邱 健 鄭馬嘉 安 輝 黃 平 楊夢薇

中國石油西南威遠東頁巖氣作業(yè)分公司

四川盆地內江—大足區(qū)塊是中國石油天然氣集團公司與英國碧辟勘探中國有限公司合作勘探的頁巖氣區(qū)塊。該區(qū)塊目的層志留系下統(tǒng)龍馬溪組埋藏較深（3 500～4 200 m），已有地震資料的觀測系統(tǒng)覆蓋次數(shù)較低，最大炮檢距較小，難以滿足深層海相頁巖氣勘探的要求，存在以下3大問題：①方位角窄、地震資料的縱橫向分辨率不夠，目的層段難以開展疊前裂縫預測研究；②斷裂歸位不準，影響優(yōu)質頁巖靶體的鉆遇率；③深度預測不準確，難以利用地震資料對水平井靶體進行精細描述，影響水平井的準確入靶。因此，2016年在該區(qū)塊實施了高密度寬方位三維地震采集，獲得了具有方位角信息的道集資料，有利于疊前反演，使裂縫預測、提取地層速度和各向異性參數(shù)成為可能，為頁巖氣勘探開發(fā)提供了更加準確、可靠的基礎資料。

1 高密度寬方位地震采集定義

1.1 高密度地震采集

高密度地震采集技術就是指炮點密度和接收點密度大幅提高的油氣勘探技術[1]。其野外采集使用單個數(shù)字檢波器單點接收，然后在室內處理時進行組合。其采集、處理和解釋各環(huán)節(jié)都采用了當今最先進實用的技術，具有覆蓋次數(shù)高、采集面元小、炮檢距分布均勻等特點，是一個系統(tǒng)工程。衡量三維地震是否為高密度的主要參數(shù)是道密度（道密度=面元個數(shù)/km2×覆蓋次數(shù)），當?shù)烂芏冗_到常規(guī)三維地震勘探的4倍以上時就可以稱為高密度三維地震勘探。

高密度地震勘探在野外實行高密度空間采樣，采用單點接收、小面元觀測，同時對各種干擾波和有效波進行高密度采樣，避免采集過程中因對付噪聲而使有效信號受到損害，并避免野外組合接收對有效高頻信息的損壞，較好地保護了高頻信息，保證了反射信號的原始性和豐富性，室內利用不同的組合方式來提高信噪比和分辨率，以滿足不同的地質目標要求[1]。

高密度采集和常規(guī)采集最大的不同是野外不壓制干擾波，實行對干擾波和有效波的無損采樣。高密度采集資料具有較高的信噪比、分辨率和保真度，是解決頁巖氣精細勘探的有效手段。

1.2 寬方位地震采集

三維地震采集基本采用束線狀觀測系統(tǒng)，束線呈條形，其橫向排列寬度與縱向排列長度之比稱為縱橫比，當縱橫比大于0.5時為寬方位地震勘探，當縱橫比小于0.5時為窄方位地震勘探。寬方位地震采集的目的是獲取觀測方位、炮檢距和覆蓋次數(shù)盡可能分布均勻的三維地震數(shù)據體[2]。通常通過增加接收線數(shù)和增大接收排列來實現(xiàn)。但這種采集方式的成本也較高。與窄方位角采集相比，寬方位采集在各向異性介質條件下，振幅隨炮檢距和方位角變化明顯，在改善地下地質體照明度、衰減相干噪聲和多次波、改善速度分析精度和成像效果以及裂縫預測等方面具有諸多優(yōu)勢[3]。

2 區(qū)塊概況

內江—大足三維地震區(qū)塊位于四川盆地川中隆起帶自流井凹陷東北邊緣與威遠—龍女寺隆起南緣交匯帶，是川中平緩構造區(qū)的一部分，為西南高、東北低的平緩大單斜。志留系下統(tǒng)龍馬溪組優(yōu)質頁巖埋深介于3 500～4 200 m，相對較深。地表出露巖性主要為侏羅系沙溪廟組上段砂泥巖，東北角分布少量侏羅系遂寧組泥巖夾砂巖，激發(fā)接收條件較好。

