三维复杂地表区井震联合地震采集技术在库车东探区的应用

王林林

(中国石化石油工程地球物理有限公司河南分公司，河南南阳 473132)

三维复杂地表区井震联合地震采集技术在库车东探区的应用

王林林

(中国石化石油工程地球物理有限公司河南分公司，河南南阳 473132)

针对库车东三维探区地震资料采集单炮能量差异大，信噪比不高，野外地震资料采集质量难以满足逆掩推覆构造解释的需要等难题，开展了地震采集技术攻关，研究出不同地表类型激发分区的界定方法；并通过论证、对比和系统试验，优选出各激发区的最佳激发参数以及井震衔接方式，形成了一套炸药震源与可控震源联合三维采集的技术方法。新采集的地震资料与以往地震资料相比，采集质量有了较大的提高。

库车东探区；复杂地表；激发分区；井炮与可控震源联合；三维地震采集

库车东三维探区位于库车坳陷南缘，在前震旦系结晶基底上局部发育了震旦系-寒武系以海相碳酸盐岩为主的沉积和中新生界陆相碎屑岩沉积，受多期构造运动的影响，区内地层沉积发育不全，并遭受多期剥蚀。自白垩纪开始，库车坳陷与塔北隆起连成一片，砂体十分发育。库车坳陷南缘构造带有油气发现，其中，秋里塔格构造带与前缘斜坡构造带的油气成果更为突出。但该区地下断裂发育、地层破碎、构造复杂，使得主要勘探目的层成像困难；同时由于南天山与亚肯山近地表成因不同，以及南天山冲击扇戈壁砾石巨厚，表层结构松散，地震波高频成分吸收和衰减严重[1]，使得单炮记录激发能量较弱，信噪比低，所获得的地震剖面难以满足精确地质综合研究的需要。为了提高该区地震资料的采集质量，从精细表层结构调查入手，建立激发分区模型，科学选择不同激发区震源类型和激发参数，以及井炮与可控震源炮的衔接方式，形成一套炸药震源与可控震源联合三维采集方法，为查清该区的地层分布特征和构造接触关系提供了可靠的资料。

1 地震采集技术

1.1 利用表层结构和地表特征，细划激发区

1.1.1 采用不同方法调查不同区段表层结构

针对低降速带巨厚的砾石区，采用长排列小折射和超深微测井相结合方式调查表层结构，长排列小折射采用48道409 m接收，通过加长排列长度和增加空间采样点来提高表层调查精度，同时以此指导深井微测井进行精细表层调查，而超深微测井调查深度设计为80 m，以便更加合理地解剖该区表层结构；而在山体区则采用常规微测井和MVSP微测井相结合方法进行表层结构调查，激发方式是地面锤击组合，多次激发，偏移距2 m，接收方式则采用井口固定摆放一个检波器，另一个检波器以一定距离在井中移动，每个停驻点通过精确测量来完成。

1.1.2 根据表层调查成果划分激发边界

根据不同调查方法获得的表层调查成果数据，绘制出高速层顶界面厚度图，并以测量高程为依据进行地表类型分区，沿每条炮线方向划分出山体区和砾石区的边界，这时的边界呈现不规则形状，边界部位采用井炮或震源激发还不能完全确定，因为可控震源激发时必须考虑到震源点尽可能平坦，使之与震源重锤间具有较大的接触面，以获得更加有效的激发能量。

1.1.3 通过拟合激发井深指导激发分区,确定井炮与震源炮施工范围

根据表层调查成果，结合该区以往的激发参数，选取在高速层顶界面以下5 m设计激发井深，由于亚肯山以北砾石区高速层一般有两个，需选择在第二个高速层(速度在2 100 m/s)进行，然后根据设计出的各束线井深设计，按照由南往北，由浅到深的顺序，以4 m为单位排序，得出不同的激发深度；由于亚肯山以北砾石区设计出的井深明显高于其他区域，一般在60～90 m，且随着地表高程的增大，激发井深加大，可以据此确定北部砾石区可控震源施工范围。施工中为了提高震源震动能量，采用多台组合激发，实际震源施工范围同时参考地表变化。

1.2 选用不同激发方式，提高地震激发效果

1.2.1 亚肯山区激发参数选取[2]

