梁向豪 孔德政 黃有暉 劉新文 周 旭

（1.中國(guó)石油塔里木油田公司2.中國(guó)石油東方地球物理公司）

復(fù)雜構(gòu)造三維地震勘探觀測(cè)寬度與接收線距選擇分析*

梁向豪1孔德政2黃有暉1劉新文2周 旭2

（1.中國(guó)石油塔里木油田公司2.中國(guó)石油東方地球物理公司）

塔里木盆地庫(kù)車地區(qū)地表起伏劇烈，施工難度大，地下構(gòu)造復(fù)雜、地震成像精度低。在勘探生產(chǎn)中，三維觀測(cè)系統(tǒng)的面元尺度、覆蓋次數(shù)、觀測(cè)方位寬窄、接收線距等參數(shù)選擇至關(guān)重要，直接影響勘探投入及復(fù)雜目標(biāo)成像質(zhì)量。通過(guò)對(duì)庫(kù)車山地二維、三維數(shù)學(xué)模型和物理模型的正演模擬資料分析，認(rèn)識(shí)到庫(kù)車坳陷復(fù)雜構(gòu)造疊前偏移成像應(yīng)該優(yōu)先選擇較小的接收線距，并盡可能達(dá)到一定觀測(cè)寬度，大可獲得較為清晰的目標(biāo)成像效果。圖6表2參6

疊前偏移觀測(cè)系統(tǒng)接收線距觀測(cè)寬度模型正演

0 引言

塔里木盆庫(kù)車坳陷油氣資源豐富，勘探面積大（約28000 km2），是塔里木盆地油氣快速增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要區(qū)域之一。但該區(qū)具有地表和地下構(gòu)造模式雙重復(fù)雜的特點(diǎn)，地震勘探面臨速度建場(chǎng)難、復(fù)雜構(gòu)造成像效果差、投資成本高、勘探施工難度大等諸多難題。

隨著物探技術(shù)、裝備的進(jìn)步和油田勘探開(kāi)發(fā)需求的提高，在庫(kù)車地區(qū)，已逐漸由常規(guī)三維采集進(jìn)入了寬方位較高密度三維采集階段。截至2013年，已實(shí)施約6000 km2的三維地震數(shù)據(jù)的采集，其中寬方位較高密度三維地震采集約910 km2，資料品質(zhì)得到大幅度提高。然而，由于該區(qū)施工難度大、復(fù)雜構(gòu)造成像精度低和勘探投資之間的矛盾日益突出，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)一體化設(shè)計(jì)要求更加迫切，亟需對(duì)庫(kù)車坳陷等塔里木前陸區(qū)高陡構(gòu)造成像三維觀測(cè)技術(shù)進(jìn)行深入研究和優(yōu)化。

關(guān)于提高復(fù)雜構(gòu)造成像效果，三維觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該采用寬方位還是窄方位有不同的觀點(diǎn)。有些專家認(rèn)為采用窄方位采集更有利于復(fù)雜構(gòu)造的成像，尤其需要增加橫向的覆蓋次數(shù)及偏移距采樣密度，而當(dāng)上覆地層較平緩、速度橫向變化也不大時(shí)，寬或窄方位的三維采集都能實(shí)現(xiàn)地下目標(biāo)的正確成像[1-3]。然而，也有專家認(rèn)為，寬方位三維地震不同方位角的數(shù)據(jù)可以提供速度場(chǎng)不均勻方面的有用信息，更好地提供地質(zhì)構(gòu)造的空間信息，提高繞射收斂效果，提高中深層的成像質(zhì)量[4-5]。筆者通過(guò)對(duì)以往寬方位文獻(xiàn)方面的分析發(fā)現(xiàn)，在寬方位這一概念下往往隱含著增加接收線數(shù)來(lái)增加觀測(cè)寬度的條件，即投資成本也在大幅度增加。然而，受投資成本的限制，所能采用的接收線數(shù)是基本確定的，在接收線數(shù)不變時(shí)，接收線距與觀測(cè)寬度是相互制約的，因此，需要明確接收線距和觀測(cè)寬度的優(yōu)先選擇問(wèn)題，以獲取復(fù)雜構(gòu)造的最佳成像效果。

1 Kirchhoff疊前偏移需求

在疊前時(shí)間偏移或深度偏移中，常用的是基于Kirchhoff的偏移。Kirchhoff偏移公式：I（ζ）＝Ω∫W（ζ，m,h）D[t=tD（ζ，m,h）,m,h]dmdh，式中，成像I（ξ）是在三維空間ξ=（zξ，xξ，yξ）定義的，等于在時(shí)間tD（ξ，m，h）計(jì)算的數(shù)值D（t，m，h）并用合適的權(quán)因子W（ξ，m，h）進(jìn)行加權(quán)的積分。由上公式可知，中心點(diǎn)、偏移距均是積分變量，也就說(shuō)，Kirchhoff疊前偏移要求足夠的中心點(diǎn)和偏移距采樣，而且，大偏移距時(shí)，由于共偏移距旅行時(shí)面曲率更大，更易產(chǎn)生假頻，這就對(duì)該方向的采樣提出了更高的要求[6]。

