(jié)的合理性和適應(yīng)性。

2.1 觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

純粹的多分量轉(zhuǎn)換波觀測(cè)系統(tǒng)首先保證縱波的成像效果，然后才是盡可能地采集到相對(duì)較高信噪比的轉(zhuǎn)換波，既要保證縱波覆蓋次數(shù)均勻，也要保證轉(zhuǎn)換波覆蓋次數(shù)分布均勻[6]。而本次常規(guī)三維勘探則主要是在高信噪比的地區(qū)提高地震資料的分辨率，其次才考慮轉(zhuǎn)換波勘探。

根據(jù)本次地質(zhì)任務(wù)：以沙溪廟組為勘探主要目的層，兼顧蓬萊鎮(zhèn)組、須家河組、雷口坡組。查清各主要反射層的局部構(gòu)造形態(tài)、空間展布及變化，落實(shí)斷層性質(zhì)、規(guī)模、延伸方向及長(zhǎng)度等要素[11]，查明與周邊構(gòu)造的關(guān)系，確認(rèn)知其巖性復(fù)合圈閉，發(fā)現(xiàn)新的勘探目標(biāo)。并結(jié)合該區(qū)地球物理特征,基于多分量轉(zhuǎn)換波常規(guī)地震采集觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用基于地質(zhì)模型的目標(biāo)地震采集設(shè)計(jì)技術(shù)，利用目的層的地球物理參數(shù)對(duì)主要目的層段的進(jìn)行論證[12],以達(dá)到在有效偏移距內(nèi)提高主要目的層的覆蓋次數(shù)的目的，從而增強(qiáng)有效地震信號(hào),提高勘探的分辨率和信噪比，從而獲得理想的縱波和轉(zhuǎn)換波資料[13-16]。

構(gòu)造勘探通常情況下采用滾動(dòng)一半的接收線，而對(duì)針對(duì)巖性勘探，則應(yīng)考慮適當(dāng)減小橫向滾動(dòng)距離，增加重復(fù)接收線數(shù)量，改善靜校正耦合，減小采集痕跡，提高觀測(cè)系統(tǒng)面元內(nèi)的覆蓋次數(shù)和炮檢距分布的均勻性。

充分借鑒本區(qū)二維和鄰區(qū)三維勘探經(jīng)驗(yàn)，在采集參數(shù)論證的基礎(chǔ)上，三維觀測(cè)系統(tǒng)必須滿足地質(zhì)任務(wù)要求；重點(diǎn)分析三維觀測(cè)系統(tǒng)面元屬性（覆蓋次數(shù)、炮檢距、方位角等的分布均勻性），面元屬性均勻性好壞對(duì)后續(xù)資料處理（如速度分析、靜校正等）至關(guān)重要；通過設(shè)計(jì)，對(duì)比、優(yōu)選出能完成地質(zhì)任務(wù)、成本優(yōu)化的三維觀測(cè)系統(tǒng)。

由于該區(qū)地形起伏不大，地下構(gòu)造不太復(fù)雜，宜采用束狀集中式觀測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)際資料分析及參數(shù)論證結(jié)論，采用12L3S(106+62)T1R84F觀測(cè)系統(tǒng)(表1)。通過對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)的屬性分析，認(rèn)為該觀測(cè)系統(tǒng)能夠完成地質(zhì)任務(wù)勘探要求。

2.2 激發(fā)參數(shù)

表1 觀測(cè)系統(tǒng)排列片參數(shù)表

要提高資料品質(zhì)，特別是要兼顧轉(zhuǎn)換波的情況下，地震波的激發(fā)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)[5]。結(jié)合工區(qū)地震條件，借鑒項(xiàng)目周邊常規(guī)三維和3D3C成功經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)資料情況可以得出，努力提高資料分辨率和轉(zhuǎn)換波的激發(fā)因素試驗(yàn)確定了激發(fā)因素。

