石油物探技術(shù)標準在生產(chǎn)試驗中的指導(dǎo)作用

李建民

■標準化

石油物探技術(shù)標準在生產(chǎn)試驗中的指導(dǎo)作用

李建民

中國石化石油工程地球物理有限公司地理地質(zhì)信息勘查分公司（湖北武漢430200）

結(jié)合中國石化地球物理有限公司地理地質(zhì)信息勘查分公司2015年涪陵義和三維地震勘探采集項目，闡述石油物探技術(shù)標準在生產(chǎn)試驗中的指導(dǎo)作用。試驗和施工采用基于地理信息的觀測系統(tǒng)設(shè)計方法，用空氣槍震源、可控震源分別作為水域和陸地禁炮區(qū)的替代性震源，通過3種震源資料的一致性處理試驗，對可控震源資料進行-90°相位轉(zhuǎn)換并作時差校正、對氣槍資料只作時差校正可消除3種資料間的相位差和時差，提高資料的信噪比和連續(xù)性。

石油物探；技術(shù)標準；生產(chǎn)試驗；一致性處理

1 工區(qū)概況

義和三維工區(qū)位于四川盆地東南部，地層發(fā)育方面：基本上從震旦系-侏羅系地層都有沉積。其中上三疊統(tǒng)-侏羅系為陸相沉積，巖性以砂泥巖為主；上震旦統(tǒng)-中三疊統(tǒng)為海相沉積，巖性以碳酸鹽巖為主。構(gòu)造發(fā)育史方面：受較晚燕山運動、喜山運動影響，形成核部以三疊系地層為主的隔檔式褶皺構(gòu)造帶。主體構(gòu)造核部地層產(chǎn)狀陡，兩翼斷裂發(fā)育,地層傾角變化較大，這種晚期構(gòu)造運動形成的正向構(gòu)造帶也造成了地表高程差異，奠定了復(fù)雜地表條件的基礎(chǔ)。

工區(qū)地形高程相差較大，長江流域海拔在170～500m之間；中部及南部海拔在200～900m之間。該區(qū)地表條件復(fù)雜的另一方面是地面障礙多。主要障礙有涪陵和長壽城區(qū)及長江、烏江，長壽湖；全區(qū)在建工地及廠礦較多，通訊光纜、油氣管線、高壓電線交錯穿織。極大限制了地震施工激發(fā)點的布設(shè)。

工區(qū)地形兼有丘陵與山地地形特點，表層地震地質(zhì)條件較為復(fù)雜，陡崖、山前破碎帶、薄層表土植被及表土較厚的農(nóng)作物區(qū)造成激發(fā)、接收條件變化較大。

區(qū)內(nèi)出露地層主要為侏羅系的砂泥巖及三疊系灰?guī)r。侏羅系砂泥巖出露較廣，且含水性好，激發(fā)、接收條件好；三疊系灰?guī)r大多位于工區(qū)東部的茍家場構(gòu)造帶頂部及黃草山一帶，其含水性差，激發(fā)、接收條件差。

2 基本對策

2.1基于地理信息系統(tǒng)的炮檢點優(yōu)化

在這么復(fù)雜的地表條件下進行三維施工，按傳統(tǒng)的以“空”為主避障方法，勢必造成覆蓋次數(shù)不均勻和空缺的問題。為達到較好的采集效果，在設(shè)計過程中，總體遵循三維觀測系統(tǒng)設(shè)計和試驗工作原則，要求物探測量將物探設(shè)計的物理點布設(shè)到實地，作為物探野外采集施工的依據(jù)；測定所布設(shè)物理點的坐標和高程；試驗點（段）須實測，提交相應(yīng)測量成果；放樣的接收點和激發(fā)點應(yīng)設(shè)立明顯、牢靠的標志，滿足物探技術(shù)設(shè)計或物探施工設(shè)計中與測量有關(guān)的技術(shù)指標及其他要求[1-2]。同時采用基于地理信息系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計軟件實現(xiàn)激發(fā)點、接收點的設(shè)計及地下反射點的模擬。具體包括兩個方面：一是進行布點設(shè)計。以矢量衛(wèi)片為基礎(chǔ)，對炮點和檢波點進行總體避障設(shè)計，在模擬地下反射點分布結(jié)果的基礎(chǔ)上，確定增加或調(diào)整的檢波點、炮點的范圍。二是根據(jù)踏勘結(jié)果，確定水域、禁炮區(qū)激發(fā)點位置，模擬設(shè)計跨障礙接收點的范圍及位置，即所謂“變線改樁”接收線的設(shè)計。該方法主要用于長江等無法布設(shè)接收點的水域：利用排列線間的空間，以道距為單位，將水域排列就近偏移至陸地插入到正常的排列線之間，增加接收道數(shù)以彌補水域空道的影響。本次采集過程中井炮、空氣槍、可控震源的激發(fā)點的選擇運用了優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，即盡可能將激發(fā)點逼近障礙區(qū)，采用恢復(fù)性放炮觀測系統(tǒng)進行設(shè)計?！白兙€改樁”方法的應(yīng)用增加了水域淺層覆蓋次數(shù)。

