三維復雜地表區井震聯合地震采集技術在庫車東探區的應用

2015-07-02 01:41:02王林林

石油地質與工程 2015年6期

王林林

(中國石化石油工程地球物理有限公司河南分公司，河南南陽 473132)

王林林

(中國石化石油工程地球物理有限公司河南分公司，河南南陽 473132)

針對庫車東三維探區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量難以滿足逆掩推覆構造解釋的需要等難題，開展了地震采集技術攻關，研究出不同地表類型激發分區的界定方法；并通過論證、對比和系統試驗，優選出各激發區的最佳激發參數以及井震銜接方式，形成了一套炸藥震源與可控震源聯合三維采集的技術方法。新采集的地震資料與以往地震資料相比，采集質量有了較大的提高。

庫車東探區；復雜地表；激發分區；井炮與可控震源聯合；三維地震采集

庫車東三維探區位于庫車坳陷南緣，在前震旦系結晶基底上局部發育了震旦系-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，受多期構造運動的影響，區內地層沉積發育不全，并遭受多期剝蝕。自白堊紀開始，庫車坳陷與塔北隆起連成一片，砂體十分發育。庫車坳陷南緣構造帶有油氣發現，其中，秋里塔格構造帶與前緣斜坡構造帶的油氣成果更為突出。但該區地下斷裂發育、地層破碎、構造復雜，使得主要勘探目的層成像困難；同時由于南天山與亞肯山近地表成因不同，以及南天山沖擊扇戈壁礫石巨厚，表層結構松散，地震波高頻成分吸收和衰減嚴重[1]，使得單炮記錄激發能量較弱，信噪比低，所獲得的地震剖面難以滿足精確地質綜合研究的需要。為了提高該區地震資料的采集質量，從精細表層結構調查入手，建立激發分區模型，科學選擇不同激發區震源類型和激發參數，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合三維采集方法，為查清該區的地層分布特征和構造接觸關系提供了可靠的資料。

1 地震采集技術

1.1 利用表層結構和地表特征，細劃激發區

1.1.1 采用不同方法調查不同區段表層結構

針對低降速帶巨厚的礫石區，采用長排列小折射和超深微測井相結合方式調查表層結構，長排列小折射采用48道409 m接收，通過加長排列長度和增加空間采樣點來提高表層調查精度，同時以此指導深井微測井進行精細表層調查，而超深微測井調查深度設計為80 m，以便更加合理地解剖該區表層結構；而在山體區則采用常規微測井和MVSP微測井相結合方法進行表層結構調查，激發方式是地面錘擊組合，多次激發，偏移距2 m，接收方式則采用井口固定擺放一個檢波器，另一個檢波器以一定距離在井中移動，每個停駐點通過精確測量來完成。

1.1.2 根據表層調查成果劃分激發邊界

根據不同調查方法獲得的表層調查成果數據，繪制出高速層頂界面厚度圖，并以測量高程為依據進行地表類型分區，沿每條炮線方向劃分出山體區和礫石區的邊界，這時的邊界呈現不規則形狀，邊界部位采用井炮或震源激發還不能完全確定，因為可控震源激發時必須考慮到震源點盡可能平坦，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能量。

1.1.3 通過擬合激發井深指導激發分區,確定井炮與震源炮施工范圍

根據表層調查成果，結合該區以往的激發參數，選取在高速層頂界面以下5 m設計激發井深，由于亞肯山以北礫石區高速層一般有兩個，需選擇在第二個高速層(速度在2 100 m/s)進行，然后根據設計出的各束線井深設計，按照由南往北，由淺到深的順序，以4 m為單位排序，得出不同的激發深度；由于亞肯山以北礫石區設計出的井深明顯高于其他區域，一般在60～90 m，且隨著地表高程的增大，激發井深加大，可以據此確定北部礫石區可控震源施工范圍。施工中為了提高震源震動能量，采用多臺組合激發，實際震源施工范圍同時參考地表變化。

1.2 選用不同激發方式，提高地震激發效果

1.2.1 亞肯山區激發參數選取[2]

根據該區表層地震地質條件，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，由于考慮到虛反射對激發地震波的影響，對亞肯山區進行了激發井深對比試驗，圖1為高速層頂界面以下不同深度激發的原始單炮記錄，從對比記錄上可以看出該區采用高速層頂界面以下5 m激發效果較好。

圖1 亞肯山區不同深度對比原始單炮

藥量選擇必須保證激發時盡量避開或擊穿具有強烈吸收衰減作用的低降速風化層，確保各主要目的層反射資料的能量與信噪比。參考該區以及鄰區以往采用的激發藥量，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，同向軸連續性越好，資料的信噪比越高。為此，亞肯地面背斜山體區藥量試驗采用22～28 kg，以確定大藥量對單炮記錄的影響效果，并優選合理的藥量參數。圖2為亞肯山體區激發藥量單炮記錄，可以看出藥量24 kg、26 kg對應的單炮同向軸連續性較好。由于較寬的頻帶對于深層地震資料采集有較大的貢獻，為此亞肯山區激發藥量選擇為26 kg。

1.2.2 南天山區激發參數選取

從大量的低降速帶調查結果與地震激發效果的對比中發現，最終決定該區激發效果好壞的是圍巖傳播地震波的速度，即激發圍巖的速度大小是獲得較好激發效果的關鍵。

南天山大部分地勢較高的部位潛水面都較深，且淺表巖性的風化程度隨深度增加是漸變的。在實際施工能夠鉆達的深度一般為30 m，當打井達不到潛水面時，井越深，激發圍巖速度越高，激發效果越好。對于山間低洼處潛水面較淺，而且低速蓋層較薄，弱風化基巖埋藏也較淺，激發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。