激發(fā)藥型：采用銨銻高密度震源藥柱進(jìn)行激發(fā)。

原則上采取單井激發(fā)。根據(jù)砂泥巖及第四系覆蓋區(qū)域不同的地形、激發(fā)巖性、含水性等綜合考慮，激發(fā)井深為18～20m，激發(fā)藥量為8～14kg；對(duì)疏松砂巖區(qū)域，盡可能打穿疏松砂巖在砂泥巖中激發(fā)，對(duì)于不能打穿的較厚疏松砂巖，激發(fā)井深20m，激發(fā)藥量16～18kg。

2.3 接收因素

采用SVSM三分量數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收。SVSM數(shù)字檢波器的水平X分量方向必須對(duì)準(zhǔn)線束inline方向，并指向大號(hào)，方位角為90°，誤差不大于1°（考慮磁偏角的影響，野外施工時(shí)對(duì)準(zhǔn)的角度為91.5°）。SVSM數(shù)字檢波器埋置做到“平、穩(wěn)、正、直、緊、準(zhǔn)”，確保檢波器的矢量保真度。SVSM數(shù)字檢波器要求開孔埋置，在以測(cè)量點(diǎn)位標(biāo)記為圓心，0.5m為半徑的圓內(nèi)開孔埋置，并保護(hù)好測(cè)量點(diǎn)位標(biāo)識(shí)。

針對(duì)不同的地表?xiàng)l件，采取相應(yīng)的技術(shù)措施埋置檢波器。河灘卵石覆蓋區(qū)檢波器較難埋置，接收效果變差，其埋置技術(shù)是，先在卵石中挖深為25cm(長(zhǎng))× 25cm(寬)×40cm(深)坑，填入泥土夯實(shí)，開孔，再將檢波器插人孔內(nèi)埋緊；城鎮(zhèn)、公路等水泥地面采用“貼泥餅”的方法埋置檢波器，即將粘土在水泥地面上做成泥餅并緊貼地面，開孔，再將檢波器插人泥餅中進(jìn)行埋置；其他地方則按單點(diǎn)數(shù)字檢波器一般方法埋置。

3 應(yīng)用效果

由于本次是常規(guī)的三維地震勘探，但卻采用多分量轉(zhuǎn)換波技術(shù)，并在資料采集的過程中注重了各環(huán)節(jié)的技術(shù)措施，因此，從實(shí)際的采集效果來(lái)看，原始資料縱波信噪比及分辨率均較高，同時(shí)取得了很好的轉(zhuǎn)換波資料。

3.1 單炮分析

本次采集與原二維采集的同一點(diǎn)單炮記錄對(duì)比，可以看出，原二維單炮記錄和本次采集單炮記錄信噪比都較高，有效波連續(xù)性較好，但二維記錄干擾波相對(duì)發(fā)育，三維資料品質(zhì)明顯優(yōu)于原二維（圖2）。對(duì)單炮進(jìn)行分頻掃描分析，由分頻掃描記錄可以看到，主頻較高，頻寬較寬，大部分激發(fā)主頻達(dá)到70Hz；

圖2 典型單炮對(duì)比

本次勘探采集到的典型單炮記錄的不同分量分析來(lái)看，除Z分量反射信息豐富，反射連續(xù)性好，信噪比和分辨率都較高外，也取得了理想的轉(zhuǎn)換波資料，且X或R分量信噪比較高（圖3）。

3.2 剖面分析

從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控處理疊加剖面來(lái)看（圖4a），數(shù)字檢波器Z分量主要勘探目的層信噪比較高，連續(xù)性較好，波組特征清晰，較之以往資料,資料品質(zhì)明顯改善,能夠完成地質(zhì)任務(wù)。

轉(zhuǎn)換波疊加R分量剖面的目的層連續(xù)性較好（圖4b），波組特征清晰，與鄰區(qū)相比，信噪比較高也較高，為后續(xù)多波處理和解釋提供了較高品質(zhì)的轉(zhuǎn)換波數(shù)據(jù)體．