自1982年至2012年，在自貢、內江、大足一帶共實施了多輪二維地震勘探。2013年9月，該區(qū)塊威206井于井深3 826.0 m（奧陶系寶塔組）完鉆，對龍馬溪組優(yōu)質頁巖進行水力壓裂后，獲氣0.58×104m3/d，證實了龍馬溪組具有較好的頁巖氣資源。

3 地震老資料分析

對2006年采集的覆蓋內江—大足區(qū)塊二維地震資料分析認為，原始資料信噪比高，主頻在45 Hz左右，反射信號清楚，資料品質較好。主要噪聲類型為面波、異常振幅及交流電干擾，其中強面波干擾是影響資料品質的重要因素（圖1）。

區(qū)內構造相對簡單，地層平緩，呈現(xiàn)南高北低的單斜構造格局，斷層不發(fā)育，僅在三維工區(qū)的南部發(fā)育一條延伸較遠、斷距較大的斷層。

4 觀測系統(tǒng)設計的原則及方法

4.1 設計原則

根據區(qū)塊構造特點、目的層埋深和地質任務，在進行觀測系統(tǒng)設計時，首先考慮面元、覆蓋次數(shù)及均勻性、炮檢距和方位角的分布等。

4.2 以往采集參數(shù)分析

工區(qū)及相鄰區(qū)塊以往地震采集覆蓋次數(shù)較低（40～60次），最大偏移距較小。2005年在鄰區(qū)完成的荷包場三維地震覆蓋次數(shù)也較低，由于當時的目的層主要針對三疊系須家河組和嘉陵江組，最大偏移距的設計均不能滿足龍馬溪組頁巖氣勘探需要。

4.3 關鍵參數(shù)設計

三維地震采集參數(shù)設計，首先要基于表層結構數(shù)據及地下地質構造等信息，從面元、最大炮檢距、覆蓋次數(shù)等方面進行論證，同時應考慮成本因素，重點從道間距、覆蓋次數(shù)、井深和藥量等方面進行優(yōu)化。

4.3.1 面元

面元的確定主要考慮滿足最高無混疊頻率法則和橫向分辨率的要求，各論證點面元論證參數(shù)表見表1。

綜合考慮，本輪地震勘探目的層面元大小應小于34 m。

4.3.2 覆蓋次數(shù)

頁巖氣藏裂縫預測是地震勘探的一項重要任務，裂縫檢測需要對三維數(shù)據體進行疊前分方位處理，方位角的劃分依據工區(qū)裂縫發(fā)育組系的多少，要保證每個方位角內的成像品質基本一致，除要求三維觀測系統(tǒng)必須保證是寬方位外，還要求每個方位角內的覆蓋次數(shù)至少達到15次。因此本輪三維地震覆蓋次數(shù)至少在180次以上。

4.3.3 最大炮檢距

最大炮檢距是頁巖氣地震觀測系統(tǒng)設計中最重要的一個接收參數(shù)，其與目的層埋深、動校拉伸、速度分析精度、反射系數(shù)等都有關系。

綜合對最大炮檢距的分析（表2），設計最大炮檢距在5 000 m左右。

圖1 威東—王家場2006WW50線疊加剖面圖

表1 面元尺寸理論計算表

表2 最大炮檢距選擇的影響因素一覽表

5 觀測系統(tǒng)參數(shù)

針對該區(qū)地震、地質條件，結合對前期采集方案和資料的分析，在觀測系統(tǒng)設計時采用較小面元，以提高縱橫向分辨率，確保小斷層識別精度；采用較寬的方位和較高的覆蓋次數(shù)，以滿足分方位處理要求，利于進行各向異性研究；同時考慮共中心點面元覆蓋次數(shù)均勻穩(wěn)定，并從激發(fā)參數(shù)、接收參數(shù)以及觀測系統(tǒng)3方面進行優(yōu)化設計。

