席 彬 任 達(dá) 王金剛 徐傳平 賈 鵬

（中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司地球物理勘探公司）

高密度三維地震勘探技術(shù)在川中地區(qū)的運(yùn)用

席 彬 任 達(dá) 王金剛 徐傳平 賈 鵬

（中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司地球物理勘探公司）

利用常規(guī)地震勘探無(wú)法對(duì)四川盆地川中地區(qū)侏羅系薄互層、微裂縫、河道砂體進(jìn)行精細(xì)描述，為解決該區(qū)原油地震勘探中的這一關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，應(yīng)用了在去噪、成像、提高分辨率方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的高密度三維地震勘探技術(shù)，并對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)選，獲取的高密度資料較原三維地震資料品質(zhì)有大幅度提高，低頻和高頻端均有所拓展，分辨率明顯提高，為解決該區(qū)侏羅系石油勘探提供了有力的技術(shù)支撐。圖12表1參7

高密度 面元 覆蓋次數(shù) 淺井 小藥量

解決復(fù)雜的地質(zhì)問(wèn)題以及提高構(gòu)造成像精度、薄儲(chǔ)集層識(shí)別精度和巖性預(yù)測(cè)精度，是目前地震勘探技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。高密度空間采樣技術(shù)是在野外采集中加密空間采樣，使其不僅能夠滿足地震信號(hào)的充分采樣，而且還要滿足對(duì)規(guī)則干擾波無(wú)假頻采樣；取消或減小野外組合，對(duì)信號(hào)和噪聲實(shí)行“寬進(jìn)寬出”。高密度空間采樣地震技術(shù)具有更高的信噪比、分辨率和保真度，可以大幅度提高地震資料的品質(zhì)。

1 工區(qū)概況

工區(qū)位于川中地區(qū)中部公山廟背斜構(gòu)造，該構(gòu)造是典型的川中古隆平緩構(gòu)造，其為東西向背斜構(gòu)造，構(gòu)造形態(tài)簡(jiǎn)單，斷層較為發(fā)育。該區(qū)油氣資源豐富，但由于儲(chǔ)層較薄，油氣成藏受到裂縫和孔隙的控制。

但現(xiàn)有的地震預(yù)測(cè)技術(shù)只能發(fā)現(xiàn)斷裂帶、扭曲等構(gòu)造變異帶上的大、中型縫和厚層塊狀儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，而不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)低斜平緩構(gòu)造帶內(nèi)的微、小型裂縫和薄儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，較大程度地制約了川中侏羅系油藏的勘探開發(fā)。

1.1 地震地質(zhì)條件

工區(qū)地表出露地層為侏羅系沙溪廟組、遂寧組、蓬萊鎮(zhèn)及第四系堆積層。

公山廟構(gòu)造區(qū)內(nèi)地表主要出露典型的侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組砂泥巖及江河兩岸少許第四系黃土。工區(qū)近地表速度一般在900～1500 m／s，厚度一般3～4m左右。

1.2 地質(zhì)任務(wù)

勘探的地質(zhì)任務(wù)主要是：①精細(xì)刻畫沙一段河道砂體縱橫分布情況，提交河道砂體分布預(yù)測(cè)圖；②定量預(yù)測(cè)沙一段底部和涼上段砂巖以及大安寨段灰?guī)r儲(chǔ)層分布情況，并努力從采集、處理和解釋等重要環(huán)節(jié)上提高薄互層、薄層砂巖和灰?guī)r儲(chǔ)層的縱向分辨能力；③精細(xì)刻畫沙一段、涼上段和大安寨段裂縫的展布情況，提高裂縫預(yù)測(cè)的精度；④探索性開展侏羅系儲(chǔ)層含油性地震預(yù)測(cè)工作。

根據(jù)地質(zhì)任務(wù)要求，并結(jié)合該區(qū)地球物理參數(shù)，按λ／4分辨能力計(jì)算，需要的最高頻率為

式中，若V＝4100m／s，△h＝5m，則Fmax≥205 Hz。

根據(jù)該區(qū)以往疊前偏移剖面頻譜和分頻掃描分析，涼高山高頻端最多也只能到70Hz左右，按λ／4分辨能力計(jì)算，以往資料可能達(dá)到的極限分辨率為14 m，與縱向5m分辨率還有9m的差距。為了彌補(bǔ)這個(gè)差距，地震采集主要從以下3個(gè)方面進(jìn)行攻關(guān)：①優(yōu)化觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)用高密度空間采樣理論，最大限度保護(hù)高頻信息；②應(yīng)用基于表層模型的激發(fā)參數(shù)試驗(yàn)技術(shù)，充分考慮巖性、海拔高程對(duì)高頻信息的影響，最大限度地拓寬激發(fā)子波頻寬；③進(jìn)一步優(yōu)化接收參數(shù)，減小檢波器組合對(duì)高頻信息所造成的損傷。

