羌塘盆地高密度高覆盖宽线采集技术试验

李忠雄,尹吴海,蒋华中,叶天生,马 龙,卫红伟,赵 刚

(1.中国地质调查局成都地质调查中心,四川成都610081;2.中国石油东方地球物理勘探有限责任公司青海物探处,甘肃敦煌736202;3.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;4.中石化石油工程地球物理有限公司中南分公司,湖南湘潭411100)

羌塘盆地高密度高覆盖宽线采集技术试验

李忠雄1,尹吴海2,蒋华中3,叶天生4,马 龙1,卫红伟1,赵 刚2

(1.中国地质调查局成都地质调查中心,四川成都610081;2.中国石油东方地球物理勘探有限责任公司青海物探处,甘肃敦煌736202;3.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;4.中石化石油工程地球物理有限公司中南分公司,湖南湘潭411100)

为了提高羌塘盆地地震资料采集质量,早日实现该地区油气地球物理勘探突破,2015年在北羌塘坳陷、中央隆起带和南羌塘坳陷分别进行了常规可控震源、低频可控震源、大吨位可控震源、炸药震源激发试验及高密度、高覆盖宽线采集试验,取得以下认识:①最佳激发因素。常规可控震源振动台次为3台1次,驱动幅度为70%,扫描频率为6.0～84.0Hz,扫描长度为18s;低频可控震源振动台次为2台1次,驱动幅度为60%,扫描频率为1.5～84.0Hz,扫描长度为16s;大吨位可控震源振动台次为2台1次,驱动幅度为70%,扫描频率为6.0～84.0Hz,扫描长度为16s。炸药震源为单井高速层下7m激发,最浅井深18m,药量18kg;组合激发方式为2口井×15m×12kg或3口井×12m×8kg。②尽管可控震源单炮的能量、信噪比、频谱及子波一致性与炸药震源相比并不占优,但可控震源激发在高密度高覆盖采集条件下仍能获得等同于或明显优于井炮激发质量的地震资料。③基于“环保、安全、经济、高效”考虑,羌塘盆地宜采用可控震源和井炮联合的高密度、高覆盖宽线采集方案,可控震源最佳观测系统为3L3S或2L3S,覆盖次数960次以上;井炮震源最佳观测系统为2L3S或3L2S,覆盖次数为300～360次。

羌塘盆地;地震采集试验;可控震源;高密度,高覆盖;宽线

羌塘盆地位于西藏自治区北部,面积约18×104km2,盆地南、北分别以班公湖-怒江缝合带和拉竹龙-金沙江缝合带为界,盆地东、西以中生代地层尖灭线为界。根据航磁异常和大地电磁(MT)基底测深资料,将羌塘盆地划分为北羌塘坳陷、中央隆起带和南羌塘坳陷3个次级构造单元[1]。

羌塘盆地的二维地震勘探工作始于1994年。1994—1998年完成了2000多km以60次覆盖为主的二维地震勘探,但受限于当时的勘探技术、设备条件以及较低的覆盖次数,加之羌塘盆地自然环境的影响,获得的资料除极少数能用外,绝大部分不能令人满意。2004—2012年,在羌塘盆地托纳木-笙根和半岛湖等地区共完成二维地震试验测线1000多km,覆盖次数大多在100次以上,少数高达480～720次,普遍采用了1S2L或2S2L宽线观测系统,获得的资料质量虽有长足的进步,但仍不能满足地质构造解释的要求[2-5]。研究分析羌塘盆地前期获得的二维地震资料[6-8],发现羌塘盆地地表及深部构造较为复杂,有效反射信号弱,资料信噪比较低。影响本区资料采集品质的主要原因有:①地形起伏剧烈,表层结构纵横向变化大,第四系砾石覆盖层厚,普遍存在季节性或多年冻土层[9-11],常有厚层碳酸盐岩等老地层出露,潜水面及激发岩性变化大;②深部地质构造复杂,逆冲推覆、褶皱、断层及溶洞发育[12-14],对激发及地震波的能量传递极为不利;③上三叠统和中侏罗统目的层波阻抗差异小,反射能量弱,地震资料信噪比低[6-8]。另外,羌塘盆地属藏北高原,自然环境极其严酷,气候极端恶劣,气温时常骤变,雷暴雨、冰雹、大雪天较多,严重影响了地震资料采集质量。2015年,在北羌塘坳陷的半岛湖地区、横跨北羌塘坳陷与中央隆起带的托拉木-笙根地区、南羌塘坳陷的隆鄂尼-鄂斯玛、玛曲地区部署了37条总长度为1160km的高密度、高覆盖宽线二维地震满覆盖测线,开展了地震资料采集技术攻关试验,获得了一批质量优良、能用于地质构造解释的二维地震剖面。本文主要介绍此次地震采集技术攻关试验成果。