2.2多種震源聯(lián)合激發(fā)及參數(shù)的確定與評估

區(qū)內(nèi)湖泊、長江、城區(qū)范圍較大。因此除了井炮激發(fā)之外，在水域及禁炮區(qū)使用空氣槍及可控震源作為替代震源是必然選擇，根據(jù)優(yōu)化設(shè)計結(jié)果，2種震源所激發(fā)的物理點約為激發(fā)點總數(shù)的17%。如果要使全部的激發(fā)點在某一方面或幾個方面（如能量、頻譜等）達到一個“近乎一致”的狀態(tài)，那這個評估的參考標準就理所當然地應(yīng)該建立在炸藥激發(fā)的基礎(chǔ)之上，并由此進行2種替代震源參數(shù)的試驗確定及評估。使用不同震源聯(lián)合施工時，應(yīng)在同一地點進行震源激發(fā)對比試驗，以求取不同激發(fā)子波，盡可能使3種震源激發(fā)的資料趨于“一致”。按試驗要求一是炸藥激發(fā)參數(shù)井深試驗選擇較好的激發(fā)深度和巖性，使激發(fā)的地震信號頻率較高，且高頻成分有足夠的能量，面波和聲波干擾較弱，記錄有較高的信噪比；藥量試驗選擇合適的炸藥量，使激發(fā)的頻帶較寬，記錄有較強的能量和較高的信噪比。二是采用可控震源激發(fā)時應(yīng)對掃描長度、臺數(shù)及組合、驅(qū)力、掃描頻帶和掃描方式等參數(shù)進行試驗。三是采用氣槍震源應(yīng)對氣槍沉放深度、不同槍陣、不同槍數(shù)等參數(shù)進行試驗。

2.2.1 炸藥激發(fā)參數(shù)的試驗確定

工區(qū)巖性分為兩類：一是以沙溪廟組和遂寧組及須家河組為主的砂泥巖，激發(fā)、接收條件好，約占80%以上。二是以嘉陵江組及雷口坡組為主的灰?guī)r，激發(fā)、接收條件較差，約占20%。遵循“應(yīng)在高速層或潛水面以下選擇合適的激發(fā)井深和激發(fā)藥量”的要求。

砂泥巖區(qū)激發(fā)試驗：井深以2m為間隔，從18～26m進行試驗；藥量以2kg為間隔，從8～18kg進行試驗分析。最終確定砂泥巖區(qū)激發(fā)因素為：井深22m，藥量12～14kg（高陡地段14kg）。

灰?guī)r區(qū)激發(fā)試驗：井深以2m為間隔，從20～30m進行試驗；藥量以2kg為間隔，從10～18kg進行試驗分析。最終確定灰?guī)r區(qū)激發(fā)因素為：井深24m，藥量14～16kg。

2.2.2 禁炮區(qū)可控震源參數(shù)的試驗確定及評估

在城區(qū)的施工中分別進行了可控震源組合臺數(shù)、震動次數(shù)、驅(qū)動幅度、掃描頻率、掃描長度、掃描方式等參數(shù)的系統(tǒng)試驗[3]，確定了禁炮區(qū)可控震源的施工參數(shù)（表1）。

