川南地區(qū)頁巖氣地震采集逐點(diǎn)激發(fā)井深設(shè)計(jì)優(yōu)化及應(yīng)用效果

中圖分類號(hào)：P631 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10. 13810/j. cnki. issn. 1000-7210. 20230426

Abstract：As shale gas exploration in the southern Sichuan area continues to advance，the exploration environ? ment becomes increasingly complex. To obtain higher quality seismic acquisition data，it is important to im ? prove the accuracy of excitation well depth design. However，the current interior design only defines the dy? nam ic range of excitation well depths，while the actual drilling depth still relies on the driller’s identification of the lithology of the bottom well，impacting the accuracy of the excitation depth. Therefore，we propose a method of pointwise excitation well depth design in the NJ ? RC areas. Initially，the reasonable range of well depths is analyzed theoretically and the optimal excitation interval in mudstone is determined through compara? tive experiments. The mid ?depth of the mudstone is used as the base data to identify the best excitation surface across the entire area. Subsequently，the design process is refined by integrating geostatistics. The principle analysis，effect comparison，and actual data verification of the entire region and local areas for the four interpola? tion methods are conducted，considering both qualitative and quantitative analyses and sedimentary rock con? straints. In this way，the minimum curvature interpolation method is found to be most suitable for the study area. Verification and application of actual data indicate that the optimized pointwise excitation well depth de? sign can determine the optimal excitation surface across the entire area and specify the best excitation depth for

each well，effectively enhancing the precision of well depth design. This significantly improves the quality of seismic data and provides a reference for the acquisition of similar work.

Keywords：deep shale gas，pointwise excitation well depth design，minimum curvature method，geostatistics 隆季原，趙容容，李玉雯，等 . 川南地區(qū)頁巖氣地震采集逐點(diǎn)激發(fā)井深設(shè)計(jì)優(yōu)化及應(yīng)用效果— —以 NJ?RC 區(qū)塊 為例［J］. 石油地球物理勘探，2025，60（3）：667?678.

LONG Jiyuan，ZHAO Rongrong，LI Yuwen，et al. Optimization and application effect of pointwise excitation well depth design for shale gas seismic acquisition in southern Sichuan：An example from NJ?RC areas［J］. Oil Geophysical Prospecting，2025，60（3）：667?678.

0 引言

四川盆地頁巖氣資源豐富，在川南地區(qū) NJ?RC區(qū)塊發(fā)育富含有機(jī)質(zhì)暗色泥頁巖的沉積環(huán)境，具有良好的頁巖氣勘探前景[1-2]。其中，主力層系五峰組—龍馬溪組的優(yōu)質(zhì)泥頁巖厚度分布橫向變化大，地表、地下構(gòu)造及儲(chǔ)集條件復(fù)雜，為實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層精細(xì)化預(yù)測(cè)、小斷層識(shí)別、裂縫預(yù)測(cè)，需要高精度的三維地震 勘 探[3-4]。

“兩寬一高”地震采集技術(shù)大幅提高了地震成像質(zhì)量和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度，合理的激發(fā)井深是獲取高品質(zhì)、信息豐富的三維地震原始資料的關(guān)鍵因素[5]。通常的激發(fā)井深設(shè)計(jì)方法分為三大類：固定井深設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)井深設(shè)計(jì)和逐點(diǎn)井深設(shè)計(jì)。