1 观测系统及其参数

宽线地震勘探是一种介于二维和三维地震勘探之间的特殊三维采集技术,能在较短偏移距范围内通过扩大叠加面元和提高覆盖次数来压制横向上的噪声,提高地震资料信噪比及成像品质[15-26]。

图1至图6显示了羌塘盆地托纳木-笙根地区、半岛湖地区、隆鄂尼-鄂斯玛地区和玛曲地区2015年开展的宽线采集试验的观测系统。

分析图1至图6可以发现,南羌塘坳陷隆鄂尼地区属地质构造复杂和碳酸盐岩频繁出露区,设计的5炮3线(5S3L)试验观测系统最复杂,对比分析的内容也最丰富。5条炮线中有2条为井炮激发,分别采用浅井小药量和中深井、中等药量,另外3条炮线为低频可控震源激发,3条可控震源激发线中最小炮点距为15m,3条接收线分别设置了3种不同的检波器组合图形,最高覆盖次数为3960次(井炮激发最高覆盖次数为1080次,低频可控震源激发最高覆盖次数为2880次)。北羌塘坳陷半岛湖地区属构造稳定区,设计的3炮3线试验观测系统相对简单,3条激发线和3条接收线重合,检波器为矩形面积组合,最高覆盖次数为600次。托纳木-笙根地区设计的常规可控震源宽线试验方案和井炮宽线试验方案观测系统的复杂程度则介于南羌塘隆鄂尼地区和北羌塘半岛湖地区之间。

图1 托纳木-笙根地区常规可控震源试验(TS2015-SN3)4L3S观测系统(排列长度7185m,1920次覆盖)

图2 托纳木-笙根地区井炮试验(TS2015-SN5)4L3S观测系统(排列长度7185m,960次覆盖)(高速层下7m激发,井深≥18m,药量18kg;成井困难地段双井2×15m×12kg或三井3×12m×8kg激发)

图3 半岛湖地区井炮试验(QB2015-05SN)3L3S观测系统(高速层顶以下7m激发,最浅井深18m;药量18～22kg;排列长度7185m,600次覆盖)

图4 隆鄂尼地区井炮和可控震源混合试验(L2015-07)5S3L观测系统(S1井炮1口×6m×3kg;S2低频震源2台1次,30m炮距;S3低频震源1台1次,15m炮距;S4井炮1口×高速层以下3m×10kg;S5低频震源1台1次,30m炮距;排列长度5985m,3960次覆盖)

图5 玛曲地区大吨位可控震源试验(M2015-03)2L3S观测系统(排列长度7185m,1440次覆盖)

图6 鄂斯玛地区井炮试验(E2015-03)2L2S观测系统(井深≥12m,药量≥8kg;构造顶部井深≥18m,药量≥18kg;排列长度7185m,960次覆盖)

除在半岛湖、托纳木等地进行了井炮激发试验外,还在隆鄂尼-鄂斯玛、玛曲、托纳木-笙根等地进行了低频、大吨位、常规可控震源激发试验,以及井炮激发与可控震源激发效果对比试验。这是因为:①羌塘盆地地表大部分为沼泽、河滩沙砾石层、第四系残坡积物、山前厚砾石层覆盖,成井困难;②高密度、高覆盖采集导致炸药激发成本高昂难以承担;③可控震源激发不用成井,受复杂浅表层条件影响小,生产效率高,成本低,对环境的破坏作用小[27],特别符合西藏地区社会安全和环境保护的要求。