2 高密度采集技術(shù)

2.1 技術(shù)設(shè)計(jì)理念

公山廟地區(qū)從1999年開始，分別作過(guò)四塊常規(guī)三維地震勘探，觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)較弱，面元較大、最大炮檢距小，覆蓋次數(shù)偏低。

老資料單炮目的層位置被干擾和散射地滾波嚴(yán)重干擾，采用常規(guī)的去噪方法，可以去除一些干擾，但明顯沒有去除干浄；加之面元相對(duì)較大，地滾波出現(xiàn)中度假頻，散射強(qiáng)振幅干擾是影響資料的主要問(wèn)題（圖1）。

圖1 常規(guī)三維空間假頻現(xiàn)象嚴(yán)重

因此，本次高密度設(shè)計(jì)的理念是對(duì)有效波和干擾波進(jìn)行無(wú)假頻采樣，室內(nèi)進(jìn)行靈活處理、實(shí)現(xiàn)去噪又保護(hù)頻率，具體設(shè)計(jì)思路為：①觀測(cè)系統(tǒng)方面，采用寬方位、小面元、高覆蓋次數(shù)的高密度的觀測(cè)系統(tǒng)；②激發(fā)接收參數(shù)方面，淺井、小藥量激發(fā)，單點(diǎn)加速度檢波器接收；③處理方面，采用針對(duì)性的提高分辨率的高密度處理技術(shù)。

2.2 高密度觀測(cè)系統(tǒng)的確定

（1）面元尺寸選擇及分析

常規(guī)面元尺寸的選擇一般考慮以下3個(gè)方面：

·滿足最高無(wú)混疊頻率的要求。每個(gè)傾斜同相軸都有一個(gè)偏移前可能產(chǎn)生的最高無(wú)混疊頻率Fmax，它依賴于此同相軸的上一層的地層速度Vint、傾角H和面元邊長(zhǎng)b。

·滿足橫向分辨率的要求。偏移前的橫向分辨率是第一菲涅耳帶，如果2個(gè)繞射源的距離小于這個(gè)距離，它們就不能分辨開。在每個(gè)優(yōu)勢(shì)頻率的波長(zhǎng)范圍內(nèi)取2～3個(gè)樣點(diǎn)，與此相應(yīng)的邊長(zhǎng)就能保證有良好的分辨率，具體公式如下：

·滿足偏移歸位的要求。要使斷層得到很好成像，需要使繞射波得到充分收斂，現(xiàn)在繞射收斂的偏移孔徑一般為30°，因此要滿足30°的繞射波偏移成像時(shí)不產(chǎn)生偏移噪音，即滿足：

通過(guò)計(jì)算，得出滿足各種條件下的面元尺寸的最大限度為：滿足縱向分辨率b＜9.2 m；滿足偏移歸位b＜10 m。

綜合以上3個(gè)方面，針對(duì)常規(guī)三維勘探面元尺寸小于10 m即可滿足要求。

但高密度采集與常規(guī)采集面元選擇的顯著不同點(diǎn)是其不僅要考慮對(duì)反射信號(hào)的充分采樣，還要考慮對(duì)規(guī)則干擾的充分采樣，只有使兩者都得到充分采樣，在資料處理中才能實(shí)現(xiàn)真正的信噪分離。根據(jù)采樣理論，對(duì)面波要有足夠的采樣，面元越大，出現(xiàn)空間假頻現(xiàn)象越突出（圖2）。

圖2 不同面元空間假頻現(xiàn)象對(duì)比

防止空間假頻的產(chǎn)生，每個(gè)視波長(zhǎng)范圍至少需要2個(gè)采樣點(diǎn)。結(jié)合該區(qū)面波特征，（面波視速度為600 m／s，最高頻率為18 Hz）按最高頻率計(jì)算，面元選擇應(yīng)該小于16 m。