在四川盆地以往的地震采集中，常采用固定井深設(shè)計(jì)方式，白堊系、侏羅系砂泥巖采用 15m 井深，二疊系、三疊系灰?guī)r采用 20m 井深[6]。杜佳峰等[7]和徐學(xué)佳等[8]提出最佳激發(fā)井深的動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)考慮虛反射界面和保護(hù)最大頻率。羅春波等[9]利用自貢區(qū)塊的巖性取芯數(shù)據(jù)，構(gòu)建三維巖性模型，圈定礫石井深為 7～9m ，砂巖井深為 15m ，泥巖井深為 12～ 15m 。王偉等[10]認(rèn)為在復(fù)雜山區(qū)的井深設(shè)計(jì)還要綜合考慮地形、巖性、含水性等因素，通過微測(cè)井—高密度電法資料設(shè)計(jì)了合理的激發(fā)井深，獲得了高品質(zhì)的單炮記錄。楊戰(zhàn)軍等[11]針對(duì)表層火山巖，利用微測(cè)井確定了控制點(diǎn)位置的最佳激發(fā)深度，并結(jié)合非地震方法進(jìn)行橫向延伸，獲取全區(qū)的最佳激發(fā)面，進(jìn)而圈定各炮點(diǎn)的最佳激發(fā)深度。劉兆平等[12]對(duì)比了多種插值方法的原理及應(yīng)用效果，總結(jié)出了地球物理數(shù)據(jù)網(wǎng)格化處理的適用性。張劍等[13]利用多種插值方法對(duì)表層數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化處理，確定每個(gè)激發(fā)點(diǎn)處的近地表情況，進(jìn)行逐點(diǎn)井深設(shè)計(jì)，證明了克里金插值法、徑向基函數(shù)法的效果較好。

在多種激發(fā)巖性中，人們普遍認(rèn)為泥巖激發(fā)效果最好[14-15]，但沒有明確是其頂部、中部還是底部的激發(fā)效果最好。近幾年來，傳統(tǒng)的固定井深設(shè)計(jì)已被更準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)井深設(shè)計(jì)所代替，后者根據(jù)表層調(diào)查，設(shè)計(jì)出井深浮動(dòng)范圍（川南地區(qū)泥巖井深為 12～ 15m ，砂巖井深為 ），通過追蹤巖性鉆井和野外鉆井工人現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別井底巖性，遇泥巖即停鉆，從而獲取最佳的激發(fā)井深。鉆井工人絕大部分為當(dāng)?shù)丶竟?jié)工，沒有豐富的鉆井經(jīng)驗(yàn)，再加上復(fù)雜的近地表?xiàng)l件，存在砂泥互層、薄厚不均勻的現(xiàn)象，嚴(yán)重降低了激發(fā)巖性識(shí)別的準(zhǔn)確性。為避免上述問題，雖然已經(jīng)采用逐點(diǎn)激發(fā)井深設(shè)計(jì)，但是在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，還停留在定性判斷插值方法，憑經(jīng)驗(yàn)選取克里金插值法，沒有考慮基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的變異性，缺乏插值效果的定量分析以及考慮地質(zhì)因素的設(shè)計(jì)驗(yàn)證。

研究區(qū)內(nèi)勘探環(huán)境復(fù)雜，水系發(fā)育、房屋密集、樹木茂盛、地表起伏大、表層沉積巖縱、橫向展布多樣，這些因素將降低激發(fā)井深設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響單炮資料的品質(zhì)。為系統(tǒng)性解決不明確的泥巖激發(fā)層段、不準(zhǔn)確的巖性識(shí)別、不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木W(wǎng)格化處理流程等問題。本文首先通過對(duì)比試驗(yàn)獲取泥巖最佳的激發(fā)層段，結(jié)合地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)完善網(wǎng)格化處理流程，優(yōu)選出最小曲率插值法；然后利用精細(xì)化表層調(diào)查資料對(duì)控制點(diǎn)位置的最佳激發(fā)井深插值，橫向延伸確定出全區(qū)的最佳激發(fā)面，并對(duì)全區(qū)、局部（巖性變化區(qū)）分別進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證。實(shí)際資料的應(yīng)用效果證明，在沉積巖性約束下，優(yōu)化后的逐點(diǎn)激發(fā)井深設(shè)計(jì)成功保證了每一個(gè)炮點(diǎn)有最佳的激發(fā)條件，獲取了品質(zhì)更高、信息更豐富的三維地震資料。

