基于表層結構層析反演的黃土塬區激發技術研究

鄧　飛，文雪康

（中石化西南油氣分公司工程監督中心，四川德陽618000）

基于表層結構層析反演的黃土塬區激發技術研究

鄧飛*，文雪康

（中石化西南油氣分公司工程監督中心，四川德陽618000）

黃土塬區的地震采集是世界難題，激發、接收條件差，靜校正問題非常突出，二維地震采集資料說明本地區低降速層對資料的影響較大，特別是不同深度激發的單炮品質變化極大。以往普遍采用的組合井激發方式大都在干燥黃土中激發，尚未改變資料信噪比低的現狀。此次在黃土塬區進行了系統試驗，采用單深井激發，為此我們進行高密度的表層調查并采用層析反演方法獲取表層模型，從而實現了基于表層調查成果逐點設計激發井深的激發技術，獲取了較高信噪比的資料，從本質上提升了黃土塬區的資料品質。

黃土塬區；地震采集；表層結構；起伏地表小折射；層析反演；激發技術

1　概述

鄂爾多斯盆地南部黃土塬地區地表條件非常復雜，第四系黃土層極厚，速度極低，厚度變化極大，表層地質條件橫向變化劇烈，對地震波的吸收和衰減嚴重，而且還因含水程度及巖性差異產生明顯的多次波以及溝塬之間巨大高差形成的次生干擾、側面波等干擾波，記錄信噪比極低［1］。

近幾年，黃土塬區普遍采用組合井激發方式，資料品質取得了一定程度的改善，但仍未形成質變［2］。此次在黃土塬區進行三維攻關，通過激發因素試驗分析可知，單深井所獲得的單炮資料明顯優于組合井激發的單炮資料，故本次攻關考慮采用單深井激發。因此，我們必須弄清巨厚黃土層的地球物理特征及激發因素與表層黃土結構之間的關系，并通過有效的表層調查方法反演出表層結構模型進行精確的激發因素設計，同時為靜校正處理提供可靠的低降速帶資料。

2　表層結構對激發效果的影響

地震波在介質中傳播時，能量損失的程度與介質的品質因素Q有關。

在勘探的頻率范圍內（5～300Hz），地層品質因數隨頻率的變化很小，它的數值大小主要取決于地層巖石的致密程度，而地層巖石的致密程度影響縱波傳播速度。不同的地層巖石，品質因數Q值不同。地層巖石的品質因數Q值越小，對地震波的衰減越大［3-4］，Q值的計算有多種方法，在實際中常用的是品質因數Q與縱波速度關系的經驗公式［5］：

Q=C×Vpm

C和M為常數，Vp為縱波速度，用km/s表示；一般m等于2.2；C等于14，單位為S2×km-2。

同時，還可根據地層衰減系數β與縱波速度關系的經驗公式求得地層衰減系數β［6］：

β=1.949/Vpm

黃土塬區典型的表層巖性自上到下分別為干燥黃土、潮濕黃土和含水黃土，速度一般分別為400m/s、800m/s、1600m/s。因此，用上述經驗公式計算出各層的Q值及β值，見表1。可見，表層干燥黃土Q值很小，比含水黃土Q值要小20倍以上。

表1　黃土塬區表層Q值、β值

同時，我們可以看出Vp越大，Q值也越大，衰減吸收也越小，所以我們認為應盡量選擇速度高的黃土層激發。

3　表層結構層析反演方法

根據上述分析可知，地震高頻信號的吸收和衰減主要在干燥黃土及潮濕黃土層，因此避開干燥黃土及潮濕黃土在速度更高的含水黃土中激發才能最大程度保證能量下傳。

所以我們的難題就是找到適合黃土塬區有效的表層結構調查方法及解釋方法，采用解釋成果尋求一個穩定的速度層用于激發井深設計。

黃土塬區塬上、坡上均為第四系黃土覆蓋，厚度為幾十至幾百米不等，采用常規微測井方法限于成井技術根本無法調查出表層結構，采用常規小折射方法又限于地表高差及巨厚低降速層而無法實施。受大炮初至反演近地表模型的啟發，我們采用類似小折射及大折射的施工方法，稱之為起伏地表小折射方法［7］。