在三維觀測(cè)系統(tǒng)中，不僅道距、炮點(diǎn)距（即采集面元）與采樣有關(guān)，接收線距和炮線距也決定著采樣，尤其是對(duì)偏移距的采樣。因此，疊前Kirchhoff偏移的基礎(chǔ)需要有較大的偏移距采樣密度。而當(dāng)接收線數(shù)一定時(shí)，也就是橫向覆蓋次數(shù)一定時(shí)，接收線距小，則偏移距范圍小，偏移距采樣密越大越有利于疊前偏移準(zhǔn)確成像。

2 二維模型波動(dòng)方程照明和正演分析

利用二維模型模擬三維觀測(cè)系統(tǒng)中一個(gè)方向上的（這里用于模擬橫向）觀測(cè)參數(shù)變化是一種簡(jiǎn)單可行的方法。參考庫(kù)車坳陷主要目的層埋深、速度和地層傾角等資料，建立水平地表的地質(zhì)模型，模型深10 km、長(zhǎng)35 km，包含三個(gè)目的層，目的層最淺埋深分別為2000 m、4000m和6000 m，每個(gè)目的層中的傾角均包括0°、15°、30°和45°。

考慮不同的炮道數(shù)據(jù)量下的對(duì)比，設(shè)計(jì)了4種對(duì)比方案（表1）。方案1、2、3為相同炮道工作量，增大道距而增大排列長(zhǎng)度，方案4為增加接收道。

圖1為上述4種方案在各層的波動(dòng)方程照明能量曲線，可得出如下結(jié)論：①相同炮道數(shù)據(jù)量時(shí)，不同排列長(zhǎng)度照明能量接近（排列長(zhǎng)度增大時(shí)，能量略有提高），即改善信噪比能力接近；②隨炮點(diǎn)密度增加能量增強(qiáng)，提高炮道密度是改善信噪比最有效方式。

表1 二維模型波動(dòng)方程照明分析對(duì)比方案

圖1 二維模型波動(dòng)方程照明能量曲線

利用該二維模型進(jìn)行正演和疊前Kirchhoff深度偏移處理，參照照明對(duì)比方案，設(shè)計(jì)6種對(duì)比方案（表2）。

從疊前偏移深度剖面（圖3）上分析，可明顯得出如下認(rèn)識(shí)：①不同排列長(zhǎng)度的觀測(cè)系統(tǒng)均能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確偏移成像，也就是說(shuō)，在不考慮速度分析、信噪比等對(duì)排列長(zhǎng)度要求的情況下，能否準(zhǔn)確成像與排列長(zhǎng)度沒(méi)有直接關(guān)系；②太短的排列產(chǎn)生較重的偏移噪聲和多次波；③長(zhǎng)排列有利于壓制多次波，但在陡傾角地層反而產(chǎn)生了更多的偏移噪聲；④適當(dāng)?shù)脑龃笈帕虚L(zhǎng)度（該模型要求約3000 m），有利于減少偏移噪聲；⑤采樣嚴(yán)重不足時(shí)偏移噪聲明顯加重。

表2 二維模型正演對(duì)比方案

圖2 二維模型正演限偏移距剖面

對(duì)方案6的正演剖面做限偏移距處理（圖3），可以更準(zhǔn)確地分析遠(yuǎn)偏移距對(duì)疊前偏移的影響，從限偏移距剖面上分析，明確認(rèn)識(shí)到遠(yuǎn)偏移距部分在陡傾角地層會(huì)產(chǎn)生了更多的偏移噪聲，對(duì)提高偏移成像精度不利。

圖3 二維模型正演限偏移距剖面

3 三維模型正演分析

為了明確復(fù)雜構(gòu)造區(qū)觀測(cè)技術(shù)優(yōu)化方向，塔里木油田公司和東方地球物理公司、中國(guó)石油大學(xué)在庫(kù)車坳陷聯(lián)合開(kāi)展了大北三維數(shù)學(xué)模型和克深山地三維物理模型的三維模型正演研究。