1 理論及技術(shù)流程

1. 1 井深設(shè)計(jì)理論分析

1. 1. 1 激發(fā)巖性理論分析

地震勘探中設(shè)計(jì)激發(fā)井深通常是為了保證激發(fā)能量最大限度向地下傳播的同時(shí)，得到一個(gè)寬頻帶的激發(fā)子波，設(shè)計(jì)井深時(shí)需兼顧激發(fā)巖性、爆炸半徑、虛反射界面以及要保護(hù)的最高頻率等多個(gè)方面。針對(duì)激發(fā)巖性的選擇，在距離爆炸點(diǎn)一定距離處，均勻彈性介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)位移函數(shù)可寫成[16]

式中： t 為傳播時(shí)間； r 為爆炸形成的球形孔穴半徑；otP₀ 為作用于孔穴內(nèi)壁上的壓強(qiáng)，這里壓強(qiáng)為階躍函數(shù)，即當(dāng) tlt;0 時(shí)壓強(qiáng)為 0，t?0 時(shí)壓強(qiáng)為固定值 p₀;μ 為彈性參數(shù)； a 為傳播距離； k 為波傳播的圓頻率，且 ，其中 v 為地震波傳播速度。

忽略其他因素，激發(fā)子波的波形及其振幅譜主要由巖性速度、彈性參數(shù)及孔穴半徑?jīng)Q定。當(dāng)藥量固定時(shí)，震源子波在巖石中速度越高，其主頻越高、頻帶越寬；孔穴半徑越小，其頻率越高。這表明炸藥在致密巖性中激發(fā)時(shí)，由于巖性速度高且孔穴半徑小，自然導(dǎo)致頻率的提高。因此，在設(shè)計(jì)激發(fā)井深時(shí)，應(yīng)追蹤高速層中致密的膠泥或砂泥巖。

1. 1. 2 爆炸理論分析

根據(jù)炸藥震源激發(fā)理論[17]，為減少下傳的能量散失，減弱爆炸產(chǎn)生的次生干擾，激發(fā)點(diǎn)到高速層界面的距離 ΔH 要大于等于爆炸半徑，即

式中： K 為比例系數(shù)，一般在實(shí)際計(jì)算中取 為炸藥量。激發(fā)井深 H 應(yīng)大于等于低降速帶厚度h₀ 與 r 之和，即

H?h₀+r

1. 1. 3 虛反射理論分析

虛反射是指由震源激發(fā)產(chǎn)生的上行波遇到高速層頂界面產(chǎn)生反射下行波的現(xiàn)象[18]。當(dāng)激發(fā)點(diǎn)距離高速層界面較近時(shí)，激發(fā)子波是激發(fā)下行波和次生下行波的疊加子波（圖 1），不同的激發(fā)深度虛反射對(duì)激發(fā)子波的干涉不同。當(dāng)次生下行波疊加在激發(fā)下行波的尾部，將導(dǎo)致地震信號(hào)的延續(xù)時(shí)間變長(zhǎng)、波形變寬、頻率變低，直接影響了地震資料的分辨率。

設(shè)激發(fā)下行波的波形為 S₀（t） ，則其在頻率域函數(shù)為 S₀（f） ，次生下行波與其在時(shí)間上有個(gè)延遲，次生下行波的振幅只受高速層界面反射系數(shù) R₁ 的影響，且 R₁ 為負(fù)值，則虛反射 S₁（t） 可表示為

S₁（t）=R₁S₀（t-τ）

式中 τ=2h/v₁ ，其中 v₁ 為高速層速度。

圖1 虛反射示意圖

經(jīng)傅里葉變換后，得到式（4）在頻率域的表達(dá)式

S₁（f）=R₁S₀（f）e^-i2π/τ

由激發(fā)下行波和次生下行波疊加后得到

式中 L（f） 為干擾項(xiàng)，表示在頻率域中次生下行波對(duì)激發(fā)下行波的影響，其振幅表達(dá)式為

當(dāng) 2πfτ=（2n+1）π 時(shí)， ∣L（f）∣ 取最大值，即

式中 n=0，1，2，…，N，N 為自然數(shù)。此時(shí) f_n 為峰值頻率，此頻率對(duì)應(yīng)的信號(hào)下傳能量最大。當(dāng)高速層速度不變時(shí)，在虛反射界面下激發(fā)，隨著炸藥埋深增加，峰值頻率向低頻方向移動(dòng)，由式 8 可得