表1 禁炮區(qū)可控震源施工參數(shù)表

由于可控震源與炸藥震源在激發(fā)能量上存在數(shù)量級差異，通過AGC顯示并與不同藥量的資料比對，認為可控震源在砂巖區(qū)激發(fā)時的能量與藥量8kg井炮資料基本相當，其有效信號的頻率也達到85Hz，與井炮資料有差別，但完全可以滿足地質(zhì)任務(wù)的要求。由此可以對所確定的可控震源參數(shù)作一基本評估：激發(fā)能量不及正常井炮的水平，其頻譜特征可認為“趨近一致”。在能量水平達不到正常水平的情況下，頻譜應(yīng)該作為退而求其次的評估指標。

2.2.3 水域空氣槍激發(fā)參數(shù)的試驗確定及評估

空氣槍在水中激發(fā)時，由于激發(fā)氣泡的收縮、擴張會形成多次激發(fā)，在記錄上出現(xiàn)2次或多次初至干擾現(xiàn)象，這就是氣泡效應(yīng)。空氣槍激發(fā)過程中可能會產(chǎn)生3種干擾，多次沖擊（即氣泡效應(yīng)）、嗚震及交混回響，氣泡效應(yīng)一般來說與氣槍沉放深度有關(guān)，而嗚震和交混回響干擾一般與水體深度及水底地形有關(guān)。在氣槍陣列定型的情況下，氣槍沉放深，則子波穿透力（能量）強，有效信號的頻帶寬度較窄，氣泡效應(yīng)會增強。試驗?zāi)康木褪且诒ＷC能量的前提下，確定合適的沉放深度以降低氣泡效應(yīng)，同時獲得較寬的有效信號的頻帶。氣槍震源參數(shù)試驗主要包括沉放深度、陣列組合方式、組合槍數(shù)量、氣槍容量、陣列一致性同步時差[4]的技術(shù)要求，采用氣槍數(shù)量14支、容量34.544m3對空氣槍激發(fā)進行了2項試驗。

1）空氣槍氣壓試驗。氣壓試驗?zāi)康闹饕窃u估氣槍陣列的能量水平，在長壽湖湖邊小島選兩口分別為4kg和6kg的小藥量井炮激發(fā)，用來與空氣槍對比。試驗從12.41～14.48MPa分別進行激發(fā)試驗，從所獲原始資料來看，氣壓12.41～14.48MPa激發(fā)沒有明顯的差別，頻率整體比井炮的頻率低；而通過分頻顯示來看，工作氣壓13.79～14.48MPa與12.41～13.10MPa所獲資料有明顯差別，可見有效反射，雖與井炮資料有較顯著差別，但作為水域施工替代性震源，可以滿足施工要求。出于設(shè)備保護性使用原因，實際施工中采用13.79MPa的工作壓力。

2）沉放深度試驗。壓制氣泡效應(yīng)的方法一般有2種：一是調(diào)整氣槍沉放深度，二是氣槍陣列組合。主要考慮沉放深度。通過1.5～3m沉放深度的試驗，所獲資料均未見多次初至干擾現(xiàn)象，只在淺水區(qū)2.5m沉放激發(fā)時，會產(chǎn)生能量較弱的二次初至。不同沉放深度能量大致相當，記錄反映差別不明顯，通過分析比較：沉放深度為2m的能量最強，沉放深度為2.5m的記錄信噪比最高。從其頻譜來看，沉放深度在2～2.5m的頻帶也相對較寬。

通過湖區(qū)氣槍壓力及沉放深度的系統(tǒng)試驗，考慮到湖泊近岸區(qū)的水體深度，確定長壽湖空氣槍激發(fā)因素為：氣槍數(shù)量14支，容量34.544m3，沉放深度2m，壓力13.79MPa。通過同樣的試驗及分析，確定長江空氣槍激發(fā)因素為：氣槍數(shù)量28支，容量52.578m3，沉放深度2.5m，壓力13.79MPa。