本項(xiàng)目需要刻畫10～20 m的河道砂體的邊界；預(yù)測(cè)10～20 m的微裂縫發(fā)育帶，按照能分辨地質(zhì)體識(shí)別的最低采樣要求，需要至少2～3個(gè)采樣點(diǎn)，則面元尺寸應(yīng)為5～10 m。

根據(jù)圖3可以看出，12.5×12.5 m面元較25× 50 m在分辨率方面有了明顯提高。說(shuō)明面元越小，小斷層的識(shí)別能力明顯增強(qiáng)，斷點(diǎn)位置清晰可靠。

圖3 不同面元尺寸所得地震剖面對(duì)比

考慮到以上因素，面元尺寸選擇為5 m。

（2）最大炮檢距的選擇和分析

影響勘探中最大炮檢距選擇的因素很多，通常有目標(biāo)深度、速度精度鑒別、允許的最大NMO拉伸等。根據(jù)各種因素對(duì)最大炮檢距的約束程度和對(duì)勘探結(jié)果影響程度的差異，以及此次勘探的主要目的，在利用正

演分析的基礎(chǔ)上，確定出重點(diǎn)裂縫檢測(cè)的必要條件。

·考慮到速度分析精度與最大炮檢距的關(guān)系，允許速度分析精度小于5.0%的情況下，速度分析的誤差：沙一段，炮檢距≥1388 m；須一段，炮檢距≥1888m。

·反射能量穩(wěn)定受最大炮檢距限制，根據(jù)地質(zhì)模型數(shù)據(jù)，做反射能量穩(wěn)定分析，反射能量穩(wěn)定條件下需要的炮檢距小于5500 m。

·在近偏移距，資料受面波的干擾較大；遠(yuǎn)偏移距，反射資料沒有受到面波的干擾。所以，大偏移距：1600～3500 m的資料信噪比更高。

·入射角度越大，更有利于對(duì)裂縫的預(yù)測(cè)更有幫助，通過(guò)正演分析，當(dāng)入射角需要大于15°時(shí)，不同方位角振幅才開始有變化；達(dá)到20°時(shí)，在垂直方向上有較明顯差異；達(dá)到25°以上在各方向上都有明顯差異（圖4）。

圖4 不同方位角振幅隨入射角變化關(guān)系圖

經(jīng)計(jì)算，當(dāng)最大偏移距5000 m時(shí)，最大入射角可達(dá)41°，能滿足裂縫預(yù)測(cè)的需要（圖5）。

圖5 偏移距與入射角度關(guān)系圖

綜合考慮速度分析精度、動(dòng)校拉伸、反射系數(shù)穩(wěn)定、信噪比等因素，論證點(diǎn)最大炮檢距選擇在5000 m左右。

（3）線距的確定和分析

高密度全方位采集設(shè)計(jì)的趨勢(shì)就是密集。線距越小，資料的信噪比和分辨率越高（圖6）。

200m接收線距的反射系數(shù)區(qū)分布窗口要窄些（圖7、圖8），說(shuō)明反射系數(shù)越穩(wěn)定，越有利于地震資料的成像。經(jīng)綜合考慮，將接收線距和炮線距定為200 m。

圖6 線距大小與分辨率的關(guān)系圖

圖7 200m×200m OVT反射系數(shù)圖

圖8 400m×400m OVT反射系數(shù)圖

（4）覆蓋次數(shù)的確定和分析

根據(jù)常規(guī)三維設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想，考慮到三維具有空間壓制噪聲和準(zhǔn)確偏移歸位屬性，認(rèn)為三維勘探覆蓋次數(shù)為效果良好二維數(shù)據(jù)的1／2時(shí)，能得到令人滿意的采集結(jié)果。在二維資料品質(zhì)較差的地區(qū)，一般確定三維覆蓋次數(shù)不小于二維覆蓋次數(shù)的2／3。

上述覆蓋次數(shù)方法的確定，只能適用于在對(duì)分辨率要求不高的常規(guī)構(gòu)造勘探中，在目前地震勘探較成熟的地區(qū)，需要描述的油藏越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)地震資料精度提出了更高的要求。