2 井炮激发与可控震源激发对比分析

2.1 最佳激发参数

针对羌塘盆地复杂的地表地质条件,前人已经完成了许多深井大药量炸药震源激发接收试验,获得不少可供借鉴的资料[2-4]。2015年,我们在羌塘盆地也进行了大量炸药激发接收试验,所得结论并无太大差别,即:单井宜采用高速层下7m激发,最浅井深18m,药量18kg;成井困难地段宜采用2口井×15m×12kg或3口井×12m×8kg组合方式激发。

在托纳木-笙根、隆鄂尼-鄂斯玛、玛曲等地进行了常规、低频、大吨位可控震源激发试验,获得了最佳激发组合参数[28]。

常规可控震源:振动台次3台1次,驱动幅度70%,扫描频率6.0～84.0Hz,扫描长度18s。

低频可控震源:振动台次2台1次,驱动幅度60%,扫描频率1.5～84.0Hz,扫描长度16s。

大吨位可控震源:振动台次2台1次,驱动幅度70%,扫描频率6.0～84.0Hz,扫描长度16s。

2.2 激发效果对比分析

图7为隆鄂尼地区S1线、S4线和S3线低频可控震源与浅井小药量、中深井中等药量井炮激发记录对比结果。

图7 隆鄂尼地区井炮与低频可控震源单炮记录对比a 井炮1口×6m×3kg; b 井炮1口×高速层以下3m×10kg; c 低频可控震源1台1次,15m炮距

由原始单炮记录和自动增益(AGC)记录可见,中深井、中等药量单炮记录能量最强,且背景干净,浅井小药量次之,可控震源最差。对比频谱图可以看出,中深井、中等药量单炮记录频带最宽,浅井小药量次之,可控震源最窄。由20～40Hz分频扫描记录可见,中深井、中等药量单炮记录浅、中、深层有效反射较为清晰,浅井小药量次之,可控震源最差。

在托纳木-笙根地区同一试验点进行了常规可控震源与深井大药量井炮激发记录对比。原始记录和分频记录显示,7Hz以下频段井炮和可控震源记录主要为低频干扰;低频段(7～14Hz)井炮较可控震源反射信息更丰富,50Hz以上基本为高频干扰(图略)。频谱分析发现,浅层可控震源主频为18Hz,频宽为8～45Hz,井炮主频为22Hz,频宽为6～40Hz;中层可控震源主频为17Hz,频宽为9～30Hz,井炮主频为18Hz,频宽为5～39Hz;深层可控震源主频为9Hz,由于存在高频干扰,频带范围较宽,井炮主频为9Hz,频宽为5～20Hz(图略)。

能量分析发现,井炮记录能量明显高于可控震源记录,两者之间原始单炮能量相差约100倍。

信噪比分析显示,全频段井炮资料信噪比高于可控震源资料;在25Hz以下频段,井炮资料信噪比明显优于可控震源资料。但随着扫描频段的升高,井炮和可控震源资料信噪比逐渐趋于相同。

图8是南羌塘隆鄂尼地区L2015-07线试验段井炮与低频可控震源激发不同覆盖次数的叠加剖面。其中,图8a为井炮叠加剖面,1080次覆盖;图8b为低频可控震源叠加剖面,2880次覆盖;图8c为低频可控震源炮集抽稀后叠加剖面,1080次覆盖。可以看出,低频可控震源叠加剖面在较高覆盖次数情况下以及1.5s以上明显好于井炮叠加剖面,深层成像效果基本相当;在覆盖次数基本相同的情况下,低频可控震源叠加剖面与井炮叠加剖面质量差距不大。

图8 隆鄂尼地区L2015-07线试验段井炮(a)、低频可控震源(b)和低频可控震源炮集抽稀后(c)的叠加剖面(试验段观测系统3L5S,覆盖次数3960次;生产段观测系统2L3S,覆盖次数1440次)

对剖面进行定量分析发现,可控震源剖面的低频和高频部分比炸药震源剖面略有拓展;在10～60Hz有效频带范围内,可控震源激发能量与炸药震源相当,信噪比则优于炸药震源(图略)。

图9对比了南羌塘隆鄂尼地区L2015-07线低频可控震源激发(生产段)与低频可控震源、井炮混合激发(试验段)获得的叠加剖面。可以看出,单纯采用低频可控震源激发的生产段剖面尽管覆盖次数较低(1440次),但其中、浅层反射及分辨率明显相当于或稍好于低频可控震源与井炮混合激发、覆盖次数高达3960次的试验段叠加剖面,深层反射基本相似。说明隆鄂尼地区采用低频可控震源激发时覆盖次数达到1440次即可获得较好的地震资料;在炸药震源无法实施的地区可采用井炮与可控震源混合激发的方法进行资料采集。