由此可以對所確定的空氣槍參數(shù)作一基本評估：空氣槍震源所獲資料與其他兩種震源相比，頻帶相對較窄，從全區(qū)激發(fā)點頻率特征“趨近一致”的意義上來說，尚存差距。究其原因，應(yīng)為氣槍陣列固定，可試驗內(nèi)容較少所致。

2.3不同類型震源資料一致性處理

本次施工采用井炮、空氣槍、可控震源聯(lián)合施工，不同激發(fā)方式導(dǎo)致地震子波存在較大差異，為了保證地下同一套地層反射進行同相疊加，在3種激發(fā)震源都做井深校正之后，按規(guī)范要求，在有2種以上震源（可控震源、炸藥震源、氣槍震源等）同時施工的工區(qū)，應(yīng)對不同震源的資料在完成觀測系統(tǒng)定義后進行子波整形處理，整形后的資料應(yīng)使不同震源資料在頻率、相位特征上基本一致[5]。因此，還需要進行相位一致性處理。

2.3.1 可控震源資料一致性處理

對于可控震源和井炮的相位匹配以及后續(xù)的時差校正，選擇在疊加剖面上相同疊加段的交點處進行對比。通過可控震源校正前與井炮資料的比較，兩者存在明顯的相位數(shù)不一致現(xiàn)象。由于單炮上可控震源初至是正起跳，與井炮正好相反，同時考慮到可控震源子波是零相位，而井炮子波是最小相位，理論上有90°相位差，因此采取了3種方法進行試驗校正。

方法1：可控震源反極性(即-180°相位轉(zhuǎn)換)，同時校正時差-15ms（大約1/2周期）。

方法2：可控震源進行-90°相位轉(zhuǎn)換，同時校正時差-8ms（大約1/4周期）。

方法3：可控震源進行+90°(或者-270°)相位轉(zhuǎn)換，同時校正時差-24ms(大約3/4周期)。

通過對比3種處理方法發(fā)現(xiàn)：以第2種方法校正效果最為理想，進行-90°相位轉(zhuǎn)換后，與井炮資料相比相位數(shù)一致，并且各相位間能量相對強弱關(guān)系一致。

2.3.2 空氣槍震源資料一致性處理

由于空氣槍激發(fā)與井炮激發(fā)有相同的機理，同屬脈沖型震源，理論上不存在相位差，實際資料的比較也證實了這一點。兩者只存在5ms時差，只需進行時差校正即可。

空氣槍資料做了時差校正之后，兩者的時差問題基本上得到了解決，但卻在頻率方面存在著一定的差異：空氣槍深層的低頻跟井炮基本相當，淺層的高頻成分跟井炮有差異。這個問題又回到了對氣槍震源參數(shù)的評估上，是氣槍陣列的原因，還是氣槍激發(fā)子波傳播路徑（水介質(zhì)、淤泥）與井炮的不同的原因，這是有待進一步研究的。

3 采集效果分析

空氣槍、可控震源的使用為義和三維采集項目的整體完成提供了先決手段，顯示了空氣槍、可控震源激發(fā)對覆蓋次數(shù)的貢獻水平和不可替代的作用。

通過對實際完成的炮檢點進行覆蓋次數(shù)模擬分析，施工中絕大部分炮檢點分布合理，面元疊加次數(shù)與理論設(shè)計相差不大，滿疊面元分布較均勻。除在長江水域有為數(shù)不多的面元覆蓋次數(shù)在70次左右外（設(shè)計覆蓋次數(shù)為9×9次），其余均達到設(shè)計覆蓋次數(shù)（圖1）。長壽湖區(qū)及長江采用“變線改樁”和空氣槍施工，最高覆蓋分別達到時302次和198次，整體上滿足“總覆蓋次數(shù)不低于設(shè)計覆蓋次數(shù)四分之三”規(guī)范及技術(shù)要求。

