宁夏ZW 地区地震勘探激发技术研究

张志林 江 峰 杨德宽 何京国 赵献立

(中石化石油工程地球物理有限公司胜利分公司 山东 东营 257100)

0 引 言

激发是地震勘探的重要环节，尤其在纵横向地震地质条件变化大的区域，激发效果的好坏直接关系到该区勘探的成败［1，2］。

随着胜利油田西部探区勘探的不断开展，ZW 地区的地震勘探也逐步开始走向深入，复杂的地表及地下地质条件决定了该区对地震采集技术将越来越高。ZW 工区地表涉及沙漠、戈壁砾石、丘陵、山地、平原、黄河、银川城区等多种类型;近地表低降速带厚度、速度、岩性纵横向变化大;地下贺兰山褶皱带构造复杂，地层破碎，断裂发育。地表、近地表以及地下的三层复杂性导致了该区激发问题尤为突出，通过对该区激发技术进行研究，总结其提高激发效果的规律［3、4］，在实践中取得了良好的效果。

1 地震地质条件

1.1 表层地震地质条件

工区地表条件复杂，地形变化较大，分布有山区、戈壁丘陵、沙漠、冲积平原等各种地形。其中，山区约占工区面积的43.8%，戈壁丘陵区约占工区面积的28.1%，沙漠约占工区面积的6.2%，冲积平原约占工区面积的21.9%。

工区出露岩性多而杂，主要为砂岩、页岩和砾石;低降速带厚度、速度变化剧烈，近地表厚度在3 m ～80 m 之间，速度在1 800 m/s ～4 500 m/s 之间，大多数区域激发条件较差。

1.2 深层地震地质条件

该区主要发育石炭-二叠系、三叠系、侏罗系地层。构造复杂，地层破碎，断裂系统发育。

2 激发难点

2.1 激发因素选取困难

ZW 地区近地表类型多变性，造成了激发因素如炸药类型、药量、激发方式等选取难。

2.2 复杂地下地质构造对激发技术要求高

在工区构造突变以及构造破碎带等复杂构造引起的低信噪比地区，常规激发因素无法保证地震资料品质，需要根据工区地震地质条件优化激发点位置及激发方式。

2.3 地表岩性的多变性造成钻井成井难

黄河滩内大部分地区表层浮土1 m ～2 m 厚，下部为冲积砾石，无法钻井;戈壁丘陵地区砾石层分布广泛，成井困难;山区老地层出露，钻井时间长，大部分钻井设备需要人抬肩扛进入，严重影响钻井时效;农田区大部分位置上土下砾，影响钻井时效。

综合以上的难点分析，ZW 地区由于横向地表条件变化及纵向的地下地质条件变化，产生了一系列地震采集中面临的问题，对地震资料品质造成了严重的影响，必须针对该区进行地震采集激发技术研究加以解决，确保激发技术的全面落实，确保资料品质。

3 激发技术研究

3.1 主要激发介质与激发效果综合评价

从激发岩性分类看，ZW 地区主要有六种激发岩性，分别为平原粘土区、平原粘土和细小砾石混合区、贺兰山北部致密砂岩区、沙漠区、贺兰山南部页岩和砾石混合区以及山前砾石区。

平原粘土区(农田区)及致密砂岩(贺兰山北部)区均为单相介质，冲击波与爆生气体作用等效，应力波各向相等，波前叠加，激发效果好。

平原粘土和细小砾石混合区为双相介质，冲击波与爆生气体作用具有一定的抵消作用，应力波各向强弱有一定的差异，波前叠加性稍差，激发效果中等，黄河边局部地区表层由于含有大量细砂，成井难。