综合上述分析认为:尽管可控震源激发的原始单炮能量、信噪比、频谱、分频扫描记录及子波一致性与炸药震源相比并无优势,但可控震源激发在高密度、高覆盖采集条件下仍能获得相当于或明显优于井炮激发质量的地震资料。

图9 隆鄂尼地区L2015-07线生产段(a)与试验段(b)叠加剖面

3 不同类型宽线观测系统对比分析

3.1 可控震源观测系统

3.1.1 接收线数分析

在道距和炮距不变的前提下,对比托纳木-笙根地区TS2015-SN3线不同接收线数的4L3S,3L3S,2L3S,1L3S 4种观测系统(图1)叠加剖面发现,随着接收线数的增加,剖面浅、中、深层不同构造位置的反射波同相轴连续性变好;在构造陡倾部位,4L3S观测系统的叠加剖面信噪比和连续性最佳;3L3S观测系统的叠加剖面与4L3S观测系统差异不大,2L3S观测系统的叠加剖面好于1L3S观测系统,1L3S观测系统的叠加剖面质量最差(图略)。

3.1.2 不同炮线数分析

对比托纳木-笙根地区TS2015-SN3线60m炮间距的4L3S,4L2S,4L1S观测系统叠加剖面发现,随着炮线数的增加,剖面浅、中层不同构造位置的反射波同相轴连续性变好,4L3S观测系统的叠加剖面信噪比和连续性最佳,4L2S观测系统的叠加剖面与4L3S差异不大,4L1S观测系统的叠加剖面质量最差(图略)。

3.1.3 不同覆盖次数分析

对比分析托纳木-笙根地区TS2015-SN3线1920次覆盖(4L3S)、1440次覆盖(4L3S)、960次覆盖(3L2S)、720次覆盖(3L2S)、480次覆盖(2L2S)叠加剖面发现,不同观测系统随着覆盖次数的增加,浅、中、深层反射波同相轴的连续性和信噪比增强;覆盖次数为960次的叠加剖面质量与1440次覆盖、1920次覆盖的叠加剖面质量无明显差异(图略)。

图10对比了隆鄂尼地区L2015-07试验线低频可控震源240次、480次、720次、960次、1440次、1960次、2160次及2880次覆盖叠加剖面,可以看出,240次及480次覆盖的叠加剖面质量较差,而720次及以上覆盖次数的叠加剖面质量差异不大。

定量分析隆鄂尼地区L2015-07线发现,随着覆盖次数增加,频带范围略为变窄,叠加剖面的能量明显增强,信噪比明显提高,但在覆盖次数达到960次后无明显改善(图略)。

3.2 井炮观测系统

对托纳木-笙根地区TS2015-SN5线和半岛湖地区QB2015-05SN线叠加剖面进行了井炮观测系统分析(图2,图3)。

3.2.1 相同叠加次数不同观测系统剖面分析

对比托纳木-笙根地区TS2015-SN5试验线240次覆盖4L1S和2L1S两种观测系统剖面发现,2L1S观测系统在浅层和中层反射信息更丰富,同相轴分辨率和连续性更好(图略)。对比360次覆盖2L3S,3L2S,3L1S 3种观测系统剖面发现,2L3S观测系统剖面比3L2S和3L1S观测系统剖面反射信息更丰富,浅层同相轴连续性更好;3L2S和3L1S观测系统剖面差异不大(图略)。另外,对比720次覆盖4L3S,3L3S两种观测系统剖面发现,4L3S观测系统剖面较3L3S观测系统剖面在浅、中、深层反射信息更为丰富,同相轴分辨率更高(图略)。

图10 隆鄂尼地区L2015-07试验线不同覆盖次数叠加剖面

对比分析半岛湖地区QB2015-05SN试验线3L1S和3L2S观测系统叠加剖面发现,两种观测系统均能获得较高信噪比的剖面资料,但3L2S更有利于优选激发点位置,且叠加剖面在局部区域的连续性和信噪比略好。

