泌陽凹陷王集地區(qū)開發(fā)地震采集方案設(shè)計(jì)研究

張永華，李 鋒，趙雨晴，林社卿，朱艷寶，李 錚

（1．中國石化河南油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州450048；2．中國石化石油工程地球物理有限公司華北分公司，河南鄭州 450016；3．中國石化河南油田分公司科技處，河南南陽 473132）

王集地區(qū)位于泌陽凹陷北部斜坡帶中部，含油層為古近系核桃園組核二段和核三段。自1976年開始二維地震勘探，于1977年3月，B12井試油獲47 t/d的工業(yè)油流，發(fā)現(xiàn)王集油田。后來開展常規(guī)與高精度三維地震勘探，通過精細(xì)的地震地質(zhì)綜合解釋，發(fā)現(xiàn)多個(gè)含油斷塊[1-2]，截至2015年底，王集地區(qū)已上交探明儲(chǔ)量1825×104t，已進(jìn)入勘探開發(fā)中后期。

隨著勘探開發(fā)工作的深入，發(fā)現(xiàn)新的含油斷塊難度加大，特別是核三下段地震資料連續(xù)性差，斷層雙縫現(xiàn)象嚴(yán)重，斷面不清，斷裂解釋存在多解性，低序級(jí)斷層無法落實(shí)[3]。

為了改善核三段地震資料的信噪比和連續(xù)性，提高斷點(diǎn)、斷面成像的精度，落實(shí)小斷層及隱伏斷層的分布，尋找有利的斷塊圈閉、斷層巖性圈閉，落實(shí)該區(qū)剩余資源，需要在王集地區(qū)部署開發(fā)地震。

1 采集方案難點(diǎn)與措施

研究區(qū)經(jīng)過了多輪地震勘探，本次開發(fā)地震的地質(zhì)任務(wù)是搞清研究區(qū)低序級(jí)斷層的分布、提高中深層核三下段地震資料信噪比，落實(shí)復(fù)雜小斷塊油藏、斷層巖性油藏。

1.1 技術(shù)難題

研究區(qū)發(fā)育多組方向的斷裂，相互交切使構(gòu)造極為破碎。現(xiàn)有地震資料深層反射能量弱，反射同相軸不連續(xù)，中淺層分辨率較低，無法落實(shí)低序級(jí)斷層、小砂體和微構(gòu)造。

（1）深層核三下段資料相對(duì)較差，能量弱，反射不連續(xù)，反射雜亂，信噪比低，構(gòu)造主體地震資料解釋存在多解性。

（2）發(fā)育多組斷裂，相互交切，斷裂系統(tǒng)復(fù)雜，無法搞清復(fù)雜斷裂的交切關(guān)系。

（3）中淺層分辨率較低，低序級(jí)斷層難落實(shí)。

1.2 技術(shù)措施

為提高復(fù)雜小斷塊的成像精度，改善核三下段信噪比及連續(xù)性，開展基于成像需求觀測系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，以提高地震資料對(duì)小砂體和小斷層的分辨能力[4-5]。

采用基于復(fù)雜斷塊群成像的觀測系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化觀測系統(tǒng)屬性并分析疊前成像屬性，優(yōu)選觀測系統(tǒng)參數(shù)。

為了提高核三下段地震資料信噪比，采用基于模型分析與基于融合處理的觀測系統(tǒng)論證技術(shù)，有效增加炮密度、增加接收線數(shù)、道數(shù)和覆蓋次數(shù)，從而提高核三下段地震資料品質(zhì)。

2 采集方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

在充分考慮研究區(qū)構(gòu)造特征及前期地震采集因素的基礎(chǔ)上，采用基于疊前成像需求的觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)，優(yōu)化采集方案。

2.1 觀測系統(tǒng)參數(shù)定量計(jì)算

2.1.1 面元大小

根據(jù)采樣定理，為了避免產(chǎn)生空間假頻和偏移假頻，空間采樣間隔最大不能超過有效信號(hào)最小視波長的一半。目的層段最小視波長為44 m，斷裂發(fā)育，構(gòu)造復(fù)雜，為提高地震資料縱橫向分辨率，面元應(yīng)小于20 m。綜合考慮目的層斷裂帶成像要求，面元擬定為12.5 m×12.5 m。

2.1.2 覆蓋次數(shù)