沙漠区为双相介质，冲击波与爆生气体作用具有一定的抵消作用，应力波各向强弱有一定的差异，波前叠加性稍差，激发效果中等，局部低降速带厚度较厚的沙漠区激发条件较差。

页岩和砾石(贺兰山南部)均为双相介质，冲击波与爆生气体作用具有较大的抵消作用，激发应力波各向强弱差异较大，波前干涉较大，激发效果较差。

山前砾石区也为双相介质，冲击波与爆生气体作用具有很强的抵消作用，激发应力波各向强弱差异大，波前干涉严重，激发效果差。

3.2 炸药类型选择

高爆速炸药激发地震子波主频较高，低频能量弱子波稳定性好;低爆速炸药激发地震子波低频能量较强，子波稳定性差;本次勘探主要落实该区基本构造形态，同时该区噪音干扰强，近地表吸收衰减严重，主要以保护低频信息，提高信噪比为主，爆速过高对本区勘探不利;工区围岩介质变化大，爆速过低，激发因素发生改变时，子波稳定性差。ZW 地区分别根据山地、平原、山前带三种不同的地表类型进行了不同药型的对比分析，如图1 所示。野外实际采用的高爆速炸药密度为1.4 ㎏/m3左右(见表1)、速度大于5 500 m/s;中爆速炸药密度在1.2 kg/m3～1.4 kg/m3之间、爆速在4 500 m/s ～5 500 m/s 之间;低爆速炸药密度为1. 2 kg/m3左右、爆速在3 500 m/s ～4 500 m/s 之间;炸药成分都为TNT 炸药。

表1 ZW 地区二维不同爆速炸药对比表

图1 不同爆速激发的频率与能量关系图

从高、中、低三种不同爆速炸药对比分析看，中爆速能量强，单炮整体信噪比稍高，从主要频段分频扫描可以看出，中爆速激发单炮目标层同相轴连续性好，有效信息比较明显，从800 ms ～1 200 ms 、1 800 ms ～2 200 ms、2 800 ms ～3 200 ms 三种时窗能量和信噪比的定量分析可以看出中爆速整体能量强，各个频率段信噪比较高。从三种药型激发子波相关性也可以看出中爆速炸药激发子波相关性相对其它两种较好。山地及山前带的药型试验结论与平原区一致，综合分析ZW 地区药型采用中爆速炸药激发效果较好。

3.3 激发药量选择

激发子波的振幅A 随Q 的增大而增加，即A =cQ1/3。激发子波的频率与药量Q 的立方根成反比，即F= cQ-1/3，F 随Q 的增大而减少，如图2 所示。

A:大药量的激发，子波波形变宽，小药量激发，子波波形窄，有利于提高分辨率。

B:信号的幅值随药量的增加而增加，低频成分增加的快，高频成分增加的慢，峰值频率随药量的增加向低频靠近，如图3 所示。

图2 子波频率与振幅关系图

图3 频率与药量关系图

ZW 地区勘探主要以保护低频信息，提高信噪比为主，为确保激发药量选取的准确性，沙漠和山前带能量损失快，目标层能量较弱，因此重点对这两种地表进行了详细的分析。

针对ZW2013 -3 测线西部穿越沙漠区，低降速带厚度较厚，进行了不同药量的对比试验。从中可知，总药量21 kg 与20 kg 单炮主要目的层连续性较好;从能量、信噪比及子波分析上看，21 kg 单炮子波一致性较好，能量较强，信噪比较高。20 Hz ～40 Hz 浅中深目标层反射特征清楚，现场处理叠加剖面浅中深层信息丰富，特别是2 200 ms 处，地层展布特征明显。

针对ZW2013 -4 -2 测线西部低降速带厚度较厚的沙漠区和东部山前带巨厚砾石区，根据理论分析和试验情况，药量分别从14 kg 增大到22 kg 和28 kg，有效地提高了地震资料品质。

3.4 激发位置选择

ZW 工区近地表由于没有稳定的潜水面和虚反射界面，且纵横向激发岩性变化大，该区激发位置(激发点位、激发深度、激发岩性)的选取主要依赖于合适的激发岩性，同时考虑地下构造形态。在激发岩性选取上，通过详细踏勘工区，了解工区地形分布，综合野外实际调查结果和室内子波分析确定最佳激发点位。在近地表调查和解释方面，利用测量成果和表层调查的波形特征进行解释，提高表层资料解释的准确性;根据表层结构调查数据建立模型，并利用软件在室内进行不同激发岩性的模拟及激发子波的分析，进行针对性的逐点井深设计，以指导野外钻井激发岩性选取，这是确定该区最佳激发岩性行之有效的方法。