因此，野外采集設計了束狀正交規(guī)則18線14炮252道觀測系統(tǒng)，觀測系統(tǒng)面元20 m，總覆蓋次數(shù)324次（表3）。

同以前三維觀測系統(tǒng)相比，本次觀測系統(tǒng)有3方面的優(yōu)點： ①覆蓋次數(shù)及炮道密度高，保證處理資料的信噪比，有利于開展構造精細研究；②較小的面元尺寸，有利于提高目標地質體的分辨精度；③全方位觀測，有利于開展裂縫預測研究。

表3 三維地震觀測系統(tǒng)參數(shù)一覽表

6 高密度寬方位三維地震采集

圖2 微測井調查低速層速度分布圖

高密度寬方位三維地震采集的高效實施首先要做好精細表層結構調查，優(yōu)化激發(fā)、接收參數(shù)。

6.1 表層結構調查

通過表層結構調查，確定低速層厚度，確保在高速層以下的最佳巖性中激發(fā)，取得最佳資料。表層結構調查工作以微測井為主，同時結合巖性錄井的方法進行。微測井井點采用不均勻布置原則，在地表復雜區(qū)加密，在地表簡單區(qū)域適當抽稀。

通過模型建立，獲得了工區(qū)低速層的厚度和速度圖。圖2是低速層速度分布圖，可見工區(qū)南部的低速層速度偏高，介于700～900 m/s；工區(qū)北部，低速層速度略低，介于600～800 m/s，巖性都屬于表土層。

圖3是速度低于1 700 m/s的地層厚度分布圖，工區(qū)北部區(qū)，速度低于1 700 m/s地層厚度普遍在5m以內；工區(qū)南部區(qū)，速度低于1 700 m/s地層厚度普遍介于3～7 m，部分區(qū)域達到11 m。

6.2 激發(fā)、接收參數(shù)試驗

地震波在傳播過程中，由于地層的吸收衰減、波場的發(fā)散等會對保真度造成影響外，激發(fā)因素和接收因素也是影響保真度的重要因素。所以在采集時應選擇合適的激發(fā)藥量和井深，并且采樣間隔不能過大，否則會導致信號的頻譜發(fā)生畸變，最終影響地震資料的保真度。在保證一定信噪比的前提下盡量減少藥量，以拓寬地震波的頻帶，確保地震資料有較高的信噪比和分辨率。

井深變化對主頻的影響非常明顯。理論上激發(fā)點在強波阻抗界面下1/4的低速帶波長處時，虛反射與有效波同相疊加能夠產生振幅與頻率較高的子波。由于低速帶波長難以精確確定，激發(fā)井深要根據地質任務并通過試驗來確定[4-7]。

通過對試驗資料的分析認為，試驗資料能量適中，同相軸連續(xù)性好，資料品質較高，最終采用井深8 m、藥量2 kg的激發(fā)參數(shù)。

通過單炮及分頻掃描，對比GTDS-10H和20DX-10檢波器效果，認為GTDS-10H檢波器對拓寬頻帶、提高分辨率效果明顯，最終采用GTDS-10H單點檢波器進行采集。

圖3 速度低于1 700 m/s對應地層厚度分布圖

6.3 施工參數(shù)

通過試驗最終確定了激發(fā)接收等施工參數(shù)。

激發(fā)方式：單井激發(fā)；

激發(fā)井深： 8 m；

激發(fā)藥量：2 kg；

炸藥類型：高能乳化炸藥；

檢波器型號：GT DS-10H；

組合方式：單點；

儀器型號：Sercel 428XL數(shù)字地震儀；

記錄格式：SEG-D；

采樣率：2 ms；

記錄長度：6 s；

低截頻：3 Hz，

高截頻：400 Hz。

6.4 采集施工時效

該項目共投入GT DS-10H檢波器10 000道、采集站12 400道，實際生產24 d，日均1 058.89炮。

6.5 現(xiàn)場實時質量控制

高密度三維地震勘探采用高效激發(fā)必然產生海量地震數(shù)據，大幅提高的生產日效和劇增的海量數(shù)據對傳統(tǒng)的質量監(jiān)控方法提出了挑戰(zhàn)。