由式（9）可知，激發(fā)井深到高速層界面的距離應(yīng)小于四分之一波長(zhǎng) λ；當(dāng)激發(fā)點(diǎn)在波阻抗界面下方λ/4 時(shí)，頻率可達(dá)最大值，此時(shí)下傳的能量也最大，即

根據(jù)虛反射理論，最佳激發(fā)井深為

H?h₀+ΔH

結(jié)合式（3）、式（11）可獲得激發(fā)點(diǎn)的最佳井深范圍

h₀+r?H?h₀+ΔH

在 NJ?RC 區(qū)塊經(jīng)過精細(xì)化表層調(diào)查后，確定高速層速度范圍為 2000～2800m/s ，低降速帶厚度范圍為 4～8m ，根據(jù)炸藥量試驗(yàn)結(jié)果，炸藥量為 4～

7kg ；根據(jù)地質(zhì)任務(wù)對(duì)頻率的要求，要保護(hù) 60Hz 的信號(hào)完全不受壓制，其最大視頻率為 102Hz 。結(jié)合式（12）計(jì)算，本次采集的最佳井深范圍為 12～15m ，特殊區(qū)域可在 11～15m 。

1. 2 插值方法優(yōu)選原理

在圈定縱向最佳激發(fā)井深后，還需通過網(wǎng)格化插值，橫向延伸出全區(qū)的最佳激發(fā)面。合理的插值方法選取是網(wǎng)格化處理的核心，利用外推或內(nèi)插的算法，將稀疏、不規(guī)則分布的數(shù)據(jù)加密成規(guī)則分布的數(shù)據(jù)，以滿足最佳激發(fā)面的需要。

本文選取了 4 種效果較好的插值方法進(jìn)行優(yōu)選，分別是：克里金插值法、徑向基函數(shù)法、反距離加權(quán)法和最小曲率法（表 1）。在地震勘探工作中，表層控制點(diǎn)位較均勻地分布在整個(gè)工區(qū)，根據(jù)原理特征定性分析 4 種方法，其差別在于網(wǎng)格化處理后整體或局部效果不同。根據(jù)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論[19-20]，通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的規(guī)律性分析，可以建立對(duì)插值方法適用性的初步評(píng)價(jià)；利用 80% 訓(xùn)練集和 20% 測(cè)試集進(jìn)行誤差分析，對(duì)比 4 種方法插值結(jié)果的預(yù)測(cè)精度。

表1 4 種網(wǎng)格化方法的原理特征

1. 3 逐點(diǎn)設(shè)計(jì)流程

NJ?RC 區(qū)塊的逐點(diǎn)激發(fā)井深設(shè)計(jì)，是指在每個(gè)激發(fā)點(diǎn)滿足高速層激發(fā)的前提下，結(jié)合微測(cè)井錄井信息和網(wǎng)格化處理逐一設(shè)計(jì)每個(gè)激發(fā)點(diǎn)的井深，以確保激發(fā)點(diǎn)在最佳激發(fā)層段進(jìn)行激發(fā)。為保障設(shè)計(jì)井深的合理性，本文在以往設(shè)計(jì)流程的基礎(chǔ)之上，結(jié)合地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)思想，補(bǔ)充了明確泥巖的最佳激發(fā)層段、表層調(diào)查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的規(guī)律性分析、插值效果的定性及定量分析以及插值結(jié)果在全區(qū)、局部驗(yàn)證的流程（圖 2）。

圖2 NJ?RC 區(qū)塊逐點(diǎn)激發(fā)井深設(shè)計(jì)流程圖

針對(duì)特殊區(qū)域，若 11～15m 層段存在泥巖， 12～15m 層段不存在泥巖，可在 11～12m 層段進(jìn)行泥巖追蹤；若 11～15m 層段均不存在泥巖，則按照上述流程選擇 15m 激發(fā)。

2 逐點(diǎn)激發(fā)井深設(shè)計(jì)優(yōu)化

微測(cè)井控制點(diǎn)的均勻性部署對(duì)表層調(diào)查尤為重要，也是后續(xù)網(wǎng)格化處理的基礎(chǔ)和前提。為獲取 NJ?

