多分量转换波技术在常规三维地震采集中的应用——以永太三维为例

梁军辉，刘远志,刘 胜，雷 扬,梁正洪,张志锋

（中石化石油工程地球物理有限公司西南分公司，四川德阳618000）

·石油与钻掘工程·

多分量转换波技术在常规三维地震采集中的应用
——以永太三维为例

梁军辉*，刘远志,刘 胜，雷 扬,梁正洪,张志锋

（中石化石油工程地球物理有限公司西南分公司，四川德阳618000）

由于多分量勘探能够获得反映介质各向异性的C波及流体性质的P波资料，兼备了P波和S波勘探的优势，因此随着多波多分量技术的发展，转换波勘探技术在油气勘探中逐渐得到推广应用。然而，三维三分量地震勘探相对于常规三维地震勘探，其成本仍然很高。为此，提出了把多分量转换波技术用于常规的三维地震勘探。通过对前期资料认真分析，和对地球物理参数充分论证的基础上，设计出满足地质任务需求的合理观测系统。通过对激发参数的优化，确定不同条件下的接收因素，采用多分量转换波技术，野外采集获得了成功，并取得了高质量的原始地震资料。单炮原始记录信噪比和分辨率都很高，Z分量和R分量叠加剖面波组特征清楚，同相轴连续，反射信息丰富,具有非常好的构造形态一致性，为类似地区多分量转换波技术推广应用积累了宝贵的经验。

多分量转换波；采集；观测系统；数字检波器；信噪比

多年的研究表明，川西地区的陆相沉积环境形成了较好的生油气层系，砂岩除浅层次生气藏外，以孔隙—裂缝、裂缝—孔隙型为主要储集层类型，产层基质孔隙度仅4%左右，有的不到2%，常规纵波地震资料难以解决构造内对天然气成藏起重要作用的断裂展布和构造变化细节问题，以及致密、低孔渗非常规储层的非均质性预测问题[1]。要解决这些复杂的勘探问题，就地震勘探技术而言，仅仅依靠单一纵波的常规三维地震已显出明显的局限性[2]。

多波地震勘探技术是进行岩性油气藏和隐蔽油气藏勘探的一种有效的技术方法。利用多波的运动学和动力学特征，以及纵、横波之间的时差比、频率、相位、振幅比、速度就可以对储层展布、储集参数分布特征、裂缝发育程度及方位、含气性及流体性质等进行全面的刻划[3]，进行储层预测时，尽量消除单一纵波的多解性，提高复杂油气藏勘探开发效益。

基于微机电系统(micro-electronic-mechanicalsystem简称MEMS)技术的多分量全数字地震仪的迅速发展和采集方法技术的改进，三维转换波勘探的成本大幅降低，多波技术在岩性勘探、裂隙检测、流体识别等方面获得成功而备受关注[4]。

在转换波3D3C勘探中，其采集参数论证及观测系统设计是转换波勘探的关键环节，然而理想的3D3C观测系统的勘探成本较高。由于多波多分量地震勘探可以获得比单一纵波勘探多得多的信息量（包括多波多分量的走时、振幅、波场特性、速度场以及它们之间的时差、振幅比、纵横波速度比、泊松比、品质因子、各向异性信息、横波分裂等），纵、横波联合对岩性变化、裂缝及流体性质预测等研究较之单纯纵波具有明显优势，可以最大限度地消除气藏预测的非唯一性[5-9]。因此，根据多分量转换波勘探这种优势，同时，也为了提高采集设备的利用效率，提出了把多分量转换波技术应用于常规三维地震勘探，结果在德阳永太三维地震勘探中取得了很好的应用效果。

1 转换波地震地质条件概况

根据转化波勘探的理论，转换波应遵循斯奈尔定律，其传播路径如图1所示：

规律是转换点随深度而变化，转换点c偏向接收点一边，斯奈尔定律决定在同一介质中，横波速度总是小于纵波速度，转换波的出射角总是小于入射角的，出射路径总是小于入射路径的[3]。

图1 转换波传播路径示意图

因此转换波勘探的首要条件是存在转换界面，其次才是转换波的采集质量。因此要进行多分量转换波勘探，必须要解决的问题是：是否存在足够强的转换界面；三分量检波器对该区转换波的接收能力，因为即使工区存在较强的转换界面，发育较好的转换波，也有可能因为数字三分量检波器单点接收而导致资料信噪比低，最终无法得到高质量的转换波资料[6]；由于采取纵波和转换波采集，要有比较强的激发能量，以便于转换波成像能力。

