中国石化陆上地震采集技术现状与发展趋势

李燕燕，赵殿栋，于世焕，王淑艳，于 晨，赵秀芳

（1.成都理工大学核技术与自动化工程学院，四川成都610059；2.中石化石油工程地球物理有限公司，北京100029；3.中国石油化工股份有限公司油田事业部，北京100728；4.中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院，北京100083；5.成都理工大学沉积地质研究院，四川成都610059）

纵观石油天然气地震勘探的发展历史，油气勘探开发需求是地震技术发展的源动力和推进力，而地震技术的不断进步又促进了油气勘探开发的持续发展。地震勘探技术由单次覆盖发展到多次覆盖，由二维发展到三维及四维，由常规地震发展到高分辨率、高精度地震，当前主要向全三维、高密度三维发展。而油气勘探目标则从起初的大构造、大背斜，经历了复杂断块及复式油气藏，发展到当前的隐蔽油气藏勘探。

中国石油化工股份有限公司（中国石化）当前拥有各类地震采集仪器90套，检波器道数46×104道；地震采集能力二维长度5×104km／y，三维面积1.5×104km2／y，能在戈壁沙漠、黄土塬、山地、平原水网、滩浅海等复杂地表地区开展地震采集工作。地震接收道数随着地震技术的发展不断增加，三维观测系统向着大道数、大横纵比、小面元、高覆盖次数的方向发展。

近年来，地震新技术在中国石化的油气勘探开发中发挥出重要作用［1］。数字检波器技术对微幅度构造及微小地质体的识别能力尤为明显，近几年进行了一些试验及生产，其实际效果及应用前景究竟如何？以寻找剩余油、提高采收率为目的的开发地震技术面向油气田开发，采集面元更小、覆盖次数更高是其显著特征，今后开发地震技术在中国石化应用的发展前景如何？页岩气勘探要求地震资料能够识别区域稳定页岩层，同时要求查清断裂系统以及页岩内部一些物性和属性的变化（比如杨氏模量、泊松比、TOC等），能够准确地找到“甜点”位置，还要使井中目的层远离断层，以利于压裂开发，地震采集技术该如何适应与发展？这些都是油气勘探工作者较为关注的问题，也是我们试图回答的论题。

1 中国石化陆上地震采集技术现状

1.1 地震勘探部署原则及特点

地震勘探部署的一般指导思想：以油气商业发现为中心，实现老区规模增储，推进新区、新领域及新层系勘探突破，提供油气勘探与开发资源保障。

地震勘探工作依据油气勘探开发有利区、重点突破有利区带、外围新区等不同勘探对象进行部署［2］。经过资源潜力、部署依据、部署方案、技术可行性等4个方面的论证，进一步优化方案。2013年部署思路：①深化老区勘探开发一体化，在东营等富油凹陷实施高精度三维二次采集；②加大重点增储上产区带的地震部署，比如鄂尔多斯盆地南部、川东南礁滩相带等；③加强重点突破地区的地震部署，比如准噶尔盆地西北缘、塔里木盆地玉北地区等；④推进中下扬子、南方新区等外围新区的综合部署，继续推进塔里木盆地西南缘、川西龙门山等山前带地震技术攻关。

2009—2013年，中国石化共完成的陆上地震采集工作量（表1）为：二维满次长度93 510km，三维满次面积46 976km2（其中三维二次采集11 266km2），合计7.06×106炮。由表1可以看出，二维地震满次长度振荡缓升，平均18 702km／y；三维满次面积呈逐年增加趋势，平均9 395km2／y（其中三维二次采集平均2 253km2／y，占24%）；总炮数呈逐年增加趋势，平均1.41×106炮／y。

表1 近5年中国石化完成陆上地震采集工作量

三维地震部署呈现新的特点，由注重局部构造特点和地层倾向转变为注重整个区域的系统研究，三维区块方向由原来的若干不同方向转变为整个区域相同方向，单块三维的面积也逐年增大，由215km2增大到405km2。

1.2 三维观测系统设计技术

一般原则：①以油气勘探目标为依据，借鉴前期施工方法和勘探效果，考虑地表施工条件和季节，对观测系统参数进行计算及论证，提出方案。②考虑经济因素，对技术和成本因素进行优化，复杂地区需要进行野外试验及二次方法论证，确定生产观测系统方法［3－4］。

定性考虑以下问题：①对于富油凹陷勘探与开发，采用高覆盖次数和小CDP面元方法；反之，对于新区则采用稀疏勘探理念，降低勘探风险，一般使用简单的观测系统。②对于低信噪比地区，通过增加覆盖次数来提高信噪比；反之，对于高信噪比地区，通过减少覆盖次数来提高分辨率，并且降低接收组合基距，或者采用单点接收方式。③对于地下目标是岩性或裂缝发育区，则加大排列片线数，提高资料横纵比。④当目的层包括浅、中、深层时，特别关注浅层有效覆盖次数，缩小接收线距和激发线距，或采用不对称观测系统方法。⑤当地下目的层复杂程度在纵向与横向有明显不同时，可采用不等边长CDP面元方法。

