黃土塬地震資料采集方案優化與應用探析

劉成立

（中海油田服務股份有限公司物探事業部，天津 300459）

黃土塬又稱黃土平臺、黃土桌狀高地，塬是中國西北地區群眾對頂面平坦寬闊、周邊為溝谷切割的黃土堆積高地的俗稱，黃土塬表層地質復雜，由于黃土疏松，彈性差，速度低，被認為是地震勘探上世界級難題。我國陜西省是黃土塬分布的中心區域，該區域天然氣及煤層氣資源量大，為推動陜西省相關區塊的油氣以及煤層氣勘探開發進度，大量油氣公司在陜西黃土塬區域部署地震勘探采集任務。本文通過討論黃土塬地震勘探實際項目，介紹了提高黃土塬地震采集資料質量的建議。

1 黃土塬地震勘探難點

本項目區域位于陜西省榆林市境內，地處鄂爾多斯盆地東緣，為典型的黃土塬地貌，地表經長期侵蝕切割形成塬、梁、峁、坡、溝的復雜地形，河流溝系多以樹枝狀分布，大部分溝系為黃土沖溝，溝系流水屬季節性流水，沖溝中兩岸地勢陡峭。該區汛期易發生滑坡、塌方現象，特別是區域內多為土路，降雨會沖毀道路，使交通條件更為惡化，合理的施工季節窗選擇對施工安全和施工效率都會產生很大影響[1]。

1.巨厚的黃土地形起伏劇烈，近地表巖性變化快，不同區域激發接收差異大，表層巨厚黃土層吸收衰減嚴重，主頻低，頻帶窄，靜校正問題突出。工區地形復雜，地勢起伏變化劇烈。地表被較厚的黃土覆蓋，并被后期雨水、河流沖刷得支離破碎，溝壑縱橫，形成了樹枝狀沖溝及塬、梁、峁、坡獨特黃土山地地貌，相對高差達到了20m～300m，黃土塬區低降速帶厚度在0m～100m 之間。在川道和溝底低降速帶厚度相對較薄。低速層在300～800m/s，巖性為黃土，干黃土厚度多在3m～9m；降速層在700～1500m/s，巖性為紅土與含水粘泥層互層并存在礫石層；高速層在2000～4700m/s，巖性為基巖風化層和基巖。

2.黃土塬高程變化劇烈，表層巖性變化快，低降速帶厚，吸收衰減嚴重，頻帶窄，激發參數選擇難。

3.巨厚的黃土層對反射上來的有效能量也有強烈的吸收作用，使得地震記錄的信噪比極低。

4.鑒于地表條件復雜，溝壑縱橫，炮點排列布設困難，地震勘探技術設計困難。

5.黃土塬地表起伏劇烈、地下巖性復雜多變，姜石礫石發育，炮點設計難、鉆井難度大。

2 以往資料分析

近年的二維采集施工主要沿溝設計彎線采集，測線分散、成網性差、測網密度稀，測網閉合誤差較大，僅能控制大的構造變化。同時彎曲測線地下CDP 離散，反射點偏移歸位差，影響構造準確解釋和反演精度[2]。

2.1 以往二維單炮資料分析

區內主要發育面波、折射波等規則干擾，以及環境噪聲、車輛干擾等不規則干擾。不同巖性單炮資料品質差異較大，巖石區激發的單炮在BP（80～160）Hz還可見到目的層的反射信息，頻帶較寬；紅土區激發的單炮在BP（70～140）Hz 可見到較弱目的層的反射信息；黃土區激發的單炮在BP（60～120）Hz 難以見到目的層的反射信息，頻帶較窄。為保證不同巖性區的資料品質，本次勘探應做好詳細的表層調查工作，分區設計激發參數。