圖1 義和三維實際覆蓋次數(shù)全反射模擬圖

遵循“三維施工時，如遇各種地面障礙無法放樣布設(shè)激發(fā)點，可偏移激發(fā)點。在安全和地形允許的情況下，3個以上連續(xù)偏移的激發(fā)點應(yīng)位于障礙物的兩側(cè)(當激發(fā)點位于附加段時，可以優(yōu)先考慮向滿覆蓋一側(cè)偏移)，就近偏移，不應(yīng)與其他正常激發(fā)點重合。偏移的激發(fā)點應(yīng)實測，確保施工正確及覆蓋次數(shù)的均勻性。遇大型障礙時，采用特殊觀測系統(tǒng)施工。”技術(shù)措施施工，效果顯著。從所獲資料現(xiàn)場處理剖面來看，空氣槍及可控震源的使用，有效地減小了因大型地面障礙所導(dǎo)致的資料的缺口，基本保證了淺、中、深層資料的完整性。主要目的層波組齊全，連續(xù)性好，整體信噪比高，易于對比追蹤，較好完成地質(zhì)任務(wù)。

4 認識與結(jié)論

1）采用多種震源聯(lián)合施工的技術(shù)措施是在復(fù)雜地表條件下減小因大型地面障礙所導(dǎo)致資料缺口的有效途徑；發(fā)揮石油物探技術(shù)標準的指導(dǎo)作用做好試驗確定合理施工參數(shù)是基礎(chǔ)；應(yīng)用基于地理信息的觀測系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法可以最大限度地利用地表條件進行激發(fā)點、接收點的設(shè)計，可使全區(qū)覆蓋次數(shù)均勻，基本保證了淺、中、深層資料的完整性和連續(xù)性。

2）替代性震源（空氣槍、可控震源）激發(fā)參數(shù)的確定要以炸藥激發(fā)資料為評估前提，在其能量達不到炸藥激發(fā)水平的情況下，應(yīng)將頻率特征作為重要評估指標，使其與炸藥激發(fā)的頻譜趨近一致。

3）對可控震源進行-90°相位轉(zhuǎn)換并作時差校正、對空氣槍資料作時差校正可以有效解決3種震源激發(fā)資料的一致性問題。

4）空氣槍激發(fā)資料頻帶相對較窄的問題有待進一步探討，氣槍陣列（排列方式）應(yīng)為探討的內(nèi)容之一。

5）“標準化建設(shè)，一體化管理”在新時代賦予了石油精神新內(nèi)涵。統(tǒng)一標準，科學(xué)規(guī)范，形成施工標準化、系統(tǒng)化、模塊化。三維施工充分說明了復(fù)雜地表條件下開展地震采集標準化試驗和施工的重要性，體現(xiàn)了石油物探技術(shù)標準在生產(chǎn)試驗中指導(dǎo)作用。

[1]石油物探專業(yè)標準化委員會.陸上石油地震勘探資料采集技術(shù)規(guī)范：SY/T 5314—2011[S].北京：石油工業(yè)出版社, 2011.

[2]石油物探專業(yè)標準化委員會.陸上石油物探測量規(guī)范：SY/ T 5171—2011[S].北京：石油工業(yè)出版社,2011.

[3]石油物探專業(yè)標準化委員會.可控震源使用與維護：SY/T 6246—2014[S].北京：石油工業(yè)出版社，2014.

[4]石油物探專業(yè)標準化委員會.氣槍震源使用技術(shù)規(guī)范：SY/ T 6156—2010[S].北京：石油工業(yè)出版社,2010.

[5]石油物探專業(yè)標準化委員會.陸上地震勘探數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)范：SY/T 5332—2011[S].北京：石油工業(yè)出版社,2011.

Based on the 3D seismic exploration acquisition project of Geological and Geological Information Exploration Branch,Sino?pec Petroleum Engineering Geophysics Co.,Ltd.in Yihe,Fuling in 2015,the guiding role of petroleum geophysical prospecting technolo?gy standards in production test is expounded.In test and construction,the design method based on geographic information observation system is used,and air gun and vibroseis are used as the alternative seismic source in waters and land shot prohibiting areas respective?ly.Through the consistency processing test of three kinds of seismic data,it is found that,the phase difference and time difference among three kinds of seismic data can be eliminated and the signal to noise ratio and continuity of the data are improved by the-90° phase conversion and time difference correction of vibroseis data and the time difference correction of air gun data.

petroleum geophysical prospecting;technical standard;production test;consistency processing

萍

2016-12-20

李建民（1958-），男，工程師，主要從事地震勘探及標準化工作。