从表2给出的2009—2013年中国石化所实施三维观测系统的主要参数可见，总道数、排列线数、横纵比呈逐年增加趋势，而CDP面元、炮密度、覆盖次数等呈小幅降低，最终使CDP面元和覆盖次数调整在一个适应探区地质情况的最佳水平，既能采集高质量资料，又能提高生产效率。近5年实施观测系统主要参数的平均值为：排列线数19线，总道数4 026道，横纵比0.48，CDP面元18.2m×22.0m，覆盖次数207次，炮密度105炮／km2。

表2 近5年中国石化实施的三维观测系统主要参数

表3给出了中国石化各探区典型三维观测系统的主要参数。从表3可见，在标准化面元条件下（25m×25m），覆盖次数可分为3类：①高覆盖次数（624～833次）地区，比如属于富油凹陷的泌阳和塔河地区；②中高覆盖次数（131～263次）地区，比如东部富油凹陷、低信噪比地区及山地等；③低覆盖次数（66次）地区，比如高信噪比的川西地区。最高覆盖次数是最低覆盖次数的12倍多，说明覆盖次数大小与具体探区目标紧密相连，具有较强的针对性。同时也说明当前地震技术与装备已发展到较高水平，可供勘探与开发需求所选择的空间变大。

表3 中国石化各探区典型三维观测系统示例

1.3 地震采集激发技术

地震采集的激发方法包括采用炸药震源、气枪和可控震源等，其中炸药震源用于陆上，气枪用于水域，可控震源用于戈壁沙漠、城镇等区域；而复杂地表区则需要采用多种震源联合激发，保证取得完整资料［5－7］。

1.3.1 炸药震源

一般地区采用单深井方法，激发点选择在近地表高速带、潜水面、胶泥带之下，力求激发能量强、子波频率高、波形一致性强的效果。从表4可以看出，东部及川西地区药量一般在7～8kg，炮井深度在高速带顶下或潜水面下7～10m，一般井深为16m以上；而鄂南、西北及南方山区药量12kg以上，井深比东部地区深2m以上。

当近地表岩性为松散流沙或干性黄土沙时，激发能量损失大，若用单深井则能量低，在这种情形下采用了组合井方法，增大地震波下传能量。比如鄂南较厚黄土塬区域采用组合井，井数10～15口，每井药量1～2kg。

1.3.2 可控震源

可控震源安全环保，并能弥补炸药震源的不足，近年来越来越受到重视与应用。以往采用单套震源进行作业，振动次数多，单次扫描时间长，机动性差。而目前应用新技术：基于高覆盖次数的拆分台次、增加低频振动次数、压制干扰谐振、交替滑动扫描等。近年来，可控震源已成功应用于准噶尔盆地北缘及哈密等戈壁沙漠地区，二维勘探长度3 000km，三维勘探面积1 000km2。乌伦古地区二维采集可控震源激发参数见表5，效果见图1。

表4 典型地区激发因素

表5 乌伦古地区二维地震采集可控震源激发参数

1.3.3 多种震源联合激发

江陵凹陷李埠南三维工区跨越长江水域、两岸大堤及沼泽与普通地表等，是地震采集复杂地区，采用单一震源无法完整获取地震资料。为此，采取了联合使用炸药震源、气枪、可控震源等针对性措施，炸药炮数占总激发点数的59%，岸堤可控震源占30%，水中气枪占11%（图2）。获取的地震剖面浅、中、深层地震能量较强，长江段资料完整。

1.4 地震采集接收技术

地震采集接收多采用428XL型仪器、20DX－10型检波器，道距多为40及50m，检波器串数1～3串，组合图形有矩形、圆形、“品”字形等。一般地区组合基距40m以内，而高信噪比地区采用小组合基距或单点接收，低信噪比地区采用大组合基距。检波器耦合及噪声压制等是接收的关键技术环节。

1.4.1 检波器耦合

检波器埋置目的是使检波器与大地耦合紧密，方法随不同地区而有所不同：①东部地区一般采用手工或简单工具；②东北寒冷地区、西部沙漠地区、南方山区等采用专用工具；③水域使用压力检波器，浅水区可将防水普通检波器插入水底。