2.2 以往二維資料與鄰區三維資料對比

1.與鄰區三維地震資料相比，以往二維地震資料信噪比、分辨率低，難以滿足薄儲層刻畫需求。

2.同一位置，二維資料振幅保真性差、河道特征不清晰，三維資料能夠刻畫河道反射特征。

3.三維資料最終偏移成果的主頻40Hz，頻寬5Hz～75Hz，二維資料最終偏移成果的主頻約為23Hz，頻寬7Hz～56Hz。主頻較低，頻寬較窄。

2.3 鄰區三維資料應用分析

受到地質條件等因素影響，地震資料在應用中存在幾方面問題，具體表現在：

1.受地表巖性差異及煤礦采空區等影響，地震資料信噪比偏低，地震保幅性較差。

2.煤層的巖石物理特征為低密度、低速度、低阻抗，形成強反射系數界面，在地震上表現為強反射。砂巖、氣層受煤層強反射影響，地震響應特征難以識別，地震縱向分辨率不足。

3.疊前道集品質差，部分區域道集AVO 規律與鉆井不符，影響疊前反演結果可信度。

2.4 以往資料分析結論

1.單炮整體能量穩定，不同表層巖性單炮資料品質差異較大。

2.該區表層地震地質條件復雜，靜校正問題突出。

3.二維資料存在不同批次能量差別大，閉合差問題明顯，與三維資料對比，信噪比、分辨率和保幅性較差，目標體刻畫不清，難以提供有效的勘探數據支持。

3 黃土塬地震勘探應對措施

通過以上資料和工區地震條件的分析，本區地震資料主要存在以下問題：

1.信噪比較低，構造成像效果不佳。

2.主頻低、頻帶窄，分辨率不夠。

3.工區靜校正問題突出，影響成像效果。

在采集技術參數方面，本項目聚焦地質目標，抓住黃土塬的“信噪比低、頻帶窄”的資料特點，主要是采取“高覆蓋、長排列、寬方位觀測系統”的采集技術對策：

1.采用高覆蓋采集，改善疊前偏移效果，提高資料的信噪比，改善目的層成像效果，提高儲層預測的精度。

2.采用寬方位觀測，獲取各方位地震資料信息，滿足OVT 處理要求，有利于小斷裂的識別、提高小斷層、裂縫和薄儲層預測的精度。

3.采用長排列接收，有利于AVO 分析，更有利于滿足疊前儲層預測對地震資料的要求；接收到深層的反射信息，提高深層的成像效果。

在地震資料采集施工方面，針對黃土塬地質特征，為獲取兩寬一高地震資料，提出五項針對性對策。

3.1 構建表層結構模型，摸清巖性分布情況

為克服黃土塬巨厚的黃土地形起伏劇烈，近地表巖性變化快，靜校正問題突出，本項目全區搭建2*2km微測井和0.48*0.48km 巖性調查網格，在斜坡等巖性過渡帶加密巖性調查點，結合大鉆的近地表資料和往期層析數據，構建表層結構模型[3]。

1.通過巖性分級調查方式，開展全工區基巖面調查，精細表層調查模型沿沖溝區域調查開展了基巖出露情況，得出工區基巖面坐標、高程數據；通過基巖面控制點數據收集為基礎，獲得工區內基巖頂界面數據；根據地表高程數據及基巖頂界面求得黃土層厚度。

2.通過已完成的微測井建立速度、厚度模型，結合巖性調查點位數據，確定巖性分區并求取濕黃土埋深。

3.在巖性分界地區適當加密巖性調查點，合理增加微測井點，結合老資料情況進行相互印證，優化模型。建立精準的潮濕黃土厚度模型，逐點設計激發因素，確保在含水性較好的濕黃土頂界面下5m 或8m 激發，提高資料主頻，拓寬資料頻帶[4]。

3.2 精細化激發因素試驗，優選施工參數

針對黃土塬高程變化劇烈，表層巖性變化快，低降速帶厚，吸收衰減嚴重，頻帶窄，激發參數選擇難；本項目中精細化激發因素試驗，優選激發和接收參數。以提高分辨率為目標，確保黃土區和巖石區能量和頻帶一致性，細分薄黃土，開展少井、深井參數試驗，拓寬頻帶。在老資料基礎上開展了井深、藥量、井數等詳細的對比試驗，共計完成6 個點94 炮的試驗工作，優選適合黃甫地區三維地震勘探的最佳激發因素。

1.按照“黃土厚度分區、坡度分區、巖性分區”的原則差異化設計。

2.按照“五避五就”原則，優先在優質炮點區布設激發點。

3.宏觀上確保炮點分布均勻，根據需要適當加密炮點。

4.以提高分辨率為目標，加強試驗，以點、線試驗為基礎，優選激發和接收參數。在分析總結以往老項目試驗的基礎上，優選激發巖性、井深和組合井數，開展試驗工作。將薄黃土（H ＜50m）進一步細分，優化激發參數；紅土區細分為干、濕紅土。