德阳永太三维工区位于川西地区，地形由龙泉山山脉深丘区向浅丘区过渡，区域构造位于川西坳陷东斜坡构造带上。地表岩性出露主要为侏罗系、白垩系砂岩和砂、泥岩互层，出露地层平缓。工区激发岩性分布较为简单，根据踏勘和收集的资料来看，主要以白垩系砂岩、泥岩和砂泥岩互层为主，激发条件较好；有零星疏松砂岩出露，厚度不等，位于该工区的河滩附近出露卵石、流沙，激发条件相对较差。根据前期少量的勘探成果来看，工区内地震地质条件较好，地层发育较完整，地腹构造较为平缓，龙泉山区断裂较发育；总体上构造比较简单，沉积较稳定，构造保存条件较好，存在良好的物性界面；从浅至深有多个良好的波阻抗反射界面，可获得侏罗系的蓬莱镇组、沙溪庙组、千佛崖组和三叠系上统的须家河组、马鞍塘组等多套地层的地震反射波组。根据邻区3D3C的勘探成果分析，该地区地震信号具有高信噪比和高分辨的特征，同时具有很好的转换波界面，单点三分量数字检波器接收的转换波成像能力较强[10]。

2 资料采集技术方法

地震资料质量的好坏,特别是相对于多分量转换波，很大程度上取决于地震波的激发、接收以及观测方式等各个环节的合理性和适应性。

2.1 观测系统设计

纯粹的多分量转换波观测系统首先保证纵波的成像效果，然后才是尽可能地采集到相对较高信噪比的转换波，既要保证纵波覆盖次数均匀，也要保证转换波覆盖次数分布均匀[6]。而本次常规三维勘探则主要是在高信噪比的地区提高地震资料的分辨率，其次才考虑转换波勘探。

根据本次地质任务：以沙溪庙组为勘探主要目的层，兼顾蓬莱镇组、须家河组、雷口坡组。查清各主要反射层的局部构造形态、空间展布及变化，落实断层性质、规模、延伸方向及长度等要素[11]，查明与周边构造的关系，确认知其岩性复合圈闭，发现新的勘探目标。并结合该区地球物理特征,基于多分量转换波常规地震采集观测系统设计，采用基于地质模型的目标地震采集设计技术，利用目的层的地球物理参数对主要目的层段的进行论证[12],以达到在有效偏移距内提高主要目的层的覆盖次数的目的，从而增强有效地震信号,提高勘探的分辨率和信噪比，从而获得理想的纵波和转换波资料[13-16]。

构造勘探通常情况下采用滚动一半的接收线，而对针对岩性勘探，则应考虑适当减小横向滚动距离，增加重复接收线数量，改善静校正耦合，减小采集痕迹，提高观测系统面元内的覆盖次数和炮检距分布的均匀性。

充分借鉴本区二维和邻区三维勘探经验，在采集参数论证的基础上，三维观测系统必须满足地质任务要求；重点分析三维观测系统面元属性（覆盖次数、炮检距、方位角等的分布均匀性），面元属性均匀性好坏对后续资料处理（如速度分析、静校正等）至关重要；通过设计，对比、优选出能完成地质任务、成本优化的三维观测系统。

由于该区地形起伏不大，地下构造不太复杂，宜采用束状集中式观测系统。根据实际资料分析及参数论证结论，采用12L3S(106+62)T1R84F观测系统(表1)。通过对观测系统的属性分析，认为该观测系统能够完成地质任务勘探要求。

2.2 激发参数

表1 观测系统排列片参数表

要提高资料品质，特别是要兼顾转换波的情况下，地震波的激发是一项关键技术[5]。结合工区地震条件，借鉴项目周边常规三维和3D3C成功经验和试验资料情况可以得出，努力提高资料分辨率和转换波的激发因素试验确定了激发因素。

激发药型：采用铵锑高密度震源药柱进行激发。

原则上采取单井激发。根据砂泥岩及第四系覆盖区域不同的地形、激发岩性、含水性等综合考虑，激发井深为18～20m，激发药量为8～14kg；对疏松砂岩区域，尽可能打穿疏松砂岩在砂泥岩中激发，对于不能打穿的较厚疏松砂岩，激发井深20m，激发药量16～18kg。

2.3 接收因素

采用SVSM三分量数字检波器单点接收。SVSM数字检波器的水平X分量方向必须对准线束inline方向，并指向大号，方位角为90°，误差不大于1°（考虑磁偏角的影响，野外施工时对准的角度为91.5°）。SVSM数字检波器埋置做到“平、稳、正、直、紧、准”，确保检波器的矢量保真度。SVSM数字检波器要求开孔埋置，在以测量点位标记为圆心，0.5m为半径的圆内开孔埋置，并保护好测量点位标识。

针对不同的地表条件，采取相应的技术措施埋置检波器。河滩卵石覆盖区检波器较难埋置，接收效果变差，其埋置技术是，先在卵石中挖深为25cm(长)× 25cm(宽)×40cm(深)坑，填入泥土夯实，开孔，再将检波器插人孔内埋紧；城镇、公路等水泥地面采用“贴泥饼”的方法埋置检波器，即将粘土在水泥地面上做成泥饼并紧贴地面，开孔，再将检波器插人泥饼中进行埋置；其他地方则按单点数字检波器一般方法埋置。