考虑工区地下构造，对激发位置的影响较大，通过建立典型地质模型进行激发效果模拟，与实际资料结合来优选最佳激发位置。针对ZW2013 -3 测线东部穿越复杂构造带，由于该区地下地质条件突变，大倾角高速层造成西部排列接收不了来自东边炮点下倾方向地震波的有效信号，从而导致该区域单炮资料品质突然变差，部分单炮1/4 排列完全见不到有效信息和直达波。根据野外实际情况，结合处理和解释专家进行复杂构造室内模型实时监控，通过逐点踏勘优选复杂构造区激发点位置，有效提高了剖面品质，如图4 所示。

3.5 激发方式选择

为了增加下传能量，又不降低频率，最好的解决方案为采用组合方式激发，可分为水平组合和垂向组合两种方式。由于工区横向岩性变化大，人为控制垂直延迟叠加震源各个炸药包的起爆时间难度大，难以实现波前同相叠加。为了尽量克服炸药周围介质的不均匀性，井径不宜太大。

图4 ZW2013-3 东部穿越复杂构造带模拟单炮及实际单炮对比

单井激发能量最强，次生干扰也最强，沿层面激发信噪比最高，水平面激发信噪比次之。

多井激发必须保证单井有合适药量，如果单井药量太小则不能发挥其优势。

对于组合基距，单井激发能量最强，组合井距增大信噪比提高，频带变窄，在以提高信噪比为主的情况下，组合基距可以大些。

ZW 工区表层复杂多变，根据工区的地震地质条件和试验资料情况，以提高能量和信噪比为主要目标，为此，应因地制宜选择合适的激发方式。

3.6 钻井工艺研究

针对工区四大地表类型分别配备了不同型号钻机，如表2 所示，并进行相应的钻井工艺研究，如贺兰山地区采用人抬风钻与人抬水钻不同钻井时效及激发质量对比、平原区沙土与砾石混合区钻井工艺研究、沙漠区流沙井工艺研究等，探索出了一套针对不同地表、不同岩性的钻井工艺，保证不同激发方案的实施。

表2 ZW 项目不同钻机类型配备表

4 应用效果分析

通过单炮分析认为，ZW 地区通过优化激发因素，不同地表单炮能量及信噪比均较高。从新老单炮对比看，2013 年采集的单炮无论在能量及信噪比上较老单炮有明显改善。从新老剖面对比看，新剖面较老剖面构造形态清晰，深层目标层信噪比高，波组特征明显，如图5 所示。

图5 ZW 新老剖面对比

5 结 论

ZW 地区属于典型的双复杂区域，激发问题尤为突出，本文以理论研究为指导，通过对全区不同地震地质条件开展针对性试验，并结合室内模型模拟以及实时资料品质定性、定量分析，选取了不同区域的最佳激发因素和激发方式，总结了一套针对该区有效地激发技术，显著地提高了该区的地震资料品质，特别是贺兰山褶皱带资料品质获得了实质性的突破，为加快该区的勘探开发步伐提供了可靠的资料，同时也为今后该区以及类似地区的规模生产提供了可靠的激发技术方案。

［1］刘艾奇，皇甫煊. 激发井深选择的优化技术［J］. 石油物探，2004，43(6):605 -607.

［2］李振春，王清振. 地震波衰减机理及能量补偿研究综述［J］.地球物理学进展，2007，22(4):1147 -1152.

［3］芮建民，唐汇超，刘小明. 沙漠区低降速带采集方法应用探讨［J］. 石油仪器. 2005，19(4):63 -65.

［4］李华喜，吴学兵. 沙特沙漠区地震采集方法技术研究［J］.石油仪器. 2012，26(1):64 -66.