3.3 依托科學的觀測系統，提高資料信噪比

針對巨厚黃土層對反射上來的有效能量也有強烈的吸收作用，使得地震記錄的信噪比極低問題，本項目依托科學的觀測系統利用節點儀在采集作業中的優勢，在黃土山地采用“高密度”采集，利用“兩寬一高”的采集方法，在保證資料信噪比的前提下，提高資料分辨率，滿足勘探開發地質需求。

3.4 充分利用調查成果，合理設計炮點和檢波點

針對地表條件復雜，溝壑縱橫，炮點排列布設困難，地震勘探技術設計困難。

本項目采用陸地節點設備作為采集設備，減少檢波點布設困難，同時加強對高清航測衛片與盡職調查成果的利用，合理設計炮點和檢波點，克服地震勘探技術設計困難[5]。

1.基于高清航測衛片與盡職調查成果，加強工區巖性分析，以“提高目的層地震分辨率”為導向逐點設計炮點，預設計合理炮點方案。

2.在較寬溝壑區及溝底增加井炮及震源，通過室內外分析論證，保證點位均勻、淺層資料無缺口。

3.針對黃土山地區鉆井施工難題開展針對性攻關。細分區域，在塬頂、上半坡、下半坡等部位提前完成巖調點，進行巖性和時效記錄。

4.采用可控震源對人口、城鎮、具備震源施工條件道路及廠區密集區域及時采用可控震源，達到滿覆蓋要求。

3.5 準確制定鉆井方案，全力保證鉆井質量

針對地表起伏劇烈、地下巖性復雜多變的不利因素，保證鉆井質量是獲取優質資料的關鍵。本地區巖性復雜多變，黃土、紅土、巖石、礫石交互出現，鉆井施工難度大，為保證項目鉆井工序順利開展，按照工區巖性以及鉆機適應性進行細致分區，把鉆機分配方案落實到工區具體位置、保質保量確保鉆井工序生產節奏[6]。

1.根據工區巖性情況，提前準備洛陽鏟加配破石鏟、炮筒，氣動鉆加配螺旋短鉆桿，風鉆加配泥漿泵，跟管鉆加配套管，以及四輪鉆、拖拉機鉆等不同鉆機。

2.結合工區巖性調查結果，根據鉆機性能以及地形情況，詳細制定鉆機分配方案，落實到具體位置（樁號點位、激發方式、鉆機類型），鉆井任務分配前，派遣專人對鉆機分配方案進行核實調整，確保鉆機分配方案可靠有效。

3.鉆井過程中，井監現場檢查，確認鉆機分配合理性，遇到特殊情況及時上報，進行鉆機類型調整。

4.洛陽鏟：適用于黃土層、薄料姜石層和薄膠泥層，無法處理厚度大的膠泥和料姜石層、較大顆粒的料姜石層，可用于塬頂、坡體高部位。

5.山地鉆：適用于需鉆進基巖的區域，可用于坡、溝部位鉆井。

6.氣動鉆：適用于料姜石層和硬膠泥層，可用于坡、溝部位鉆井，還可用于塬頂洛陽鏟無法穿透的情況。

7.跟管鉆：適用于河灘容易垮塌區域，需套管固定井口。

8.水鉆：適用有礫石河床。

4 地震資料分析與認識

1.本項目開展了詳細的表層結構調查，查明區內巖性分界和潮濕黃土頂界面，保證在潮濕黃土內、膠泥層或巖下激發，針對不同的巖性分布選用合適鉆具，確保本區鉆井成井達到設計要求，保證激發效果，是獲得好資料的關鍵。

2.通過詳細踏勘工區，本項目采用全節點和獨立激發采集模式，提高采集任務完成效率。

3.二、三維資料對比及應用效果表明，本項目三維資料在成像精度、儲層預測等方面具有明顯優勢。

5 結語

黃土塬地震勘探由于表層地質復雜，黃土疏松，彈性差，速度低，被認為是地震勘探上世界級難題，主要難點表現在表層巨厚黃土層吸收衰減嚴重，主頻低，頻帶窄，靜校正問題突出，激發參數選擇難，因溝壑縱橫，巖性復雜多變，炮點排列技術設計困難，鉆井難度大，使得地震記錄的信噪比極低。本項目通過構建準確的表層結構模型，摸清巖性分布情況，精細化激發因素試驗，優選施工參數，同時依托科學的觀測系統，準確制定鉆井方案，提高資料信噪比，最終取得了優質的地震資料。