趙蘇城

(中國石油化工股份有限公司 華東油氣分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇 南京 210007)

1 引 言

武隆地區(qū)位于四川盆地東南緣，屬于典型的常壓頁巖氣構(gòu)造區(qū)。近年來，隨著國內(nèi)頁巖氣勘探的不斷深入，以焦石壩、威遠(yuǎn)-長寧為代表的超壓頁巖氣(地層壓力系數(shù)>1.2)獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流，但是更多勘探區(qū)位于常壓區(qū)塊(地層壓力系數(shù)0.8～1.2)，尤其以渝東南彭水桑柘坪向斜、道真向斜和武隆向斜為典型代表，其中彭水-武隆向斜志留系有利面積2 933 km2，資源量達(dá)到1.7萬億方[1-4]。

2011年以來，中石化華東油氣分公司在武隆常壓頁巖氣區(qū)塊進(jìn)行大量的試驗(yàn)工作，前期二維地震勘探揭示，武隆向斜構(gòu)造改造較弱，有利于頁巖氣保存。2015年在武隆向斜完鉆的隆頁1HF井經(jīng)壓裂后獲得4.6萬方的日產(chǎn)氣，證實(shí)了區(qū)內(nèi)志留系龍馬溪組含有豐富的頁巖氣資源，標(biāo)志著齊岳山斷裂以東的盆外常壓頁巖氣取得重大突破。武隆地區(qū)前期二維測網(wǎng)稀疏，難以進(jìn)行有效的勘探開發(fā)，因此需要高精度的三維地震勘探來支撐開發(fā)工作。

一般來說，炮道密度是影響地震資料采集成本的主要因素，根據(jù)單位每平方公里的炮道密度統(tǒng)計，低于30萬炮道/km2為低密度，介于30～100萬炮道/km2為中密度，大于100萬炮道/km2為高密度[5]。

本文針對武隆地區(qū)地震地質(zhì)條件，提出低密度的采集觀點(diǎn)，并且進(jìn)行采集、處理參數(shù)試驗(yàn)和優(yōu)化，有效解決低密度采集條件下，高精度資料的獲取。

2 低密度采集難點(diǎn)

近年來，復(fù)雜山前帶、盆緣轉(zhuǎn)換帶的高密度三維采集在頁巖氣勘探開發(fā)中扮演著重要角色，焦石壩、平橋、南川、丁山等地三維采集的實(shí)施為頁巖氣的有效開發(fā)提供有力依據(jù)[5-9]。但不同于這些“雙復(fù)雜”(復(fù)雜近地表和復(fù)雜地下地震地質(zhì)條件)區(qū)域，武隆地區(qū)地表復(fù)雜，地下為寬緩的向斜構(gòu)造，向斜內(nèi)部斷裂不發(fā)育，構(gòu)造簡單。

與盆內(nèi)焦石壩地區(qū)相比，鉆探證實(shí)武隆向斜沉積環(huán)境相似，有機(jī)質(zhì)含量、熱演化程度相當(dāng)，但是后期的構(gòu)造抬升使得地層遭受剝蝕，氣體發(fā)生小規(guī)模散失表現(xiàn)為常壓區(qū)塊。不同于超壓頁巖氣，以武隆向斜、桑柘坪向斜為代表的盆外常壓頁巖氣藏，具有地層壓力系數(shù)低、吸附氣占比高、地應(yīng)力小以及產(chǎn)氣量相對較低等特點(diǎn)，效益開發(fā)難度大，不能采用高密度的三維地震勘探，對該區(qū)域進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、有效的勘探至關(guān)重要。低密度的三維采集在以武隆地區(qū)為代表的常壓頁巖氣進(jìn)行實(shí)施，主要存在以下幾個難點(diǎn)：

1)低密度三維采集不同于低精度資料，如何保證低密度三維實(shí)施的有效性；

2)武隆地區(qū)屬武陵山脈和大婁山脈交匯處，地表地形變化劇烈、巖性變化大，灰?guī)r地表激發(fā)造成資料信噪比低；

3)地表障礙物多，尤其工區(qū)中部為武隆縣城，空炮區(qū)域大，造成面元屬性的不均勻和較低覆蓋次數(shù)。

3 低密度采集主要技術(shù)方法

3.1 低密度采集方法論證

受經(jīng)濟(jì)成本管控，武隆低密度三維實(shí)施在國內(nèi)尚屬首次，低密度采集效果如何不清楚，因此對低密度方法論證尤為重要。將鄰區(qū)較為穩(wěn)定地下構(gòu)造部分進(jìn)行炮點(diǎn)抽稀一半試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1中所示，構(gòu)造主體形態(tài)未發(fā)生改變，資料品質(zhì)未明顯下降，表明低炮道密度實(shí)施的可能性。

圖1 鄰區(qū)炮點(diǎn)抽稀前后對比

在觀測系統(tǒng)參數(shù)選擇上，基于前期二維資料和鄰區(qū)實(shí)施三維采集參數(shù)，明確觀測系統(tǒng)動態(tài)需求理念[6-9]。