針對高效采集的實際要求，質量監(jiān)控要實現(xiàn)觀念上的突破，不以單炮記錄論成敗，保證激發(fā)、接收、傳輸、數(shù)據記錄等過程中設備狀況處于受控狀態(tài)，不再強調一般噪聲的警戒，避免記錄的回放、高抽樣密度的頻率掃描監(jiān)控等，這樣才能從根本上保證質量的高效生產[8-9]。現(xiàn)場質量控制要實現(xiàn)3個轉變；①從監(jiān)控結果向監(jiān)控過程轉變；②從日檢一次設備向實時檢測設備狀態(tài)轉變；③從人工指揮生產向自動化生產轉變。在質量控制上，由于放炮速度快、接收排列多，利用儀器車回放監(jiān)視記錄進行實時質量監(jiān)控已經無法實現(xiàn)[10-11]。

利用e-SQC pro及川慶物探公司開發(fā)的SeisAQC軟件同時對采集資料進行實時監(jiān)控，確保了單炮能量及炮檢關系正確。

6.6 采集質量分析

6.6.1 新老單炮對比

選取三維地震炮點50321225.2與2006WW 51線1485.5炮點的單炮數(shù)據進行對比（圖4）?？梢娦虏杉Y料同相軸連續(xù)，頻帶有所拓寬，10～80 Hz均能見到有效反射。

6.6.2 剖面對比

選取三維地震Inline240線與工區(qū)內2006WW 56線疊加剖面和做對比（圖5）。可見本輪新采集三維剖面信噪比及分辨率較老資料更高，構造細節(jié)刻畫更清楚，層間信息更豐富。

7 結論與認識

1）高密度勘探技術采用小面元，提高了空間采樣率，減少了空間假頻，同時高覆蓋次數(shù)有利于壓制噪聲，因而具有進一步提高分辨率和改善信噪比的能力[12]。

2）通過高密度寬方位地震技術可以獲得高品質的地震資料，對尋找“甜點”區(qū)，改善勘探開發(fā)效果，以及指導水平井鉆井及壓裂改造，具有重要的現(xiàn)實意義。

3）從本輪單炮資料來看，能量適中，信噪比較高，頻帶4～80 Hz都可見到有效反射信息，證明本次采用井深8 m、2 kg藥量的激發(fā)參數(shù)合適，能夠滿足本次頁巖氣勘探的地質任務。

4）在保證獲得高品質地震資料采集方案的前提下，頁巖氣地震勘探開發(fā)采集參數(shù)應盡量節(jié)約成本，重點考慮道間距、覆蓋次數(shù)、井深和藥量等方面的優(yōu)化。

圖4 新老三維地震單炮分頻掃描對比圖

圖5 2016Inline240與2006WW56線疊加剖面對比圖

[ 1 ]唐東磊, 張慕剛, 汪長輝, 夏建軍, 于寶利. 高密度地震采集技術[C]//中國油氣論壇2012-地球物理勘探技術專題研討會論文集. 北京： 中國石油學會, 2012.Tang Donglei, Zhang Mugang, Wang Changhui, Xia Jianjun &Yu Baoli. High-Density Seismic Acquisition Technology[C]//2012 China Oil & Gas Forum - Geophysical Prospecting Technology Seminar. Beijing： Chinese Petroleum Society, 2012.

[ 2 ]劉依謀, 印興耀, 張三元, 吳國忱, 陶夏妍. 寬方位地震勘探技術新進展[J]. 石油地球物理勘探, 2014, 49(3)： 596-610 Liu Yimou, Yin Xingyao, Zhang Sanyuan, Wu Guochen & Tao Xiayan. Recent advances in wide-azimuth seismic exploration[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2014, 49(3)： 596-610.

[ 3 ]田夢, 張梅生, 萬傳彪, 李占林, 王世清, 劉冰. 寬方位角地震勘探與常規(guī)地震勘探對比研究[J]. 大慶石油地質與開發(fā),2007, 26(6)： 138-142.Tian Meng, Zhang Meisheng, Wan Chuanbiao, Li Zhanlin,Wang Shiqing & Liu Bing. Contrast research between wide azimuth seismic prospecting and conventional seismic prospection[J]. Petroleum Geology & Oilf i eld Development in Daqing,2007, 26(6)： 138-142.