根据该区表层地震地质条件，从满足提高勘探精度的需要，井深选择在高速层顶界面以下3～7 m激发，由于考虑到虚反射对激发地震波的影响，对亚肯山区进行了激发井深对比试验，图1为高速层顶界面以下不同深度激发的原始单炮记录，从对比记录上可以看出该区采用高速层顶界面以下5 m激发效果较好。

图1 亚肯山区不同深度对比原始单炮

药量选择必须保证激发时尽量避开或击穿具有强烈吸收衰减作用的低降速风化层，确保各主要目的层反射资料的能量与信噪比。参考该区以及邻区以往采用的激发药量，一般在14～23 kg，从获得的单炮记录情况看，药量越大能量越强，同向轴连续性越好，资料的信噪比越高。为此，亚肯地面背斜山体区药量试验采用22～28 kg，以确定大药量对单炮记录的影响效果，并优选合理的药量参数。图2为亚肯山体区激发药量单炮记录，可以看出药量24 kg、26 kg对应的单炮同向轴连续性较好。由于较宽的频带对于深层地震资料采集有较大的贡献，为此亚肯山区激发药量选择为26 kg。

1.2.2 南天山区激发参数选取

从大量的低降速带调查结果与地震激发效果的对比中发现，最终决定该区激发效果好坏的是围岩传播地震波的速度，即激发围岩的速度大小是获得较好激发效果的关键。

南天山大部分地势较高的部位潜水面都较深，且浅表岩性的风化程度随深度增加是渐变的。在实际施工能够钻达的深度一般为30 m，当打井达不到潜水面时，井越深，激发围岩速度越高，激发效果越好。对于山间低洼处潜水面较浅，而且低速盖层较薄，弱风化基岩埋藏也较浅，激发井深无需太大就能获得较好的记录。所以井深一般选在18～20 m，而且可以避开因虚反射的影响而降低资料品质。

为了确保主要目的层的地震波反射主频,拓宽有效波频带,提高纵向分辨率,以获取高信噪比地震资料，突出有效反射,得到复杂构造信息的目的，南天山区打井深度20 m、单井药量采用24 kg。

1.2.3 北部巨厚砾石区激发参数选取

为了深入剖析北部巨厚砾石区的表层和地下结构，以便获得该区域合理的激发参数，搜集到该区的库1井探井资料，该井位于北部巨厚砾石区，表层砾石层厚度达1 000 m左右。表层巨厚的砾石层对地震波能量衰减严重，尤其对高频成分的损失多，降低了资料的分辨率。而库1井钻探表明气藏具有多套含气层叠置、单层厚度薄的特点，同时深部目的层小断裂发育，需通过储层横向预测提高地震资料的分辨率。

就激发条件而言，若采用井炮激发，一方面需尽可能钻穿砾石层取得好的激发岩性，另一方面，需采用较大的药量激发，且炸药的能量要尽可能的集中下传，这对于在巨厚松散的砾石层采用井炮激发条件是不具备的。可是，采用大吨位可控震源激发就可以加强地震波下传能量，提高主要目的层特别是深层资料的信噪比，因为可控震源激发具有以下三方面的优势：①利用可控震源垂直叠加效应来压制干扰，特别是高频随机干扰；②可控震源方向性强，有利于提高下传能量；③可控震源激发频带具有可调性。

为了获得理想的激发效果，需要对可控震源参数进行详细的对比试验，以确定合适的可控震源参数。对于震动台次而言，根据邻区近年来采用的可控震源参数可知，一般采用6次 6(或8)台和8台 2(或4、6)次震动参数即可获得较大的能量；对于扫描长度而言，可控震源扫描长度决定了激发能量，与炸药震源的炸药量相当。原则上，扫描长度越长激发能量越强，可是由于受施工效率和存储器容量限制，扫描长度需要一定的限制，为获得本区较好的扫描长度参数，进行了10、12、14、16、18 s的不同扫描长度对比试验。对于最深目的层而言，该区域的扫描长度宜在14 s以上；对于扫描频率而言，扫描频率来源于起始频率和终了频率，即频带宽度，决定了分辨率。对于深层地震勘探，拓宽频带宽度很重要，并且扩展频带宽度时，低频端比高频端效果大。但是，由于受机械响应限制，下限一般为6 Hz，超过下限工作时，需采取振幅限制措施。对于终了频率主要根据勘探频率上限确定。本区主要目的层为中新生界，应重点提高反射波的信噪比和分辨率[3]，做到反射层次齐全，接触关系、尖灭点清楚，反射特征明显。结合邻区三维地震资料处理结果，使本区主要目的层(古近系、白垩系、侏罗系)主频达到40～45 Hz，频宽10～70 Hz，力争分辨大于20 m厚的储层和垂直断距≥15 m的断裂，为该区圈闭落实，岩性解释对比，提供可靠基础资料。为此，终了频率设定在72 Hz。由于该区表层结构异常复杂,为获得较好的扫描频率参数，进行了6～56 Hz、6～64 Hz、6～72 Hz、6～80 Hz；8～72 Hz、10～72 Hz不同段的扫描频率对比试验。根据试验得出，采用8～72 Hz的扫描频率参数，记录主频较高，频带也比较宽。