1.4.2 数据传输方法

数据传输方法：①通常情况采用1台仪器有线传输；②当穿越一般江河、大面积工厂区、山峰区等障碍区时，采用有线和无线联合传输；③针对较大江河，接收道数多，传输数据量大，常规传输技术难以满足应用要求，则采用2台仪器，每台连接一岸排列、同步接收等方法，有效解决了数据传输难题（比如江陵凹陷李埠南三维地震采集）。

1.4.3 压制噪声

噪声分为3类：①空中干扰，比如风、高压线等；②地面干扰，比如城镇、交通线、河流等；③地下干扰，比如地下管线、矿山开采、油田开发等，其中油田大钻干扰能量大，影响半径440m范围，频带0～70Hz。压制噪声方法：①寻找和分析干扰源，关停干扰源，采取组合接收；②选择背景干扰小的时段施工，晚间的背景干扰比白天要小得多，为60%左右（图3），背景干扰下降整体提高了资料信噪比。

图3 川东北地区镇巴三维地震背景噪声能量

1.5 地震采集新技术应用

1.5.1 数字单分量单点接收技术得到应用

近4年在华北黄土塬、南方山地、中上扬子、塔里木等地区完成多期数字单分量二维地震攻关与生产，二维长度5 000m；近3年在川西平原与东北北正镇等高信噪比地区、下扬子句容等低信噪比地区进行了数字单分量三维地震勘探［8－9］，三维面积800km2。

塔里木盆地顺托果勒北区块沙漠区进行数字单分量检波器与常规检波器二维地震对比试验，道距5m，炮距50m，覆盖次数128次。获取的数字单分量剖面信噪比、波组连续性、层间信息、分辨率等有一些优势（图4），表明在低信噪比沙漠地区可以使用数字单分量技术进行地震勘探。

图4 塔里木沙漠区二维地震常规检波器（a）和数字检波器（b）接收的叠加剖面

1.5.2 开发地震技术应用逐步扩大

开发地震技术从2005年先导试验到现在的推广及应用，历时8年多，采集数据密度得到了快速提升，资料品质明显提升［10－11］。完成济阳坳陷垦71等6块三维、塔河油田3块三维，覆盖次数密度为0.50×106～3.58×106次／km2。

2009年塔河油田6－7区奥陶系油藏开发现状是平均单井产量呈下降趋势，下降到最高产量的40%，而采出程度较低，为8.8%。采用高密度地震是解决上述开发问题的有效方法之一。2009年塔河6－7区三维CDP面元15m×15m（细分7.5m×7.5m），覆盖次数352次（细分88次），覆盖次数密度1.564×106次／km2，剖面显示奥陶系串珠特征更清楚（图5）。2011年塔河6－7区投产24口井，其中12口井获得高产，中产井6口，低产井6口，平均单井产油量31t／d。

图5 塔河油田6－7区常规三维（a）与高密度三维（b）叠前时间偏移剖面

1.5.3 地震技术在页岩气领域快速发展与应用

图6 过焦页1井近东北向二维地震剖面（a）和焦页1井南东西向三维地震剖面（b）

2010年以来，鄂尔多斯东南缘、中上扬子等地区实施二维地震长度7 000km，在区域页岩气资源评价、井位选择及水平井轨迹设计等方面发挥了重要作用［12－13］。图6a和图6b分别为过焦页1井近东北向二维地震剖面和焦页1井南东西向三维地震剖面。2012年底涪陵地区应用二维地震资料确定的焦页1井（图6a）获得高产工业气流，测试产气56×104m3／d，气层为志留系龙马溪组，页岩厚度89m。初步地震资料解释认识为：该断背斜圈闭面积130km2，闭合高度700m，高点埋深3 500m，资源量342×108m3。为了更好地满足井位、水平井定向轨迹等设计要求，首次实施页岩气三维地震勘探，面积600km2，CDP面元20m×20m，覆盖次数144次，所获三维地震剖面见图6b。

2 中国石化陆上地震采集技术发展趋势

基于中国石化近5年陆上地震采集的基本数据进行分析，预期未来5年或更长时间有以下发展趋势：①年度采集工作量增加21%以上，二维长度27 000km，三维面积15 000km2，其中三维二次采集2 700km2（表6）；②观测系统总道数增加21%，达到5 400道以上，排列线数增加到25条以上，横纵比增大到0.60以上；而炮点密度、CDP面元基本保持不变，覆盖次数增加到229次以上（表7）；③激发与接收技术在保持当前水平的基础上有所发展，可控震源继续向大吨位、高性能、强机动性发展，多类型、多功能钻机的联合应用将进一步提高打井效率与质量，超道数仪器、数字单分量检波器、无线接收站等新设备将进一步发展。

