孫得福

中石化石油工程地球物理有限公司華北分公司，中國·河南 鄭州 450000

東部斷陷盆地；采集；觀測系統(tǒng)；垂直觀測法

1 引言

東部斷陷盆地領域是勝利油田、中原油田、河南油田、江漢油田等油氣分公司的產能主陣地，地理位置位于中國山東、河南、湖北、江蘇等省，構造上位于華北盆地、蘇北盆地以及江漢盆地。2015-2018年度在東部斷陷盆地部署、實施大量二維、三維地震采集項目，累計完成二維滿覆工作量700km，三維滿覆蓋工作量4100km2。東部斷陷盆地領域內儲備圈閉類型眾多，根據(jù)圈閉的成因和形態(tài)，并與油藏類型分類對應，可劃分為3 大類，即構造圈閉、巖性圈閉和地層圈閉，領域內構造破碎，斷層位置難落實。隨著勘探開發(fā)的不斷進行，對地震資料的品質要求越來越高，為進一步查清區(qū)域內剩余油氣分布，區(qū)域內進行了二次、甚至三次采集，形成了“兩寬一高”的高精度地震采集技術，但施工成本直線增加。如何實現(xiàn)寬方位、高密度地震數(shù)據(jù)采集而又不大幅增加采集成本、如何在原有高精度采集資料的基礎上進一步提高資料品質，改善地震采集效果，是目前需要解決的主要難題。[1]

通過收集東部斷陷盆地領域實施的地震勘探項目相關資料，對東部斷陷盆地采用的地震采集方法進行分析，根據(jù)分析結果提出下步地震采集工作建議，為東部斷陷盆地領域下步地震勘探部署提高借鑒與參考。

2 采集技術適應性分析

2.1 觀測系統(tǒng)

近三年東部斷陷盆地領域實施的三維地震勘探采集項目，均采用了小的面元（≤25m×25m）、小的接收線距和激發(fā)線距（＜300m）、寬方位、高道密度和高覆蓋次數(shù)的觀測系統(tǒng)，各項目覆蓋次數(shù)和道密度不斷提高（如圖1、圖2所示）。

圖1 近三年東部斷陷盆地各項目覆蓋次數(shù)趨勢圖

圖2 近三年東部斷陷盆地各項目道密度趨勢圖

斷陷盆地領域地震勘探項目在進行采集觀測系統(tǒng)設計時主要根據(jù)工區(qū)表層、深層地震地質條件，從提高目的層分辨率、有效覆蓋次數(shù)和保證目的層成像精度出發(fā)，通過對老資料的分析，結合地下地質構造，合理選擇論證點，從理論計算、正演模擬、實際資料分析等方面對論證點的面元尺寸（道距大?。⒏采w次數(shù)、接收線距、最大炮檢距和最大非縱距等參數(shù)論證分析，選擇合適的觀測系統(tǒng)參數(shù)。

2017年地震勘探項目在進行三維采集技術論證時，采用道密度（每平方公里面元屬和覆蓋次數(shù)的乘積）代替覆蓋次數(shù)進行觀測系統(tǒng)分析，更能體現(xiàn)采集精度。進行道密度論證時，利用實際資料進行退化分析，分析不同道密度條件下資料信噪比的變化及資料品質變化情況（如圖3所示）。

圖3 道密度與偏移剖面信噪比圖（左）和道密度與偏移剖面信噪比增速圖（右）

各項目在參數(shù)論證完成后，根據(jù)參數(shù)論證結果結合該區(qū)地質目標，設計若干觀測系統(tǒng)，將兩種以上觀測系統(tǒng)的面元屬性、采集痕跡、主要目的層照明分析結果、偏移算子響應等進行對比，優(yōu)選適合該區(qū)的觀測系統(tǒng)。

2.1.1 觀測方向

根據(jù)陸上石油地震勘探資料采集技術規(guī)范，三維地震主測線方向一般宜垂直構造走向，當采用高密度、寬方位三維觀測系統(tǒng)（橫縱比＞0.85 時）進行地震采集方法布設、要解決的地質問題不考慮目標區(qū)以往地震資料時，可依地表狀況和工區(qū)形狀調整測網方向。[2]

近三年東部斷陷盆地已實施的三維地震勘探項目有11 個項目采用0°方位角（檢波線方向為南北，炮線方向為東西），其他項目均采用垂直構造走向布設觀測系統(tǒng)。在資料分析過程中，老方案采集測網與區(qū)內地質斷層的夾角為58 度，不利于該斷層的有利成像。2017年做采集設計時，將測網進行調整，使主測線方向與斷層垂直（如圖4所示），取得較好效果，新采集資料斷層及其斷階內目的層的成像更加清晰（如圖5所示）。