利用大北三維數(shù)學(xué)模型，對(duì)比兩種僅變化接收線距的觀測(cè)系統(tǒng)（接收線距變化時(shí)觀測(cè)寬度也相應(yīng)變化）。觀測(cè)系統(tǒng)為80線6炮480道，炮線距360m，面元15 m×15 m，炮道密度355×104道/km2，800次覆蓋，不同的僅是前者接收線距90m、橫向最大炮檢距3630m，后者接收線距180 m、橫向最大炮檢距7185 m。從疊前深度偏移效果分析（圖4），采用小接收線距則偏移距采樣密度較高，其疊前偏移剖面上偏移噪聲相對(duì)較弱，成像效果好、精度更高。

中國(guó)石油大學(xué)CNPC物探重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室狄邦讓等制作的克深三維物理模型，在僅變化接收線距的觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)比中，觀測(cè)系統(tǒng)均采用20線360道接收，炮線距400 m，面元20 m×20 m，橫向滾動(dòng)1根接收線，炮道密度45×104道/km2，180次覆蓋，不同的僅是前者接收線距240 m、橫向最大炮檢距2380 m，后者接收線距480 m、橫向最大炮檢距4780 m。疊前深度偏移效果顯示（圖5），增大接收線距，偏移距采樣密度減小，淺層假頻加重，同時(shí)偏移距增大造成偏移聚焦變差、偏移噪聲增加，剖面上整體背景加強(qiáng)，成像精度降低。

圖4 大北數(shù)學(xué)三維模型正演疊前深度偏移剖面

圖5 克深三維物理模型正演疊前深度偏移剖面

4 應(yīng)用效果分析

對(duì)大北地區(qū)采集的寬方位三維數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)系統(tǒng)退化試驗(yàn)，分析接收線距和觀測(cè)寬度對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)成像效果的影響。圖6中兩種對(duì)比方案的接收線數(shù)（16線）、覆蓋次數(shù)（136次）及炮道密度（3.4×105道/ km2）相同，但線距和橫向觀測(cè)寬度有一倍的差距，320 m接收線距對(duì)應(yīng)的疊前偏移剖面上淺層信噪比更高、偏移噪聲較少。

圖6 大北三維接收線距對(duì)比疊前偏移剖面

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)綜合分析取得兩點(diǎn)認(rèn)識(shí)：①通過(guò)增加炮檢點(diǎn)采樣和接收線數(shù)等增加覆蓋次數(shù)、炮道密度，對(duì)于提高復(fù)雜構(gòu)造的成像效果非常重要；②縮小接收線距，橫向采樣密度更高，在疊前偏移處理中有利于減少偏移噪聲，復(fù)雜高陡構(gòu)造的成像效果更好。

在塔里木盆地庫(kù)車坳陷等前陸構(gòu)造復(fù)雜區(qū)，地震波場(chǎng)復(fù)雜、成像精度低，為滿足地質(zhì)需求同時(shí)盡可能減少勘探投入，應(yīng)優(yōu)先選擇較小的接收線距、同時(shí)保證達(dá)到一定的觀測(cè)寬度（可參照橫向陡傾角地層偏移孔徑及75%繞射能量歸位原則，庫(kù)車地區(qū)橫向最大炮檢距在3000 m左右），而不必非要保證寬方位觀測(cè)，這樣更有利于提高復(fù)雜構(gòu)造的成像效果，更符合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)一體化的設(shè)計(jì)思路。

1李慶忠.對(duì)寬方位角采集不要盲從.石油地球物理勘探[J], 2001,36（1）:122-125.

2秦廣勝.三維地震觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)疊前成像的影響[D].北京:中國(guó)地質(zhì)大學(xué),2006.

3狄?guī)妥?，孫作興，顧培成，等.寬/窄方位三維觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)地震成像的影響分析——基于地震物理模擬的采集方法研究[J].石油地球物理勘探,2007,42（1）:1-6.

4Biondo L Biondi.3-D Seismic Imaging[J].StanfordU-niversity,2003:167-182.

5程以雄，劉琴，張忠坡，等.復(fù)雜地質(zhì)條件下的寬方位角三維地震勘探方法研究及應(yīng)用[J].石油天然氣學(xué)報(bào)(江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)),2006,28（4）:261-263.

6Vermeer G.3-D Symmetric Sampling[J].Geophysics,1998,63（5）:1629~1647.

（修改回稿日期2014-12-15編輯陳玲）

國(guó)家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目（2011ZX05046）“大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)”之課題“塔里木盆地庫(kù)車前陸沖斷帶油氣開(kāi)發(fā)示范工程”。

梁向豪，男，1963年出生，湖南漣源人，高級(jí)工程師；中國(guó)石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司勘探開(kāi)發(fā)部物探總監(jiān)，碩士研究生學(xué)歷，主要從事地震勘探方法研究和項(xiàng)目管理工作。地址：（841000）新疆庫(kù)爾勒市塔里木油田公司勘探開(kāi)發(fā)部。E-mail：liangxhtlm@petrochina.com.cn