地震新技术在一些领域将加大应用步伐：①数字单点接收技术继续发展，预期二维工作量将维持目前水平，而三维地震实施面积将逐步扩大，以较快步伐进入油气勘探与开发应用之中；②开发地震技术在多个富油凹陷逐步应用，覆盖次数密度一般在1×106次／km2以上，向勘探与开发一体化和油气开发动态监测管理的方向发展；③通过不断探索与深化研究，地震技术在非常规油气勘探中的适用性将不断增强，并随着非常规油气勘探进程的快速推进而得以普及应用，近年二维采集长度约2 000km／y，三维面积约600km2／y。

全方位高密度、超多道数接收仍是不变的地震采集技术发展方向，三维地震从发展历程、技术本身及油气勘探开发应用来看，可分为4个阶段（表8），采集道数的快速增长是其标志性特征。预期2020年后形成全方位高密度技术、超多道数固定排列采集技术，形成1次、2次及3次采集并存的格局，在陆相薄层、海相深层、开发监测等方面发挥出应有的效用。

表6 中国石化未来5年陆上地震采集工作量预测

表7 中国石化未来5年三维观测系统主要参数预测

表8 中国石化三维地震采集技术发展阶段预测

2.1 全方位采集技术

当前三维地震横纵比一般为0.33～0.50，今后横纵比将逐步达到1.00，则排列线数及总道数增加1～2倍，总道数10 000道，覆盖次数将增加1～2倍。全方位地震资料在压制干扰、偏移成像、岩性勘探中将发挥关键作用。

塔里木盆地顺南1井三维地震观测系统为20L6S256T160F，总道数5 120道，线数20条，接收点距与线距分别为50m，300m，激发点距与线距分别为50m，400m，横纵比0.45，CDP面元25m×25m，覆盖次数160次（16纵×10横）。要形成全方位资料，使横纵比达到1，则排列线数要增加为44条，总道数11 264道，覆盖次数352次（16纵×22横）。

2.2 全方位高密度采集技术

三维观测系统由中窄方位、中密度向全方位、高密度逐步发展，预期2020年后形成全方位高密度技术系列，总道数20×103～40×103道，CDP面元整倍缩小，而覆盖次数整倍增加，这种观测系统主要应用于富油凹陷三维地震二次采集或三次采集。

济阳坳陷永新三维地震观测系统为48L75S128T，总道数6 144道，接收道距与线距均为50m，炮点距与线距均为80m，横纵比0.37，最小面元5m×5m，覆盖次数24次（8×3）。地震后评估结论：小面元对横向分辨率有利，但由于对应的覆盖次数偏小，资料信噪比偏低，资料品质无法满足解释要求。要形成全方位高密度资料，使横纵比为1，则排列线数要增加为128条，总道数16 384道（128×128），形成最小面元5m×5m，覆盖次数64次（8×8），覆盖次数密度256×104次／km2。

2.3 超多道数固定排列采集技术

该技术当前已在国外沙漠区开始实施，其野外采集特点为：10万道以上检波器一次性埋置而不再搬家，超大面积勘探，仪器不间断接收，几十台可控震源按设计路线震动，全方位接收震源波场［14－15］。预期这种方法可以首先在我国西部戈壁沙漠地区试验，实施技术攻关的时机已经到来；2020年后开始生产应用到西部戈壁沙漠地区，再应用到富油凹陷三次采集，小油田可一次性完整采集。丰富的全方位、大偏移距资料更满足叠前偏移处理方法的要求，也更适应岩性、裂缝、深层勘探。

以鄂尔多斯盆地南部玉都三维为例，满覆盖面积1 000km2，观测系统参数见表9第1行数据。要设计成超多道数固定排列采集方式，则总道数为146 880道，覆盖次数大于158次。可控震源激发路线可以非均匀、更密集、更适宜野外移动，实现采集地震信息量最大化及采集效率最大化。

表9 超多道数固定排列采集三维观测系统示例

3 结束语

地震采集技术的发展与油气勘探发展阶段关系密切，二者相互依存与相互促进。中国石化当前的陆上地震采集装备和技术与能力比10年前有了实质性的进步与发展，能满足不同类型复杂地表及复杂地下地质条件的油气勘探需求。

二维地震仍是中国石化新区勘探首选的重要方法，当前实际工作量约占1／4，主要探求发现新的油气勘探目标；老区则采用高精度的三维地震方法或三维二次采集方法，目的是扩大可采油气储量和提高采收率。

三维观测系统是地震采集技术发展的最显著特征之一，预测今后采集技术将向超多道数的方向发展。根据中国石化的实际需求，预期未来陆上地震采集技术的发展大体可分为3步：①在2020年前完成全方位采集技术攻关和应用；②在2020年前、后观测系统向增加资料密度方向发展，逐步实现全方位高密度采集，富油凹陷实施三维三次全方位高密度采集；③在2020年后或更长时间将逐步应用超多道数固定排列采集技术。

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