RC 區(qū)塊內(nèi)最佳激發(fā)面的橫向分布特征，結(jié)合鄰區(qū)微測(cè)井點(diǎn)位，在激發(fā)點(diǎn)邊界范圍內(nèi)按 1 個(gè)/ '2km² 布署微測(cè)井，在激發(fā)點(diǎn)—資料邊界之間按 1 個(gè)/ ^′4km² 布署，在資料—施工邊界之間按 1 個(gè)/ '8km² 部署，共計(jì)268 個(gè)表層微測(cè)井控制點(diǎn)（圖 3）。

圖3 NJ?RC 區(qū)塊三維地震表層調(diào)查點(diǎn)位示意圖

2. 1 明確最佳激發(fā)層段

結(jié)合川南地區(qū)多個(gè)區(qū)塊的激發(fā)巖性選擇，發(fā)現(xiàn)泥巖激發(fā)的資料品質(zhì)明顯優(yōu)于砂巖。因此，為明確泥巖層段中的最佳激發(fā)位置，針對(duì)不同泥巖層段（頂部、中部、底部）進(jìn)行控制變量的井深對(duì)比試驗(yàn)，由圖 4a 可見，泥巖中部激發(fā)的單炮記錄有效信息更為豐富、同相軸連續(xù)性更好；同時(shí)，泥巖中部激發(fā)具有下傳能量強(qiáng)（圖 4b）、信噪比高（圖 4c）、主頻高和頻帶寬（圖 4d）等優(yōu)勢(shì)（圖 4）。

2. 2 泥巖中部深度數(shù)據(jù)分析

徑向基函數(shù)法、反距離加權(quán)法和最小曲率插值法不要求數(shù)據(jù)具有一定的分布規(guī)律，可直接使用泥巖中部深度數(shù)據(jù)進(jìn)行插值；克里金法則需要數(shù)據(jù)在一定程度上符合正態(tài)分布的趨勢(shì)。所以，在選取不同插值方法進(jìn)行網(wǎng)格化處理前，需要掌握一定的泥巖中部深度數(shù)據(jù)分布規(guī)律，明確該樣本數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布。

首先利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)向?qū)е械臄?shù)據(jù)探索功能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)分布，找出離群點(diǎn)。本文使用的泥巖中部深度數(shù)據(jù)存在少量的離群點(diǎn)，但均屬真實(shí)值，不應(yīng)去除。從正態(tài)分布直方圖（圖 5a）可以看出，泥巖中部深度數(shù)據(jù)偏離了鐘形曲線，存在明顯的非對(duì)稱性；在正態(tài)分布 P-P 圖（圖 5b）中，數(shù)據(jù)點(diǎn)明顯偏離了 45°線；根據(jù)柯爾莫戈洛夫— 斯米諾夫（K?S）檢驗(yàn)結(jié)果（表 2），其中漸近顯著性小于 0. 01，表明數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布的原假設(shè)不成立。綜上，正態(tài)分布的檢驗(yàn)結(jié)果表明，NJ?RC 區(qū)塊內(nèi)的泥巖中部深度數(shù)據(jù)不滿足正態(tài)分布規(guī)律。雖然克里金插值法在正態(tài)數(shù)據(jù)分布的情況下效果最好，但是 NJ?RC 區(qū)塊地勢(shì)相對(duì)平坦，表明泥巖在表層的分布具有空間平穩(wěn)性，加之克里金插值法無論是在內(nèi)插還是外推，都能很好地突出數(shù)據(jù)中隱含的趨勢(shì)，也可進(jìn)行分析對(duì)比。