對不同的目的層埋深，對所需要的有效偏移距和有效覆蓋次數(shù)是不同的。當(dāng)目的層埋深3 500 m 以淺區(qū)域，覆蓋次數(shù)大于60次左右即可滿足目的層有效覆蓋。表1給出武隆低密度采集參數(shù)和前期二維、南川三維的對比。

表1 武隆三維和武隆二維、南川三維參數(shù)對比

3.2 基于地表模型的觀測系統(tǒng)優(yōu)化

觀測系統(tǒng)設(shè)計是地震采集過程中重要環(huán)節(jié)，直接影響了地震成像的精度。在武隆三維采集設(shè)計過程中，通過前期二維資料剖面，建立了真實(shí)三維地表模型。通過正演模擬和射線追蹤，確立照明陰影部位，并進(jìn)行反向照明確立有利加炮區(qū)域。

圖2(a)給出武隆向斜核部真實(shí)地表模型，通過二維資料建立真實(shí)地表三維模型及地下反射界面，整體三維工區(qū)處于平穩(wěn)向斜構(gòu)造，如圖2(a)所示，志留系位于從上而下第三套層位。通過理論布設(shè)的觀測系統(tǒng)進(jìn)行正演能量照明分析，志留系反射界面照明能量分析如圖2(b)所示，向斜核部的照明能量偏弱。通過對弱照明能量面元進(jìn)行反向射線追蹤(圖2c)和反向能量照明(圖2d)，從而可以確立地表有利加炮區(qū)域位于向斜核部區(qū)域。

對于復(fù)雜構(gòu)造區(qū)域，通過加密炮點(diǎn)增加覆蓋次數(shù)，增強(qiáng)射線照明能量是最為有效的方法，但是加密炮點(diǎn)導(dǎo)致炮道密度提高，直接帶來采集費(fèi)用提升，對低密度三維采集勘探并不適用。除加密炮點(diǎn)外，加長排列同樣可以增加覆蓋次數(shù)，增強(qiáng)弱能量面元照明能量。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，通過加長向斜核部排列長度，加強(qiáng)向斜核部波場照明能量。

圖3(a)為通過圖2(a)正演模型計算而得出的志留系反射界面CRP覆蓋次數(shù)，與圖2(b)照明能量一致，向斜核部區(qū)域覆蓋次數(shù)較低，通過加強(qiáng)排列線之后向斜核部的CRP覆蓋次數(shù)顯著提高，如圖3(b)所示，從而證實(shí)該方法的有效性。

圖2 武隆三維真實(shí)地表模型和照明能量優(yōu)化調(diào)整

圖3 CRP覆蓋次數(shù)分析

3.3 基于地表巖性差異化激發(fā)和接收參數(shù)優(yōu)選

激發(fā)參數(shù)主要包括激發(fā)井深和藥量，山地地震主要考慮近地表橫向速度、巖性的變化。除了在淺水面以下選擇激發(fā)外，還需要考慮炸藥震源激發(fā)能量和頻率。武隆近地表的巖性變化導(dǎo)致各種次生干擾和線性干擾，提高單炮的信噪比和能量是激發(fā)參數(shù)選擇的重要依據(jù)。

圖4中給出不同井深激發(fā)單炮記錄，可以看出23～27 m激發(fā)能量差異不大，25 m稍好。21 m井深激發(fā)能量明顯不足。頻譜曲線(圖5)顯示，各種藥量激發(fā)的振幅隨藥量的增加而增加，18 kg和20 kg激發(fā)的振幅相差不大，18 kg激發(fā)的頻帶寬度略寬。因此通過近地表激發(fā)參數(shù)試驗(yàn)來獲得最佳激發(fā)參數(shù)，參考前期二維資料獲得二類品剖面區(qū)域，采用差異化的激發(fā)參數(shù)獲得最大能量和信噪比單炮記錄[10-13]。

圖4 不同井深激發(fā)單炮記錄

圖5 不同藥量激發(fā)單炮頻譜

3.4 針對性處理技術(shù)

低密度三維采集造成覆蓋次數(shù)較低，通過有限的覆蓋次數(shù)使得構(gòu)造細(xì)節(jié)準(zhǔn)確成像是本次三維地震資料處理的重點(diǎn)之一。常規(guī)處理流程包括預(yù)處理、靜校正、疊前去噪、反褶積、速度分析、疊加和偏移[14-21]。前期二維資料顯示，該區(qū)構(gòu)造穩(wěn)定，再做好常規(guī)處理流程時，應(yīng)加強(qiáng)復(fù)雜地表速度建模和精細(xì)靜校正、道集規(guī)則化處理和高精度速度建模等方面的精細(xì)處理。

3.4.1 基于近地表速度建模的精細(xì)靜校正技術(shù)