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,得到復雜構造信息的目的，南天山區打井深度20 m、單井藥量采用24 kg。

1.2.3 北部巨厚礫石區激發參數選取

為了深入剖析北部巨厚礫石區的表層和地下結構，以便獲得該區域合理的激發參數，搜集到該區的庫1井探井資料，該井位于北部巨厚礫石區，表層礫石層厚度達1 000 m左右。表層巨厚的礫石層對地震波能量衰減嚴重，尤其對高頻成分的損失多，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，同時深部目的層小斷裂發育，需通過儲層橫向預測提高地震資料的分辨率。

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

為了獲得理想的激發效果，需要對可控震源參數進行詳細的對比試驗，以確定合適的可控震源參數。對于震動臺次而言，根據鄰區近年來采用的可控震源參數可知，一般采用6次 6(或8)臺和8臺 2(或4、6)次震動參數即可獲得較大的能量；對于掃描長度而言，可控震源掃描長度決定了激發能量，與炸藥震源的炸藥量相當。原則上，掃描長度越長激發能量越強，可是由于受施工效率和存儲器容量限制，掃描長度需要一定的限制，為獲得本區較好的掃描長度參數，進行了10、12、14、16、18 s的不同掃描長度對比試驗。對于最深目的層而言，該區域的掃描長度宜在14 s以上；對于掃描頻率而言，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。對于深層地震勘探，拓寬頻帶寬度很重要，并且擴展頻帶寬度時，低頻端比高頻端效果大。但是，由于受機械響應限制，下限一般為6 Hz，超過下限工作時，需采取振幅限制措施。對于終了頻率主要根據勘探頻率上限確定。本區主要目的層為中新生界，應重點提高反射波的信噪比和分辨率[3]，做到反射層次齊全，接觸關系、尖滅點清楚，反射特征明顯。結合鄰區三維地震資料處理結果，使本區主要目的層(古近系、白堊系、侏羅系)主頻達到40～45 Hz，頻寬10～70 Hz，力爭分辨大于20 m厚的儲層和垂直斷距≥15 m的斷裂，為該區圈閉落實，巖性解釋對比，提供可靠基礎資料。為此，終了頻率設定在72 Hz。由于該區表層結構異常復雜,為獲得較好的掃描頻率參數，進行了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比試驗。根據試驗得出，采用8～72 Hz的掃描頻率參數，記錄主頻較高，頻帶也比較寬。

1.3 礫石區與山體銜接處最佳激發參數的選取

為了便于解釋的偏移數據體反射波振幅、相位、頻率、波形一致，不但要做到反射波組起伏形態保真，而且要盡可能做好相對振幅保真處理，為巖性反演和儲層預測提供可靠的基礎數據。為此，在地震資料采集時，要盡可能獲得頻率一致的地震子波。同時，北部礫石區與山體銜接處表層結構更加復雜，既不同于單一的山體區，也不同于戈壁礫石區，同一激發點最佳井炮激發參數與最佳震源參數對比，就是為了驗證銜接處的最佳激發參數。圖3為北部巨厚礫石區最佳單深井激發參數(86 m,26 kg)，圖4為可控震源最佳激發參數8臺6次1秒的對比顯示，從中可以看出，兩者存在一定差別。主要表現在該區表層被礫石所覆蓋，對激發能量產生強烈的衰減、吸收作用，同時產生強烈的源致干擾和散射干擾，降低了資料品質；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。由于表層結構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，通過借鑒鄰區以往施工經驗，并結合該區試驗資料和沖積扇區表層結構特征，得出銜接處盡可能采用可控震源激發，并采用試驗得出的激發參數。

圖3 巨厚礫石區采用井炮最佳試驗因素記錄

圖4 巨厚礫石區采用可控震源最佳試驗因素記錄

1.4 井炮和可控震源炮聯合采集方法

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，礫石區相對高差在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，導致該區地表起伏較大；在南天山南麓，礫石區南北寬度在0.5～2 km，相對高差在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。所以該區域的表層地震地質條件相當復雜。

該區共發育六大沖積扇，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，該區域地貌異常復雜。

井炮與可控震源的施工范圍，是根據表層結構和地貌特征進行劃分，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，由于表層地震地質條件的原因，可控震源激發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，對于兩山體區與礫石區銜接部位資料、沖溝部位以及表層風化嚴重的地段炮井采集后，進行可控震源重復采集，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。

北部礫石區與南天山交界段，表層結構復雜異常，部分地段單一激發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 應用效果

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

在進行激發分區精細劃分之前，亞肯山與南天山歸于同一激發區，可是由于兩山(亞肯山、南天山)之間形成機理不同，表層激發條件差別很大，激發分區粗略，難以保證獲得合適的激發參數；而且激發手段單一，全部采用井炮激發,對于低降速層巨厚的南天山沖積扇礫石區，鉆井無法保證在高速層中激發，致使下傳能量微弱，難以獲得較強的地震反射信號。激發分區細分后，經研究分析和試驗得出南天山區采用固定井深、亞肯山區采用逐點設計井深，南天山沖積扇礫石區采用可控震源激發，使得不同激發區單炮記錄能量強，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目，第48～94束共47束三維地震測線，以往資料顯示(圖5)石炭系以上地層反射波組連續性稍差，層間信息少、分辨率低，地層接觸關系不太清楚、斷層斷點不清；石炭系以下地層由于埋深大，反射波能量吸收衰減明顯，反射波振幅變弱，尤其是北部礫石區反射能量弱，波組零亂、資料較差，并且不同地表條件下剖面品質差異大，不能很好滿足復雜構造解釋要求；通過細劃激發分區，獲得以試驗為基礎的各分區最佳激發參數，并通過實施井炮與可控震源聯合采集，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比需要，也為非構造圈閉的進一步研究提供了比較準確的數據資料。