圖4 常規(guī)三維測網（左）與復雜斷裂帶高精度三維（右）測網方向圖

圖5 新（左）老（右）資料對比

2.1.2 面元尺寸

面元大小設計要有利于提高資料的縱、橫向分辨率，落實構造特征及斷裂細節(jié)，較小的面元尺度能提高資料的縱、橫向分辨率，提高資料采集精度，更好完成地質任務。東部斷陷盆地近三年實施的地震勘探三維項目，均采用小面元（≤25m×25m）采集，部分項目甚至采用10m×10m 的面元，資料分辨率得到大幅提升（如圖6所示），說明針對東部斷陷盆地構造復雜，小斷層發(fā)育的特點，采用小面元采集是解決東部斷陷盆地復雜斷塊成像的有效手段。

圖6 不同面元尺寸剖面對比

2.1.3 最大偏移距

東部斷陷盆地主要目的層是第三系地層，埋藏較淺（1000m-3500m），已實施的地震勘探項目均采用了大于目的層深度的偏移距（4000m-6700m）。最大炮檢距的選擇除了要考慮最深目的層深度外，還要滿足動校拉伸和速度分析精度的要求，還要兼顧反射波雙曲線近似條件、反射系數(shù)穩(wěn)定及目的層埋深、干擾波特征等的影響，通過實際資料分析，東部斷陷盆地近三年開展的地震勘探項目，選擇的炮檢距是合適的（如圖7、圖8所示）。

圖7 近三年實施的采集項目最大偏移距與目的層深度統(tǒng)計

圖8 不同偏移距三維剖面對比

2.1.4 道密度

道密度是每平方公里采樣點次數(shù)，采用道密度代替覆蓋次數(shù)來進行觀測系統(tǒng)分析，更能體現(xiàn)采集精度。覆蓋次數(shù)基于疊后處理提出，從目前處理資料來說，已從疊后到疊前成像；同時，覆蓋次數(shù)大小與面元大小有關系，針對不同目的層的覆蓋次數(shù)也不一樣。

東部斷陷盆地近三年地震勘探項目道密度最低為19.2 萬道/km2，最高達到357.12 萬道/km2；通過分析，隨著道密度的增加，資料分辨率得到大幅提升，斷點更加清晰（如圖9所示）。

圖9 不同道密度三維剖面對比

2.2 激發(fā)

經過多年的總結與積累，東部斷陷盆地領域形成了成熟的炸藥震源激發(fā)技術，在選擇激發(fā)因素時，考慮三個方面約束因素：①利用微測井的運動學特征，保證在高速層中激發(fā)；②利用微測井的動力學特征，保證在寬頻段激發(fā)；③利用巖性探測數(shù)據(jù)，保證在良好的巖性中激發(fā)。[3]

為了選擇更好的激發(fā)參數(shù)，滿足地質任務及采集技術要求，針對工區(qū)地表及地下地質條件的特點，結合工區(qū)以往的勘探經驗及以往資料的分析，制定針對性的驗證試驗方案，重點開展區(qū)內不同構造部位和地表類型的激發(fā)試驗。通過精細的點、線、面試驗工作，確定適合工區(qū)不同地震地質條件的激發(fā)因素，從而獲得較高信噪比和分辨率的地震采集資料，確保采集資料完成地質任務要求。

2.3 接收

東部斷陷盆地構造破碎，斷裂復雜，斷層位置難落實，部分區(qū)域低序級斷層難以刻畫，多解性強；區(qū)內小斷裂多，地震波場復雜，不同方向不同期次的斷層相交、相切，對地震資料采集精度要求較高，采用單點接收方式是該區(qū)提高資料成像精度與效果的主要方式之一，近幾年針對東部斷陷盆地勘探需要，研制了不同種類的單點檢波器，其中有：5Hz低頻檢波器，10Hz 高靈敏度檢波器，寬頻檢波器，陸用壓電檢波器（如圖10所示）。

圖10 不同種類的單點檢波器

近三年東部斷陷盆地實施的地震采集勘探項目中，7 個高精度三維均采用了單點接收方式，取得了較好的效果（如圖11所示），可以說單點接收是提高東部斷陷盆地成像精度的必經之路。

圖11 組合檢波（左）與單點（右）接收剖面效果對比

3 下步采集建議

目前，東部斷陷盆地領域地震勘探程度較高，進行三次三維、目標三維勘探時，炸藥激發(fā)、接收、觀測系統(tǒng)設計等方面已經成熟，特別是單點高密度的成功應用，地震資料的分辨率和信噪比得到大幅度的提高。但使用高密度采集勘探成本居高不下，如何在低油價的情況下即能降低勘探費用又可以提高資料的分辨率，是開展第三次地震勘探需要解決的主要問題。針對該問題，通過對以往發(fā)方法的分析、總結，建議在觀測施工方式上做進一步的優(yōu)化。

布設觀測系統(tǒng)時首先考慮地質任務的要求，充分利用以往老資料的基礎上，針對巖性的非均性目標要解決各向異性的問題，新部署的觀測方向與老的布設方向垂直布設，增加觀測方位。如果要解決復雜斷塊成像及隱蔽性油氣藏，就要考慮提高分辨率的問題，新部署的觀測方向與老的布設方向平行交叉布設，檢波點與以前的位置也交叉布設，這樣就能實現(xiàn)縱橫向空間分辨率增加一倍。采集結束后與老資料一起進行融合處理（如圖12所示），實現(xiàn)既不增加成本又提高資料品質的效果。