3.2.2 不同叠加次数分析

对托纳木-笙根地区TS2015-SN5线试验资料采用抽稀接收线、抽稀炮集的方式进行960次(4L3S)、720次(4L3S)、480次(4L1S)、360次(2L3S)、240次(2L1S)、120次(2L1S)覆盖观测系统剖面对比分析(图略),其中720次、360次、240次覆盖均选取前述分析中效果最好的观测系统剖面。随着覆盖次数的增加,反射信息更为丰富,同相轴分辨率和连续性更好,构造形态较清晰,但当覆盖次数达到360次以后,剖面质量改善不大。

对半岛湖地区QB2015-05SN线试验资料采用抽稀接收线、抽稀炮集的方式进行了50次、100次、150次、200次、250次、300次、400次、600次覆盖叠加剖面及速度谱对比分析。随着覆盖次数增加,速度谱能量增强,收敛性逐渐增加,剖面信噪比提高,层间反射信息愈来愈丰富,各种构造特征逐渐清晰,剖面品质逐渐提高(图略)。但在覆盖次数达300次及以上后,剖面品质改善不明显。

分析认为:可控震源最佳观测系统为3L3S或2L3S,960次覆盖;井炮震源最佳观测系统为2L3S或3L2S,300～360次覆盖。

4 新、老地震资料成像效果对比

图11至图14分别为中央隆起带北缘托纳木-笙根地区TS2015-SN5线和北羌塘半岛湖地区QB2015-05SN线以及南羌塘鄂斯玛地区2015年利用高密度、高覆盖宽线技术新采集的E2015-01线、E2015-03线地震剖面,而图15(托纳木-笙根地区TS2012-03线)、图16(半岛湖地区QB2011-01线)和图17 (鄂斯玛地区981095线)则是2012年之前采集处理的老地震剖面。对不同时期采集的地震剖面(图9,图11至图17)进行对比可以发现,2015年新采集的地震剖面质量明显提高,反射波同向轴清楚、连续,断层、断点清晰可见,基本上可用于地质构造解释。

图11 托纳木-笙根地区TS2015-SN5试验线叠加剖面(观测系统4L3S,井炮,960次覆盖)

图12 半岛湖地区QB2015-05SN试验线叠加剖面(观测系统3L2S,井炮,600次覆盖)

另外,对比分析2015年采集的地震剖面(图9,图11至图14)还可以发现:①北羌塘剖面质量明显优于南羌塘剖面质量;②北羌塘半岛湖地区(构造最稳定区域)的剖面质量又优于托纳木-笙根地区(中央隆起带北缘构造次稳定区域)的剖面质量;③南羌塘地震剖面显示南羌塘地质构造非常复杂,说明地震采集地区的地质构造或构造改造强度对于资料品质至关重要。羌塘盆地今后的地震采集工作重点应放在北羌塘的构造稳定区域。

图13 鄂斯玛地区E2015-01线叠加剖面(观测系统2L3S,低频可控震源,1440次覆盖)

图14 鄂斯玛地区E2015-03线叠加剖面(观测系统2L2S,井炮,960次覆盖)

图15 托纳木-笙根地区TS2012-03线老地震剖面

图16 半岛湖地区QB2011-01线老地震剖面

图17 鄂斯玛地区981095线老地震剖面

5 结论

1) 出于“环保、安全、经济、高效”考虑,羌塘盆地宜采用可控震源和井炮联合的宽线高密度、高覆盖采集方案,可控震源最佳观测系统为3L3S或2L3S,960次及以上覆盖;井炮震源最佳观测系统为2L3S或3L2S,300～360次覆盖。

2) 羌塘盆地常规可控震源最佳振动台次为3台1次,驱动幅度为70%,扫描频率为6.0～84.0Hz,扫描长度为18s;低频可控震源最佳振动台次为2台1次,驱动幅度为60%,扫描频率为1.5～84.0Hz,扫描长度为16s;大吨位可控震源最佳振动台次为2台1次,驱动幅度为70%,扫描频率为6.0～84.0Hz,扫描长度为16s。炸药震源为单井高速层下7m激发,最浅井深18m,药量18kg;组合方式为2口井×15m×12kg或3口井×12m×8kg。