1.3 砾石区与山体衔接处最佳激发参数的选取

为了便于解释的偏移数据体反射波振幅、相位、频率、波形一致，不但要做到反射波组起伏形态保真，而且要尽可能做好相对振幅保真处理，为岩性反演和储层预测提供可靠的基础数据。为此，在地震资料采集时，要尽可能获得频率一致的地震子波。同时，北部砾石区与山体衔接处表层结构更加复杂，既不同于单一的山体区，也不同于戈壁砾石区，同一激发点最佳井炮激发参数与最佳震源参数对比，就是为了验证衔接处的最佳激发参数。图3为北部巨厚砾石区最佳单深井激发参数(86 m,26 kg)，图4为可控震源最佳激发参数8台6次1秒的对比显示，从中可以看出，两者存在一定差别。主要表现在该区表层被砾石所覆盖，对激发能量产生强烈的衰减、吸收作用，同时产生强烈的源致干扰和散射干扰，降低了资料品质；可控震源单炮资料显示，原始单炮记录有效波组信息较弱，但分频扫描显示，深层波组信息丰富、信噪比高、频带较宽。由于表层结构的变化边界与地表边界往往不一致，使衔接处震源类型的选用有一定难度，通过借鉴邻区以往施工经验，并结合该区试验资料和冲积扇区表层结构特征，得出衔接处尽可能采用可控震源激发，并采用试验得出的激发参数。

图3 巨厚砾石区采用井炮最佳试验因素记录

图4 巨厚砾石区采用可控震源最佳试验因素记录

1.4 井炮和可控震源炮联合采集方法

南天山地表覆盖着较薄的第四系砾石，砾石比较松散。在南天山山体北麓，砾石区相对高差在20～400 m，南北宽度在15～25 km，砾石粒度较大，冲沟密布呈树冠状，导致该区地表起伏较大；在南天山南麓，砾石区南北宽度在0.5～2 km，相对高差在20～50 m不等，砾石粒度较小，覆盖在山体表面，向南延伸形成冲积扇、戈壁滩；在亚肯背斜北翼，砾石山较低，且相对平缓，南北宽度在1～3 km，砾石粒度较小，覆盖在背斜表面，厚度在1～30 m，向北延伸形成戈壁滩。所以该区域的表层地震地质条件相当复杂。

该区共发育六大冲积扇，自北向南冲积扇厚度由厚变薄(库1井钻井揭示，第四系未胶结成岩厚度为970 m)。六大冲积扇平面上相互交叉、剖面上相互叠置，同一扇体不同部位、相互叠置的扇体之间砾石砾径大小不同、砾石之间松散沉积物含量不同，可见，该区域地貌异常复杂。

井炮与可控震源的施工范围，是根据表层结构和地貌特征进行划分，确定各线束井炮和震源炮位置的。一方面，由于地表的原因，要获得比较好的震源施工地段，需要选择比较平坦的位置；另一方面，由于表层地震地质条件的原因，可控震源激发后获得的单炮记录可能由于频率过低，难以获得与南天山和亚肯山区一致性较好的地震记录[4]，给后期资料处理中子波整形处理带来困难，为此，对于两山体区与砾石区衔接部位资料、冲沟部位以及表层风化严重的地段炮井采集后，进行可控震源重复采集，便于为多次垂直叠加资料处理提供丰富的采集信息，以提高资料信噪比。