3 应用效果

由于本次是常规的三维地震勘探，但却采用多分量转换波技术，并在资料采集的过程中注重了各环节的技术措施，因此，从实际的采集效果来看，原始资料纵波信噪比及分辨率均较高，同时取得了很好的转换波资料。

3.1 单炮分析

本次采集与原二维采集的同一点单炮记录对比，可以看出，原二维单炮记录和本次采集单炮记录信噪比都较高，有效波连续性较好，但二维记录干扰波相对发育，三维资料品质明显优于原二维（图2）。对单炮进行分频扫描分析，由分频扫描记录可以看到，主频较高，频宽较宽，大部分激发主频达到70Hz；

图2 典型单炮对比

本次勘探采集到的典型单炮记录的不同分量分析来看，除Z分量反射信息丰富，反射连续性好，信噪比和分辨率都较高外，也取得了理想的转换波资料，且X或R分量信噪比较高（图3）。

3.2 剖面分析

从现场监控处理叠加剖面来看（图4a），数字检波器Z分量主要勘探目的层信噪比较高，连续性较好，波组特征清晰，较之以往资料,资料品质明显改善,能够完成地质任务。

转换波叠加R分量剖面的目的层连续性较好（图4b），波组特征清晰，与邻区相比，信噪比较高也较高，为后续多波处理和解释提供了较高品质的转换波数据体．

本次采集资料品质好，信噪比高、连续性好，波组特征清楚，波场完整；由浅至深须家河组、雷口坡组、嘉陵江组、上二叠系、下二叠系以及志留系等反射层反射品质好，大安寨、自流井组、须家河组、雷口坡组各主要目的层反射信息丰富，能量强，连续性好、信噪比高，能有效追踪对比；地层展布特征、断裂接触关系清楚，为后续精细处理、解释提供了可靠纵波和转换波资料。

图3 典型多波单炮记录

图4 现场叠加剖面

4 结论

由于转换波地震勘探技术还是比较新的技术，专门针对转换波地震勘探的成本还比较高，采用常规三维方式的转换波采集技术，有利于加快多分量转换波勘探技术的推广应用。通过多分量转换波技术在常规三维地震采集中的成功应用，获得以下几点认识：

（1）采用合理的采集参数和适宜的观测系统，应用多分量单点数字检波器可以获得高信噪比、高分辨率的纵波原始资料，完成常规勘探的地质任务。

（2）在具有信噪比较高且较强的转换界面，应用常规地震勘探，同样可以获得高质量的转换波资料，为在该地区做多波应用研究取得了可靠的基础资料。

（3）多分量转换波技术在常规三维地震采集中的成功应用，为SVSM三分量数字检波器单点推广应用开辟了新的应用方向。

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Application of Multi-component Converted-wave Based on General 3D Seismic Acquisition——An Example of 3D Exploration in Yongtai

LIANG Jun-hui，LIU Yuan-zhi,LIU Sheng,LEI Yang, LIANG Zheng-hong,ZHANG Zhi-feng
(SINOPEC Geophysical Corporation Xinan Branch，Deyang Sichuan 618000，China)

By virtue of 3C3D seismic prospecting can acquire converted wave(which can describe rock frame and anisotropic features)and compressed wave(which can describe rock frame and fluid features)simultaneously,it has the both advantages of P-wave and C-wave，along with quickly developing of the digital multi-component digital seismic instrument and continuously improving of the seismic data acquisition method,the cost of multicomponent converted-wave exploration is greatly reduced,and 3D3C technique is gradually applied in oil and gas exploration. Then,the cost of 3D3C exploration is still more than general 3D exploration.So,we put forward one way that multi-component converted-wave technique is applied in general 3D seismic exploration.Acquisition method in 3D3C seismic exploration is very important.By analyzing the data that was obtained before and argumentation based on the geophysical parameters,we designed reasonable geometry system that could be fit for geological task requirement.By means of optimization of the shooting parameters and confirming a variety of conditions receiving factor,we achieved howling success in field acquisition.And we obtained first-rate raw seismic data.The signal to noise and resolution of raw single shots are both good.And the acquired data have clear and continuous events and abundant reflection information.Therefore,there are clear reflection imaging,obvious reflection characteristics for the target and good consistency in structure form for both the Z section and the R.For application and popularization of the multi-waves we accumulated valuable experience.

multi-component converted-wave;acquisition;geometry;digital geophone

P631.4

B

1004-5716(2015)12-0013-05

2014-12-29

2015-01-08

中石化重点研究项目“多波应用技术推广研究”（GJ-118-0830）资助。

梁军辉（1981-），男（汉族），四川蓬溪人，工程师，现从事地震采集研究工作。