野外施工方法與常規小折射基本相同，不同的是在地表高差較大的情況下施工，使用不同偏移距在排列兩端各激發一炮或者幾炮，完成一個測點的小折射野外采集。利用TOMODEL軟件層析反演出排列段表層結構模型。

我們在勘探區內高差較大的坡上進行了試驗，采用250m基本排列、偏移距1m的觀測系統施工。模型反演后（圖1）確定44m左右出現1600m/s含水黃土層，和巖性取芯結果吻合。

圖1　反演表層結構模型圖

在巨厚黃土覆蓋區，我們采用大偏移距增加炮點的方法，通過在排列段及排列外增加若干炮點的復雜觀測系統試驗（圖2），能夠確保反演追蹤到速度相對較高的含水黃土層，同時大大提高了反演模型的準確度。

圖2　復雜觀測系統試驗排列與炮點示意圖

4　應用效果分析

我們在勘探區內進行了高密度（400m×600m）的起伏地表小折射施工，通過反演獲取了極為準確的表層結構成果。我們對表層調查成果插值擬合形成了以面元尺寸為單位的網格化數據成果，精確地提取了每個激發井的速度層界面深度，優選高的速度層，采用單深井盡可能在1600m/s的含水黃土層中激發（圖3）。

從采集單炮上看，不同地形均獲得了較高品質的單炮記錄，靜校正后可以看出：主要目的層反射連續性好，信噪比較高（圖4）。從處理剖面上看，本次采用單深井激發所獲取的資料信噪比較高，比以往組合激發有了較大程度提升（圖5）。

5　結束語

此次在黃土塬區采用單深井激發，基于表層結構層析反演成果的激發技術，獲取了較高信噪比的資料，從本質上提升了黃土塬區的資料品質，同時革新了黃土塬區地震采集方法技術，值得推廣應用，但無論是高密度的表層調查還是單深井激發，其成本均極為高昂。

圖4　不同地形靜校正后單炮記錄（塬、坡、溝）

圖5　本次攻關黃土塬區典型剖面

另外，黃土塬地區由于低降速帶橫向變化劇烈，單炮初至畸變嚴重，靜校正是一大難題。綜合各種低速帶資料的先驗信息約束層析反演靜校正技術、表層模型靜校正等是黃土塬復雜地區靜校正諸多方法之中非常重要的方法。所以高密度、精準的表層結構調查成果對解決黃土塬復雜地區靜校正問題也具有極為重要的意義。

［1］程洪濤，等.黃土塬地區地震勘探激發技術探討［J］.工程地球物理學報，2005（6）：460-465.

［2］趙延江.黃土塬地區地震勘探激發技術探討［J］.石油物探，2006，45（6）：646-650.

［3］孫大明，等.高分辨率三維地震采集技術研究［J］.吉林大學學報：地球科學版，2002，32（4）：394-398.

［4］凌云.大地吸收衰減分析［J］.石油地球物理勘探，2001，36（1）：1-8.

［5］呂公河，等.黃土塬地區地震勘探采集技術［J］.石油物探，2001，40（2）：84-91.

［6］張忠坡，等.賽漢塔拉凹陷地震采集激發技術的研究與應用［J］.江漢石油職工大學學報，2006，19（6）：56-58.

［7］姚宗惠，等.鄂爾多斯西緣前陸盆地巨厚黃土地區地震采集技術［J］.石油勘探與開發，2007，34（4）：406-412.

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A

1004-5716（2016）07-0183-03

2015-06-24

2015-06-25

鄧飛（1982-），男（漢族），湖北宜昌人，工程師，現從事物探采集監督工作。