覆蓋次數(shù)與分辨率的關(guān)系：Widess把有噪聲時(shí)的分辨能力定義為：

式中：

S（f）—信號(hào)的振幅譜；

N（f）—噪聲的振幅譜。

當(dāng)噪聲不存在時(shí)，分辨能力（p0）最高。噪聲

越強(qiáng)，則分辨能力越低。

把式（6）代入式（5）即得

用1/R代替N2（f）df/S2（f）df，則公式（7）可表達(dá)為：

式中：

R—信號(hào)與噪音的比值，即信噪比。

根據(jù)公式（8）可以看出，信噪比的高低，直接決定著分辨率高低，即信噪比越高，資料的分辨率也越高，反之則越低。

覆蓋次數(shù)作為提高資料信噪比的一個(gè)重要手段，和資料分辨率有著很大的關(guān)系。一般覆蓋次數(shù)與信噪比的關(guān)系可以表示為：根據(jù)式（9）可知，高覆蓋在某種程度上即意味著高信噪比。

把式（9）代入式（8），同時(shí)令K＝1／k2即得

根據(jù)公式（10）可以看出關(guān)于分辨率和覆蓋次數(shù)的關(guān)系，即覆蓋次數(shù)越高，資料的分辨率也越高，實(shí)際資料也顯示出高覆蓋次數(shù)具有較好的分辨率和信噪比（圖9）。

圖9 不同覆蓋次數(shù)地震剖面對(duì)比

在以提高分辨率為主要任務(wù)的高密度空間采樣地震勘探中，覆蓋次數(shù)的確定，不能僅依靠常規(guī)三維的思維進(jìn)行，應(yīng)以滿足地質(zhì)任務(wù)所需高頻端資料信噪比的要求為基礎(chǔ)來(lái)確定覆蓋次數(shù)，從而達(dá)到提高資料分辨率的目的。

在分析以往資料的基礎(chǔ)上，綜合考慮，確定覆蓋次數(shù)達(dá)到324次。

（5）激發(fā)參數(shù)的分析

根據(jù)該區(qū)的近地表結(jié)構(gòu)情況，低降速帶厚度一般為3～4 m，因此選在高速層中進(jìn)行激發(fā)參數(shù)試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)資料（圖10）可以看出，主要目的層段反射信息隨井深的增加而逐漸降低，其中6～8 m的有效反射較好。

圖10 高頻段不同井深單炮對(duì)比（BP∶70～140 Hz）

綜上所述，最終確定了該區(qū)高密度三維的觀測(cè)系統(tǒng)和主要施工參數(shù)（表1）。

表1 公115H井區(qū)高密度地震采集參數(shù)

3 取得效果

對(duì)比高密度三維剖面與常規(guī)三維剖面（圖11）可以看出，高密度三維資料視主頻明顯較二次常規(guī)三維資料高，地震資料的分辨率得到較大幅度提高。

高密度剖面上波組特征清楚，構(gòu)造特征清晰，斷

點(diǎn)清晰、切割關(guān)系明顯、特別是小斷層顯示十分清晰，易于解釋。說(shuō)明高密度地震資料提高了分辨率，能夠識(shí)別小的斷層和微構(gòu)造。

圖11 新老剖面分析對(duì)比

從三維數(shù)據(jù)體的相干體切片來(lái)看（圖12），高密度資料所反映出來(lái)的河道走向、小斷層展布都比老資料更清晰。

4 結(jié)論

高密度三維地震勘探在川中地區(qū)獲得了豐富的地震資料，相對(duì)常規(guī)三維地震勘探，高密度三維地震勘探在去噪、成像、提高分辨方面充分表現(xiàn)出了它的優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)的成功應(yīng)用為川中地區(qū)裂縫性油氣藏的勘探開發(fā)提供了攻關(guān)思路，有借鑒意義。

圖12 500 ms相干切片對(duì)比（局部）

1 陸基孟.王永剛.地震勘探原理［M］.山東：石油大學(xué)出版社，2011.

2 李慶忠.走向精細(xì)勘探的道路［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1993.

3 俞壽朋.高分辨率地震勘探［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1993.

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（修改回稿日期 2013－07－29 編輯 陳玲）

席彬，男，1974年出生，工程師；1999年畢業(yè)于原西南石油學(xué)院勘探系應(yīng)用地球物理專業(yè)。地址：（637000）南充市順慶區(qū)西河北路139號(hào)石油地震一大隊(duì)生產(chǎn)辦公室。電話：13518281558。E－mail：16331037＠qq.com