北部砾石区与南天山交界段，表层结构复杂异常，部分地段单一激发方式难以获得较高信噪比单炮资料，为提高叠加剖面信噪比，采用多次垂直叠加方法，重叠部分井炮和可控震源炮。

2 应用效果

2007年库车坳陷天山南区块库车东三维地震勘探资料采集项目中,工区地形呈北高南低趋势，区内海拔在900～1 600 m，南北相对高差较大，且地表类型多变，岩性复杂，由北往南地表依次分布有南天山山体区，山前冲积扇戈壁砾石区、亚肯地表背斜山，南部为盐碱地和农田。总体表现为南天山山前戈壁斜坡地貌形态，具有明显的南北分带特征。

在进行激发分区精细划分之前，亚肯山与南天山归于同一激发区，可是由于两山(亚肯山、南天山)之间形成机理不同，表层激发条件差别很大，激发分区粗略，难以保证获得合适的激发参数；而且激发手段单一，全部采用井炮激发,对于低降速层巨厚的南天山冲积扇砾石区，钻井无法保证在高速层中激发，致使下传能量微弱，难以获得较强的地震反射信号。激发分区细分后，经研究分析和试验得出南天山区采用固定井深、亚肯山区采用逐点设计井深，南天山冲积扇砾石区采用可控震源激发，使得不同激发区单炮记录能量强，主要目的层反射信息丰富。

2007年库车东三维地震勘探资料采集项目，第48～94束共47束三维地震测线，以往资料显示(图5)石炭系以上地层反射波组连续性稍差，层间信息少、分辨率低，地层接触关系不太清楚、断层断点不清；石炭系以下地层由于埋深大，反射波能量吸收衰减明显，反射波振幅变弱，尤其是北部砾石区反射能量弱，波组零乱、资料较差，并且不同地表条件下剖面品质差异大，不能很好满足复杂构造解释要求；通过细划激发分区，获得以试验为基础的各分区最佳激发参数，并通过实施井炮与可控震源联合采集，使得新采集到的地震剖面整体面貌自然清晰(图6)，目的层信噪比高；浅中深目的层齐全，分辨率较高，中北部逆掩推覆构造带空间展布清楚。新采集资料从南往北信噪比、分辨率明显提高，能够较好满足岩性解释对比需要，也为非构造圈闭的进一步研究提供了比较准确的数据资料。

图5 以往2002NW455线二维地震剖面

图6 库东三维新采集第56束三维地震剖面

3 结论与认识

(1)戈壁巨厚砾石区激发和接收条件较差，采用大吨位可控震源激发，可以较大幅度提高资料品质，并在一定程度上提高了施工效率。

(2)将复杂的地表进行激发区细分，优选出分区激发参数和激发方式，并做好过渡带的资料采集衔接，可以将复杂的问题简单化，较大幅度地提高采集资料品质。

(3)对于同一工区的不同激发分区，既要考虑同一激发区内采集参数的适宜性，又要考虑不同激发区之间地震子波的一致性，以便获得较好的地震资料，更好地为后续资料处理服务。

(4)地震勘探要获得好的地震资料，在采用合适观测系统的前提下，保证较好的激发效果相当重要，建议以后在完成复杂地表区域地震勘探采集作业前，认真加强不同地表类型与不同激发方式的适应性研究，以不断提高采集质量和施工效率。

(5)可控震源施工具有能量下传集中、激发频带较宽，且具备高环保、低消耗、低风险特点，建议在沙漠区施工中采用可控震源激发。

[1] 阎世信．山地地球物理勘探技术[M]．北京：石油工业出版社，2000：58-72.

[2] 陆基孟．地震勘探原理[M]．山东东营：石油大学出版社，1996:79-97.

[3] 陆克政．石油物探地质基础[M]．山东东营：石油大学出版社，2002:50-78.

[4] 陈贞文，胡啸.巴楚隆起罗斯塔格山体区地震激发技术方法研究[J].石油地质与工程，2009，28(4)：29-30.

编辑：刘洪树

1673-8217(2015)06-0067-05

2015-07-29

王林林，工程师，1981年生，2006年毕业于河南理工大学电子信息工程专业，现从事物探采集技术研究工作。

P631.422

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