本次采集資料品質(zhì)好，信噪比高、連續(xù)性好，波組特征清楚，波場(chǎng)完整；由淺至深須家河組、雷口坡組、嘉陵江組、上二疊系、下二疊系以及志留系等反射層反射品質(zhì)好，大安寨、自流井組、須家河組、雷口坡組各主要目的層反射信息豐富，能量強(qiáng)，連續(xù)性好、信噪比高，能有效追蹤對(duì)比；地層展布特征、斷裂接觸關(guān)系清楚，為后續(xù)精細(xì)處理、解釋提供了可靠縱波和轉(zhuǎn)換波資料。

圖3 典型多波單炮記錄

圖4 現(xiàn)場(chǎng)疊加剖面

4 結(jié)論

由于轉(zhuǎn)換波地震勘探技術(shù)還是比較新的技術(shù)，專門針對(duì)轉(zhuǎn)換波地震勘探的成本還比較高，采用常規(guī)三維方式的轉(zhuǎn)換波采集技術(shù)，有利于加快多分量轉(zhuǎn)換波勘探技術(shù)的推廣應(yīng)用。通過多分量轉(zhuǎn)換波技術(shù)在常規(guī)三維地震采集中的成功應(yīng)用，獲得以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

（1）采用合理的采集參數(shù)和適宜的觀測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)用多分量單點(diǎn)數(shù)字檢波器可以獲得高信噪比、高分辨率的縱波原始資料，完成常規(guī)勘探的地質(zhì)任務(wù)。

（2）在具有信噪比較高且較強(qiáng)的轉(zhuǎn)換界面，應(yīng)用常規(guī)地震勘探，同樣可以獲得高質(zhì)量的轉(zhuǎn)換波資料，為在該地區(qū)做多波應(yīng)用研究取得了可靠的基礎(chǔ)資料。

（3）多分量轉(zhuǎn)換波技術(shù)在常規(guī)三維地震采集中的成功應(yīng)用，為SVSM三分量數(shù)字檢波器單點(diǎn)推廣應(yīng)用開辟了新的應(yīng)用方向。

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Application of Multi-component Converted-wave Based on General 3D Seismic Acquisition——An Example of 3D Exploration in Yongtai

LIANG Jun-hui，LIU Yuan-zhi,LIU Sheng,LEI Yang, LIANG Zheng-hong,ZHANG Zhi-feng
(SINOPEC Geophysical Corporation Xinan Branch，Deyang Sichuan 618000，China)

By virtue of 3C3D seismic prospecting can acquire converted wave(which can describe rock frame and anisotropic features)and compressed wave(which can describe rock frame and fluid features)simultaneously,it has the both advantages of P-wave and C-wave，along with quickly developing of the digital multi-component digital seismic instrument and continuously improving of the seismic data acquisition method,the cost of multicomponent converted-wave exploration is greatly reduced,and 3D3C technique is gradually applied in oil and gas exploration. Then,the cost of 3D3C exploration is still more than general 3D exploration.So,we put forward one way that multi-component converted-wave technique is applied in general 3D seismic exploration.Acquisition method in 3D3C seismic exploration is very important.By analyzing the data that was obtained before and argumentation based on the geophysical parameters,we designed reasonable geometry system that could be fit for geological task requirement.By means of optimization of the shooting parameters and confirming a variety of conditions receiving factor,we achieved howling success in field acquisition.And we obtained first-rate raw seismic data.The signal to noise and resolution of raw single shots are both good.And the acquired data have clear and continuous events and abundant reflection information.Therefore,there are clear reflection imaging,obvious reflection characteristics for the target and good consistency in structure form for both the Z section and the R.For application and popularization of the multi-waves we accumulated valuable experience.

multi-component converted-wave;acquisition;geometry;digital geophone

P631.4

B

1004-5716(2015)12-0013-05

2014-12-29

2015-01-08

中石化重點(diǎn)研究項(xiàng)目“多波應(yīng)用技術(shù)推廣研究”（GJ-118-0830）資助。

梁軍輝（1981-），男（漢族），四川蓬溪人，工程師，現(xiàn)從事地震采集研究工作。