從理論上講， 增加覆蓋次數(shù)，可提高地震反射資料的信噪比，但當(dāng)覆蓋次數(shù)大到一定數(shù)值后，信噪比就沒有明顯的變化。再增加覆蓋次數(shù)，既增加勘探成本，也不能提高地震資料信噪比。為了選擇合適的覆蓋次數(shù)，利用測井資料，考慮地震波的透反射損失、球面擴(kuò)散損失和大地吸收損失，定量計(jì)算覆蓋次數(shù)。根據(jù)單炮記錄分析，震源信號(hào)的振幅與環(huán)境噪聲振幅之比為7.9×105，假設(shè)疊加后信噪比為1，則各目的層深度所需覆蓋次數(shù)可由下式計(jì)算：

式中：Noise為環(huán)境噪聲的振幅；A0為震源信號(hào)的振幅；TRA（i）為透反射損失、球面擴(kuò)散與吸收損失。

利用測井資料，通過式（1）計(jì)算出各目的層深度對(duì)應(yīng)的覆蓋次數(shù)，圖1是覆蓋次數(shù)與目的層深度關(guān)系，由圖1可知，如果覆蓋次數(shù)大于200次，絕大多數(shù)地層都能有較強(qiáng)的反射增幅能量。

圖1 覆蓋次數(shù)與目的層深度關(guān)系

2.1.3 最小炮檢距

在選擇最小炮檢距時(shí)，依據(jù)炮檢距與疊加特性的關(guān)系，選擇最小炮檢距可提高通放帶寬度，有利于提高分辨率。從層析成像反演靜校正處理方面考慮，采用最小炮檢距有利于提高靜校正精度。然而從避免近源強(qiáng)面波及聲波干擾考慮，較大的偏移距有利于避開面波、聲波等干擾。因此，根據(jù)王集地區(qū)地下地質(zhì)條件與以往三維采集經(jīng)驗(yàn)，最小炮檢距取50 m。

2.2 基于地震數(shù)值模擬觀測系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)選

地震數(shù)值模擬是揭示地震波傳播規(guī)律的有效手段，可較為準(zhǔn)確地模擬反射波的傳播規(guī)律。為了更好地分析王集地區(qū)地震波傳播特征，采用基于波動(dòng)方程的有限差分正演模擬， 通過計(jì)算機(jī)模擬放炮來代替高代價(jià)的野外放炮，獲得相關(guān)的合成地震記錄和波場快照，分析目的層的反射能量，避免地層傾斜或復(fù)雜構(gòu)造導(dǎo)致無法接收目的層的反射波信息。通過模擬分析確定炮點(diǎn)分布范圍、排列長度，最大限度地提高地震觀測接收效果及成像質(zhì)量，從而設(shè)計(jì)更加合理的野外采集方案。

為了進(jìn)一步分析驗(yàn)證觀測系統(tǒng)參數(shù)，由地質(zhì)解釋剖面建立地震速度模型，應(yīng)用波動(dòng)方程正演軟件進(jìn)行波場分析和照明分析。采用 5475-25-50-25-5475的觀測系統(tǒng)，在模型的不同部位進(jìn)行正演模擬分析。

圖2為地層下傾部位和地層上傾部位的模擬單炮記錄，從圖2可以看出各主要目的層反射能量強(qiáng)，反射同相軸信噪比高，深層反射較好。

圖2 不同位置單炮模擬記錄

由于地層傾角為8°～12°，主要目的層反射同相表現(xiàn)為不對(duì)稱雙曲線。圖3為波前快照。從波前快照來看，由于受地層傾角和斷裂系統(tǒng)影響，波前發(fā)生畸變，擴(kuò)散不均勻，但淺、中、深層波前均具有較強(qiáng)的反射能量。因此，該觀測系統(tǒng)可以提高深層復(fù)雜構(gòu)造的反射品質(zhì)。通過波場正演分析，最大炮檢距選擇為3500～4800 m，可以滿足本次勘探需求。

圖3 波場快照

2.3 觀測系統(tǒng)屬性評(píng)價(jià)

依據(jù)采集參數(shù)的論證結(jié)果和野外地表施工條件確定觀測系統(tǒng)方案。

表 1為優(yōu)化的觀測系統(tǒng)參數(shù)與老觀測系統(tǒng)參數(shù)對(duì)比。

表1 觀測系統(tǒng)參數(shù)對(duì)比

為了進(jìn)一步評(píng)價(jià)觀測系統(tǒng)的合理性，利用波動(dòng)方程分析評(píng)價(jià)觀測系統(tǒng)屬性，優(yōu)化觀測系統(tǒng)方案。對(duì)2種觀測系統(tǒng)的覆蓋次數(shù)分布、炮檢距分布、方位角分布、壓制噪聲效果、覆蓋次數(shù)等面元綜合屬性進(jìn)行對(duì)比分析。