[ 4 ]石雙虎, 魏鐵, 張翊孟, 汪長輝, 郭振興. 頁巖氣地震勘探資料采集方案[J]. 非常規(guī)油氣, 2016, 3(1)： 1-6.Shi Shuanghu, Wei Tie, Zhang Yimeng, Wang Changhui & Guo Zhenxing. On Seismic acquisition proposal for shale gas exploration and development[J]. Unconventional Oil & Gas, 2016,3(1)： 1-6.

[ 5 ]李慶忠, 威繼東. 高密度地震采集中組合效應對高頻截止頻率的影響[J]. 石油地球物理勘探, 2007, 42(4)： 363-369 Li Qingzhong & Wei Jidong. Inf l uence of array effect on cutoff frequency of high frequency in high-density seismic acquisition[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2007, 42(4)： 363-369.

[ 6 ]翟桐立, 張洪軍, 祝文亮, 曹民強, 盧剛臣, 王仁康, 等. 全方位高密度單點接收地震采集技術[J]. 石油學報, 2016,37(增刊 2)： 56-63.Zhai Tongli, Zhang Hongjun, Zhu Wenliang, Cao Minqiang, Lu Gangchen, Wang Renkang, et al. Full-azimuth high-density single-point receiving technology for seismic acquisition[J]. Acta Petrolei Sinica, 2016, 37(S2)： 56-63.

[ 7 ]胡永貴, 王梅生, 李培民. 高密度地震勘探現(xiàn)狀與需求[C]//2007西安·物探裝備技術研討會論文集. 西安： 中國石油學會, 2007.Hu Yonggui, Wang Meisheng & Li Peimin. Current situation and demand of high-density seismic prospecting[C]//A Collection of Abstracts of Reports in Technical Seminar for Equipment for Geophysical Prospecting 2007. Xi'an： Chinese Petroleum Society, 2007.

[ 8 ]凌云研究組. 寬方位角地震勘探應用研究[J]. 石油地球物理勘探 , 2003, 38(4)： 350-357.Lingyun Research Group. Application and study on wide-azimuth seismic exploration[J]. Oil Geophysical Prospecting,2003, 38(4)： 350-357.

[ 9 ]王炳章, 王丹, 陳煒. 油氣地震勘探技術發(fā)展趨勢和發(fā)展水平 [J]. 中外能源 , 2011, 16(5)： 46-55.Wang Bingzhang, Wang Dan & Chen Wei. Trends and development level of petroleum seismic exploration technology[J].Sino-Global Energy, 2011, 16(5)： 46-55.

[10]劉振武, 撒利明, 董世泰, 唐東磊. 中國石油高密度地震技術的實踐與未來[J]. 石油勘探與開發(fā), 2009, 36(2)： 129-135.Liu Zhenwu, Sa Liming, Dong Shitai & Tang Donglei. Practices and expectation of high-density seismic exploration technology in CNPC[J]. Petroleum Exploration & Development, 2009,36(2)： 129-135.

[11] 梁向豪, 孔德政, 黃有暉, 劉新文, 周旭. 復雜構造三維地震勘探觀測寬度與接收線距選擇分析[J]. 天然氣勘探與開發(fā),2015, 38(2)： 27-30.Liang Xianghao, Kong Dezheng, Huang Youhui, Liu Xinwen& Zhou Xu. Selection of observed Width and receiving line interval for complex structures during 3D seismic exploration[J].Natural Gas Exploration & Development, 2015, 38(2)： 27-30.[12]張新東, 呂景峰, 蔡明, 萬軍, 陳學強. 一種適用于復雜地貌山前帶的表層調查方法[J]. 天然氣勘探與開發(fā), 2015, 38(2)：35-37.Zhang Xindong, Lv Jingfeng, Cai Ming, Wan Jun & Chen Xueqiang. A method to investigate the surface conditions in complex mountain front[J]. Natural Gas Exploration and Development, 2015, 38(2)： 35-37.