常規(guī)靜校正存在近偏移距初至拾取不準(zhǔn)確，炮點(diǎn)缺失區(qū)域無初至可拾取，尤其工區(qū)中部缺炮范圍較大，通過近地表速度建模、微測井約束方式進(jìn)行靜校正量拾取，然后使用地表一致性分頻迭代剩余靜校正技術(shù)和非地表一致性剩余靜校正技術(shù)，解決后續(xù)處理中次生或伴生剩余靜校正問題。圖6給出地表一致性剩余靜校正前后對比剖面，通過精細(xì)靜校正技術(shù)，顯著提高了剖面質(zhì)量。

圖6 剩余靜校正前后對比

3.4.2 疊前道集規(guī)則化處理

工區(qū)中部空炮區(qū)以及向斜能量弱照明區(qū)域造成觀測系統(tǒng)的不均勻性，采用疊前五維匹配追蹤傅立葉插值(5DMPFI)技術(shù)進(jìn)行插炮。該技術(shù)是基于反假頻傅立葉變換，適用于任意不規(guī)則觀測系統(tǒng)，適應(yīng)假頻嚴(yán)重或構(gòu)造復(fù)雜陡傾角數(shù)據(jù)。通過線域、點(diǎn)域、時間域、炮檢距域、方位角域五維空間的插值和重構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)規(guī)則化。具體實(shí)現(xiàn)過程為：

1)對數(shù)據(jù)進(jìn)行離散傅立葉變換；

2)選取最大能量的傅立葉譜成分；

3)將該傅立葉譜成分加入“估算譜”上；

4)對該傅立葉譜成分進(jìn)行反傅立葉變換，并按照輸入位置輸出迭代結(jié)果；

5)從原始輸入數(shù)據(jù)中減去該次迭代結(jié)果，進(jìn)行下一次迭代；

6)對最終“估算譜”通過反傅立葉變換輸出到期望位置。

圖7給出規(guī)則化前后道集對比，框中看出規(guī)則化后道集信噪比提升，反射界面有效信息加強(qiáng)。

圖7 規(guī)則化前后對比

3.4.3 高精度速度建模技術(shù)

前期二維資料顯示武隆穩(wěn)定的向斜構(gòu)造，速度成層性變化明顯。精確的速度場控制不僅是成像、獲得高精度資料的關(guān)鍵，對后期的地震解釋也有重要作用。

速度分析重點(diǎn)做好以下工作：

1)調(diào)查該工區(qū)速度的變化規(guī)律；在對有效信號的優(yōu)勢頻帶進(jìn)行調(diào)查及大量參數(shù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，優(yōu)選速度譜參數(shù)獲得質(zhì)量較高的速度譜；利用疊前道集去噪，改善道集和速度譜質(zhì)量，提高速度分析的精度；

2)運(yùn)用速度分析-剩余靜校正多次迭代技術(shù)提高速度分析精度；

3)采用處理解釋一體化的速度建模思路做好歸位成像，通過速度掃描進(jìn)行約束迭代，提高速度精度。

圖8給出迭代速度模型，建立原始層狀介質(zhì)模型，通過多輪次速度分析、多次迭代后，速度模型趨近于地下介質(zhì)真實(shí)速度場，能夠提高偏移成像精度。

圖8 迭代速度模型

4 低密度三維采集應(yīng)用效果

在對采集設(shè)計最優(yōu)化后，通過針對性的處理手段，武隆低炮道密度地震資料偏移剖面如圖9所示，與前期二維資料相比[22]，剖面信噪比顯著提高，構(gòu)造形態(tài)特征清楚，波組連續(xù)性、可追蹤性更強(qiáng)。同時與工區(qū)已有鉆井軌跡吻合如圖10所示，證實(shí)低密度勘探方法的有效性。

圖9 二維、三維剖面對比

圖10 水平鉆井軌跡

5 結(jié) 論

目前，針對常壓頁巖氣的勘探國內(nèi)尚屬首次，常壓頁巖氣經(jīng)濟(jì)效益對比高壓頁巖氣較差，因此探索一套經(jīng)濟(jì)、有效的勘探方法勢在必行。武隆常壓頁巖氣低密度三維勘探方法通過實(shí)踐，形成以下幾點(diǎn)認(rèn)識，對后續(xù)的常壓頁巖氣勘探起到示范作用。

1)基于構(gòu)造特征認(rèn)識下的低密度三維設(shè)計。不同于雙復(fù)雜構(gòu)造下的地質(zhì)條件，武隆穩(wěn)定向斜構(gòu)造是低密度觀測系統(tǒng)實(shí)施的前提。

2)合理的變觀以及基于地表巖性的激發(fā)參數(shù)選擇。通過合適參數(shù)選擇，在低密度條件下盡量保證面元屬性的均勻性，減少廢炮，提高單炮利用率。

3)針對性處理措施。通過加強(qiáng)復(fù)雜地表速度建模和精細(xì)靜校正、道集規(guī)則化處理和高精度速度建模等方面處理，提高成像精度，保證低密度三維的有效性。