圖4為新、老觀測系統(tǒng)壓噪能力對(duì)比圖，從圖中可以看出，新設(shè)計(jì)的觀測系統(tǒng)疊加響應(yīng)與線性噪聲壓制能力優(yōu)于老觀測系統(tǒng)。新方案靜校正耦合效果較好，采集腳印小，炮檢距、方位角更均勻，成像能量最高，新方案具有高密度全方位采集的特點(diǎn)。

圖4 新（a）、老（b）觀測系統(tǒng)壓噪能力對(duì)比

2.4 基于融合處理的采集方案設(shè)計(jì)

在施工方案設(shè)計(jì)中，本次檢波線布設(shè)在前期觀測系統(tǒng)中的檢波線中間，檢波點(diǎn)錯(cuò)開6.25 m；炮線布設(shè)在前期炮線之間，確保與老資料融合形成6.25 m（縱）×12.5 m（橫）面元。圖5是基于后期融合處理設(shè)計(jì)的觀測系統(tǒng)與老觀測系統(tǒng)面元中心分布圖，新觀測系統(tǒng)在縱向上與老觀測系統(tǒng)面元錯(cuò)開成6.25 m，這樣既有利于融合面元處理，又有利于細(xì)分面元處理。融合處理后，檢波線距、炮線距減半，近炮信息提高一倍；同時(shí)，炮檢距分布更豐富，更均勻，更有利于成像。融合處理提高了覆蓋次數(shù)，覆蓋次數(shù)達(dá)到304次，有利于核三下段地震資料信噪比的提高。圖中紅色線為原面元，紅色圈為原面元為中心點(diǎn)；藍(lán)色點(diǎn)劃線為新面元，藍(lán)色圈為新面元中心點(diǎn)。

圖5 融合面元中心分布

3 應(yīng)用效果

基于復(fù)雜斷塊群成像和改善核三下段地震資料品質(zhì)成像需求的觀測系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，為開發(fā)地震采集提供了優(yōu)良的施工方案，按此方案進(jìn)行開發(fā)地震采集，采集到的地震資料波場信息豐富，有利于疊前偏移處理[6-7]。通過疊前去噪、高精度速度建模和偏移成像處理，提高了地震資料信噪比、分辨率及成像精度，改善了地震資料中深層的信噪比和連續(xù)性，提高了小斷層、小斷塊及斷層-巖性油藏的識(shí)別能力。

圖6是老三維地震資料與本次開發(fā)地震剖面對(duì)比圖，從圖中看出新采集的開發(fā)地震資料比老地震資料的信噪比、連續(xù)性、分辨率及斷面的成像精度都有較大的改善。小斷層歸位清晰，斷面清楚，有利于復(fù)雜斷塊精細(xì)解釋。

圖6 老三維地震（a）與開發(fā)地震剖面（b）對(duì)比

對(duì)研究區(qū) 120.00 km2開發(fā)地震三維地震資料進(jìn)行解釋，理順了大小斷層切割關(guān)系，識(shí)別出斷距較小、延伸距離較短的小斷層，進(jìn)一步落實(shí)了復(fù)雜斷塊的構(gòu)造特征及斷層空間展布和交切關(guān)系[8-14]。發(fā)現(xiàn)和落實(shí)圈閉25個(gè)，圈閉面積4.32 km2。部署的CQ6-3C1、EW54、EW55、W18-1等井均獲工業(yè)油流。

4 結(jié)論

開發(fā)地震是在常規(guī)地震或高精度三維地震基礎(chǔ)上開展的地震工作，在開發(fā)地震方案設(shè)計(jì)時(shí)，不僅采用基于成像觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)，還應(yīng)考慮前期采集方案，為后續(xù)地震資料的綜合應(yīng)用提供保證。具體應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：

（1）采用基于波動(dòng)方程正演模擬方法， 可較為準(zhǔn)確地模擬反射波的傳播特征，為設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理的采集方案提供保證。

（2）有效增加炮密度、接收線數(shù)、道數(shù)和覆蓋次數(shù)，有利于提高核三下段地震資料品質(zhì)。

（3）重復(fù)采集應(yīng)考慮多期地震資料的應(yīng)用，在采集方案設(shè)計(jì)時(shí)，考慮前期施工方案，盡量按面元的均一性、一致性的理念進(jìn)行觀測系統(tǒng)論證，為后續(xù)地震資料的融合處理提供保證。

（4）寬方位采集，波場更豐富，更利于疊前偏移，有利于小斷層成像。