2. 3 插值方法效果對(duì)比

從圖 6 可見，普通克里金網(wǎng)格化處理結(jié)果圈定了泥巖中部深度橫向展布的區(qū)域情況（圖 6a）；在網(wǎng)格化處理時(shí)可連成“山脊”曲線，其閉合性較好，曲面較光滑（圖 6b），然而，曲面效果圖中存在孤立的高值點(diǎn)，并且當(dāng)數(shù)據(jù)較大且網(wǎng)格密度較高時(shí)，網(wǎng)格化速度較慢。相較于普通克里金法，徑向基函數(shù)法在橫向上的內(nèi)插效果無太大差別（圖 7a）；但通過曲面效果圖（圖 7b）可以發(fā)現(xiàn)，徑向基函數(shù)法的效果更為平滑，避免了許多尖銳的拐點(diǎn)和震蕩。由于反距離加權(quán)法在使用時(shí)，其最佳的圓滑參數(shù)不易選擇，在網(wǎng)格化處理結(jié)果中，形成了多個(gè)孤立的異常點(diǎn)，呈“串珠”分布（圖 8a）；在曲面上，則表現(xiàn)出多次連續(xù)的震蕩（圖 8b）。最小曲率法在橫向上完成了更為光滑的內(nèi)插和外推，對(duì)泥巖中部深度數(shù)據(jù)圈定了更多的分布范圍（圖 9a）；并且其注重曲線和曲面的梯度連續(xù)性，相鄰點(diǎn)之間的斜率變化很小，從而保持了地形

或地質(zhì)特征的自然連續(xù)性（圖 9b）。通過定性分析可以看出，在 NJ?RC 區(qū)塊采用最小曲率法的平滑性最好；徑向基函數(shù)法、普通克里金法效果較為理想，反距離加權(quán)法最差。

2. 4 實(shí)際驗(yàn)證及誤差檢驗(yàn)

在現(xiàn)有微測(cè)井錄井?dāng)?shù)據(jù)的條件下，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)使用的最大價(jià)值，僅通過曲線、曲面圖定性判斷插值方法的適用性是不夠的，還需要通過誤差檢驗(yàn)來兼顧定量分析。依據(jù)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)思想，將 268 個(gè)微測(cè)井的泥巖中部深度數(shù)據(jù)分為 80% 的訓(xùn)練集和 20% 的測(cè)試集，考慮地質(zhì)因素對(duì)泥巖中部深度數(shù)據(jù)的影響，將測(cè)試集設(shè)為全區(qū)和局部?jī)煞N觀測(cè)方式。為評(píng)估地質(zhì)模型的整體性能和泛化能力，將測(cè)試集盡可能 按 照 1 個(gè) /6km² 均 勻 分 布 在 激 發(fā) 點(diǎn) 邊 界 內(nèi)（ 圖 10a）；在盡可能不影響訓(xùn)練效果的前提下，為評(píng)估特定地質(zhì)條件下局部區(qū)域的預(yù)測(cè)精度，依據(jù)地質(zhì)圖和高程圖導(dǎo)向，將測(cè)試集按照 1 個(gè)/ '4km² 加密分布在表層巖性過渡帶和地勢(shì)起伏區(qū)（圖 10b）。

按照平均誤差（ME）和標(biāo)準(zhǔn)平均誤差（SME）越接近 0， 均方根誤差（RMSE）、標(biāo)準(zhǔn)均方根誤差（SRMSE）和平均標(biāo)準(zhǔn)誤差（ASE）越小，表明插值結(jié)果精度越高的方式，分別對(duì)全區(qū)和局部的插值結(jié)果進(jìn)行誤差分析。4 種插值方法的全區(qū)檢驗(yàn)結(jié)果（表 3）表明，最小曲率法插值結(jié)果的平均誤差和標(biāo)準(zhǔn)平均誤差最接近于 0，均方根誤差、標(biāo)準(zhǔn)均方根誤差和平均標(biāo)準(zhǔn)誤差最小；徑向基函數(shù)法次之，其誤差檢驗(yàn)結(jié)果與前者較為接近。在定量分析中，由于數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，反距離加權(quán)法的圓滑參數(shù)選擇困難，克里金插值結(jié)果暴露出一定的偏差，其插值結(jié)果不太理想。