圖12 兩期地震資料融合處理剖面對比

3.1 實現(xiàn)高密度寬方位三維地震采集的垂直觀測設計

二次或者三次采集過程中充分利用老資料，采用垂直于以往觀測測線方向的觀測系統(tǒng)（如圖13所示），進行二次采集（橫縱比為0.47），和三次采集（橫縱比為0.59），可以看出，如果在進行三次采集時，采用垂直于以往二次采集時的觀測方向，將兩期觀測系統(tǒng)融合后，橫縱比從原來的0.47 提升到了橫縱比約為1 的觀測系統(tǒng)（如圖14所示），資料處理時再將新采集的數(shù)據(jù)與以往采集的數(shù)據(jù)進行融合處理，減少勘探成本的同時能實現(xiàn)寬方位、高密度采集。

圖13 不同布設方法炮檢點位置圖

圖14 不同布設方法炮檢玫瑰圖

3.2 實現(xiàn)高密度小面元的三維“內插”觀測法

以往的地震采集在設計時新三維面元網格往往與原三維網格重疊，炮線和接收線基本是在原三維的基礎上進行簡單的重疊或加密，這使在資料處理時，無法充分運用原采集資料，如果新三維在設計時，充分考慮原三維采集時炮點和接收點位置，在原三維采集炮線和接收線布設的基礎上，進行內插，使兩期三維的物理點布設相對均勻，2009年進行羅家地區(qū)三維二次采集，采用的是16L16S160T160F 的觀測系統(tǒng)（道距和炮點距均為50m，面元：25m*25m，接收線和激發(fā)線均為200m），在2017年進行了三次采集，采用的是36L5S620T279F 的觀測系統(tǒng)（12.5m 的道距和50m 的炮點距，接收線和激發(fā)線均為125m），將新布設接收線和激發(fā)線在2009年二次采集接收線和激發(fā)線的基礎上進行內插，兩期三維融合后即形成了100m 接收線距，100m 激發(fā)線距的觀測系統(tǒng)，在面元不變的情況下（25m*25m），覆蓋次數(shù)從160 次提高到了320 次（如圖15所示）。

圖15 “內插法”觀測系統(tǒng)布設示意圖（左）和覆蓋次數(shù)圖（右）

如果主要地質目標是進行巖性勘探，需要采用更小面元，可以在新采集設計時，將檢波點與原檢波點沿縱向平移四分之一道距的長度，以羅家地區(qū)為例，二次采集時采用的是50m 道距，200m 線距，在三次采集時可以將檢波點與原檢波點沿縱向平移12.5m,橫向再平移100m,融合處理后可以形成12.5m*25m 面元的觀測系統(tǒng)，覆蓋次數(shù)為160 次（如圖16所示）。

圖16 “內插法”觀測系統(tǒng)布設形成小面原示意圖（左）和融合后小面元覆蓋次數(shù)圖（右）

如果需要獲得更小面元資料，可以在原采集資料的基礎上，再縮小道距，在三維采集設計時，可以將道距縮小為25m，其他參數(shù)不變的情況下，將檢波點與原檢波點沿縱向平移12.5m,炮點與原炮點橫向平移12.5m,融合處理后可以形成12.5m*12.5m 面元的觀測系統(tǒng)，覆蓋次數(shù)為160 次（如圖17所示）。

圖17 “內插法”觀測系統(tǒng)布設形成小面原示意圖（左）和融合后小面元覆蓋次數(shù)圖（右）

4 結語

近三年東部斷陷盆地領域實施的各地震勘探項目在地震采集設計時，堅持基于地質目標的觀測系統(tǒng)設計，采用了基于地質需求的地震采集設計理念與思路（如圖18所示）。通過分析老資料，找到當前勘探存在的主要問題，針對問題，提出合理的對策，通過近幾年的總結，已經形成了一套適合東部斷陷盆地的觀測系統(tǒng)方案，即寬方位、寬頻帶、高密度的“兩寬一高”觀測系統(tǒng)，并逐漸向單點高密度采集方向發(fā)展；[4]在采集施工過程中，堅持從地質目標出發(fā)，嚴把質量關，通過提前踏勘、提前設計，確保觀測系統(tǒng)屬性基本與理論設計一致。

圖18 針對地質需求的地震采集設計理念與思路

總的來說，東部斷陷盆地領域激發(fā)巖性較好，激發(fā)技術較為成熟，隨著單點高密度的成功應用，地震資料的分辨率和信噪比得到大幅提升，在充分總結以往采集技術方法的基礎上，地震勘探部署時，可嘗試引進低頻可控震源，在大型城鎮(zhèn)、廠區(qū)等特殊區(qū)域嘗試使用可控震源激發(fā)，充分利用原采集資料，采用垂直觀測法和內插法進行布設，通過融合處理手段，提高資料密度和分辨率，為支撐東部老油田穩(wěn)產、增產打下基礎。