3) 尽管可控震源单炮的能量、信噪比、频谱及子波一致性并不优于炸药震源,但可控震源激发在高密度、高覆盖采集条件下仍能获得相当于或明显优于井炮激发质量的地震资料。

由于未在同等条件下开展常规、低频、大吨位3种可控震源之间的激发效果对比试验,故无法确定它们孰优孰劣。

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(编辑：戴春秋)

Acquisitiontechniquetestofhigh-densityandhigh-foldwidelineprofilingseismicsurveyinQiangtangBasin

LI Zhongxiong1,YIN Wuhai2,JIANG Huazhong3,YE Tiansheng4,MA Long1,WEI Hongwei1,ZHAO Gang2

(1.Chengducenterofgeologicalsurvey,CGS,Chengdu610081,China;2.QinghaigeophysicalprospectingDivision,CNPC,Dunhuang736202,China;3.GeophysicalCorporationSouthwestBranch,SINOPEC,Deyang618000,China;4.GeophysicalCorporationSouthCentralBranch,SINOPEC,Xiangtan411100,China)

In 2015,to improve the acquisition quality of seismic data in the Qiangtang Basin and make a breakthrough in hydrocarbon geophysical prospecting technology,we conducted a series of seismic acquisition tests on general vibroseis,low-frequency vibroseis,large-tonnage vibroseis,and explosive sources,as well as high-density and high-fold wide line profiling tests,in North Qiangtang Depression,Central Uplift Belt,and South Qiangtang Depression.The results were as follows:①The optimum exciting parameters for general vibroseis were as follows:the vibration pattern was of three diesels vibrating for one time,the drive level was 70%,the sweep frequency ranged from 6Hz to 84Hz,and the sweep length was 18s.The optimum exciting parameters for low-frequency vibroseis were as follows:the vibration pattern was of two diesels vibrating for one time,the drive level was 60%,the sweep frequency ranged from 1.5Hz to 84Hz,and the sweep length was 16s.The optimum exciting parameters for large-tonnage vibroseis were as follows:the vibration pattern was of two diesels vibrating for one time,the drive level was 70%,the sweep frequency ranged from 6Hz to 84Hz,and the sweep length was 16s.The optimum exciting parameters for the dynamite sources were as follows:a single hole had a depth of 7m below the high-velocity layer (or above 18m in depth),charge sizes were 18kg,and the combination array shooting pattern was two holes×15m×12kg or three holes×12m×8kg in areas with unfavorable surface conditions.②Although the energy,signal-to-noise ratio,bandwidth,and wavelet coherence of the shot record by the vibroseis were not as good as those of the borehole explosive,the quality of seismic sections obtained by the vibroseis using a high-density and high-fold acquisition technique might be equal to or superior to that of the borehole explosive.③Because it is an environmentally friendly,safer,more economical,and highly efficient operation mode,the high-density and high-fold wide line profiling acquisition technique,which is a combination of the vibroseis and the borehole explosive source,is much more suitable to the Qiangtang Basin.The layout chart by the vibroseis can be designed as 3S3L or 2L3S,with a minimum fold of 960 times.The layout chart by the borehole explosive can be designed as 2L3S or 3L2S,with the fold ranging from 300 to 360 times.

QiangTang Basin,seismic acquisition test,vibroseis,high-density,high-fold,wide line

P631

：A

1000-1441(2017)05-0626-11DOI:10.3969/j.issn.1000-1441.2017.05.002

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[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2017,56(5):636

2016-05-12;改回日期：2017-05-31。

李忠雄(1964—),男,博士,教授级高级工程师,主要从事青藏高原油气地质调查与勘探工作。

国土资源部陆域能源矿产地质调查计划西藏托纳木-笙根地区油气地质调查([2015]01-01-01-002)、西藏隆鄂尼-鄂斯玛地区油气地质调查([2015]01-01-01-001)、西藏半岛湖地区油气地质调查([2015]01-01-01-003)项目联合资助。

This research is financially supported by the Continental Energy Resources Geological Survey Plan by the Ministry of Land and Resources(The oil and gas geological survey in Tibetan Tuonamu-Shenggen region (Grant No.[2015]01-01-01-002),the oil and gas geological survey in Tibetan Longeni-Esima region (Grant No.[2015]01-01-01-001) and the oil and gas geological survey in Tibetan Bandaohu region (Grant No.[2015]01-01-01-003).