圖10 NJ?RC 區(qū)塊泥巖中部深度數(shù)據(jù)測(cè)試集全區(qū)（a）和局部（b）分布示意圖

表3 全區(qū)不同方法插值檢驗(yàn)誤差分析

上述 4 種方法的局部檢驗(yàn)結(jié)果（表 4）與全區(qū)檢驗(yàn)結(jié)果有相似規(guī)律。通過插值方法誤差分析可以發(fā)現(xiàn)，4 種方法誤差分析的局部結(jié)果相對(duì)于全區(qū)均有明顯的上升趨勢(shì)，這可能是測(cè)試集集中分布在巖性變化區(qū)和地勢(shì)起伏區(qū)，一定程度上破壞了訓(xùn)練集的均勻性，對(duì)插值精度造成了一定負(fù)面影響，然而，對(duì)于全區(qū)和局部，4 種方法插值精度高低的規(guī)律性是保持一致的。綜上，通過網(wǎng)格化曲線、曲面圖定性判斷，并結(jié)合實(shí)際驗(yàn)證和誤差檢驗(yàn)的定量判斷，在 NJ?RC 區(qū)塊最小曲率法的適用性是最好的。

表4 局部不同方法插值檢驗(yàn)誤差分析

3 應(yīng)用效果

結(jié)合鄰區(qū)資料，通過實(shí)際踏勘發(fā)現(xiàn)：研究區(qū)地表出露上三疊統(tǒng)須家河組、下侏羅統(tǒng)自流井組、中侏羅統(tǒng)沙溪廟組地層，并且近地表沉積巖性及組合相對(duì)單一，橫向變化相對(duì)穩(wěn)定。通過錄井資料分析，NJ?RC 區(qū)塊出露地層普遍存在砂泥巖互層的情況，在表層 15m 范圍內(nèi)，多出現(xiàn)砂、泥巖交替，并且在不同地層兩者厚度不一致（圖 11）。在實(shí)際工作中，對(duì)于砂泥巖互層的情況，鉆井應(yīng)追蹤高泥質(zhì)含量段的中部位置，并且藥柱頂部應(yīng)位于薄泥巖中。

研究區(qū)從晚三疊世至中侏羅世，沉積環(huán)境整體呈現(xiàn)由海相三角洲—濱淺湖—陸相湖盆三角洲的變化特征[21]。沉積巖性自老到新由砂巖逐漸變?yōu)樯澳鄮r互層、粉砂巖和泥頁巖，呈現(xiàn)出粉砂質(zhì)、泥質(zhì)含量逐漸增多的特點(diǎn)，與現(xiàn)場(chǎng)微測(cè)井錄井資料基本吻合，利用不同地層沉積巖性的差異對(duì)后續(xù)網(wǎng)格化處理結(jié)果的合理性進(jìn)行約束。

圖11 NJ?RC 區(qū)塊典型表層結(jié)構(gòu)展示圖

由圖 12a 可以發(fā)現(xiàn)，以往井深設(shè)計(jì)方式僅在橫向上劃分了不同巖性的井深分布情況，在 12～15m 區(qū)域需依賴野外施工進(jìn)行縱向上的泥巖識(shí)別并確定激發(fā)井深。在該區(qū)塊結(jié)合地質(zhì)圖導(dǎo)向，基于最小曲率法的網(wǎng)格化處理后，獲取了全區(qū)的最佳激發(fā)面，逐點(diǎn)設(shè)計(jì)了每個(gè)激發(fā)點(diǎn)在動(dòng)態(tài)區(qū)間內(nèi)的具體井深（圖 12b，表 5）；其中， 11～13m 的井深集中分布在中侏羅統(tǒng)沙溪廟組地層，下侏羅統(tǒng)自流井組多為13～14m 井深，上三疊統(tǒng)須家河組全為 15m 井深，逐點(diǎn)設(shè)計(jì)結(jié)果與研究區(qū)沉積規(guī)律相符，可以兼顧橫向和縱向，更加精確地完成井位部署任務(wù)，同時(shí)也有效地降低了鉆井成本。

表5 以往設(shè)計(jì)與逐點(diǎn)井深設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)

對(duì)比相鄰工區(qū)的單炮資料（圖 13、圖 14）可以發(fā)現(xiàn)，在相近藥量、同一地層條件下，通過利用逐點(diǎn)激發(fā)井深設(shè)計(jì)，單炮記錄整體效果明顯有較大提高，新資料在全頻段均可見有效反射信息，并且 70～ 140Hz 高頻段仍然可見主要目的層反射；在淺層1000～2000ms 和中深層 2500～3200ms 處，新資料同相軸連續(xù)性更好。NJ?RC 區(qū)塊共計(jì)實(shí)施 51268炮，其中一級(jí)品率占比達(dá)到 91.74% ，創(chuàng)下了川南地區(qū)頁巖氣地震采集的歷史新高。

對(duì)比 NJ?RC 區(qū)塊和相鄰工區(qū)采集的現(xiàn)場(chǎng)處理剖面（圖 15、圖 16），結(jié)果表明：新剖面的縱、橫向分辨率均較高；淺、中、深層地震信息更豐富；淺層同相軸連續(xù)性更好，能量更為適中；中層反射波組層間信息豐富，波阻特征明顯，斷點(diǎn)清晰；深層能量強(qiáng)且均衡，一致性更為理想。綜上，本次優(yōu)化后的逐點(diǎn)設(shè)計(jì)有助于為后續(xù)地震資料處理、解釋工作提供高品質(zhì)的基礎(chǔ)資料。

圖13 NJ?RC 區(qū)塊單炮記錄

圖14 相鄰工區(qū)單炮記錄

圖15 NJ?RC 區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)處理剖面

圖16 相鄰工區(qū)現(xiàn)場(chǎng)處理剖面

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

本文以 NJ?RC 區(qū)塊為例對(duì)激發(fā)井深設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入分析和效果驗(yàn)證，得出以下結(jié)論。

（1）在 NJ?RC 區(qū)塊的頁巖氣地震采集，采用本文優(yōu)化后的逐點(diǎn)激發(fā)井深設(shè)計(jì)方式，符合研究區(qū)的沉積規(guī)律，得出最佳的激發(fā)點(diǎn)位應(yīng)追蹤泥巖層段的中部位置。在鉆井任務(wù)書中規(guī)定了每個(gè)激發(fā)點(diǎn)的具體深度，不再依賴于鉆井工人對(duì)井底巖性的識(shí)別。

（2）利用網(wǎng)格化處理獲取最佳激發(fā)面具有區(qū)域性特征，插值方法的選取需要考慮不同區(qū)塊微測(cè)井、錄井?dāng)?shù)據(jù)的正態(tài)分布情況，并要對(duì)比多種插值方法的定性效果以及定量誤差檢驗(yàn)。本文根據(jù)區(qū)塊的表層地質(zhì)特征，在巖性變化區(qū)和地勢(shì)起伏區(qū)布設(shè)局部的測(cè)試集，保證最佳激發(fā)面橫向展布的合理性；在全區(qū)均勻布設(shè)第二個(gè)測(cè)試集，評(píng)估地質(zhì)模型的整體性能和泛化能力，保障了網(wǎng)格化處理流程的完整性。

（3）本文提出的逐點(diǎn)激發(fā)井深設(shè)計(jì)思路，給野外鉆井施工提供了明確的指向性，在類似區(qū)塊的地震采集中具有一定的參考價(jià)值。由于本次研究區(qū)地表不存在礫石區(qū)和灰?guī)r區(qū)，下一步工作將研究如何獲取具有上述巖性區(qū)域的最佳激發(fā)面。

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（本文編輯：趙君）

作 者 簡(jiǎn) 介

隆季原 工程師，1995 年生；2017年獲長(zhǎng)江大學(xué)勘查技術(shù)與工程專業(yè)學(xué)士學(xué)位；2021 年獲昆明理工大學(xué)地球探測(cè)與信息技術(shù)專業(yè)碩士學(xué)位；現(xiàn)就職于，主要從事油氣資源地震采集關(guān)鍵技術(shù)研究。