基于地下盐穴储气库的高精度三维地震采集关键技术

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(1.中国石油集团东方地球物理公司华北物探处，河北沧州 062552；2.中国石油集团渤海钻探工程有限公司第二录井分公司，河北沧州 062552)

目前我国地下储气库分布极不均衡，已建成的25座地下储气库中有24座油气藏型储气库分布在长江以北地区[1-3]。长江三角洲及东南沿海地区缺少适合建库的油气藏构造，但盐层资源丰富，而盐穴地下储气库具有库容量大、采气能力强、使用率高的特点，因此是这两个地区的研究重点。中国石油目前在江苏、河南、湖北等省部署实施了地震勘探，完成储气库三维地震勘探项目6个，满覆盖面积374.21 km2。本文以YY盐穴储气库三维地震勘探为例，根据盐穴储气库的地质需求，重点对影响地震资料信噪比和分辨率的采集参数面元、覆盖次数、接收线距和激发参数进行研究，形成一套适合于储气库勘探要求的高精度三维地震采集技术。

1 盐矿地震勘探难点

1.1 YY盐矿构造概况

YY盐矿位于JH盆地东北部YY凹陷内，该凹陷包括曾店向斜、三汊埠向斜、应城向斜和皂市鼻状构造4个次一级构造单元。YY盐矿位于应城向斜内。

1.2 盐层分布

YY盐矿现已探明盐群80余个，石盐数百层，最大厚度达910 m，顶面埋深292.34～678.29 m，目的层深度为300～1 400 m。盐群分布稳定，以层状为主，盐层厚度一般在3～8 m之间。由边部向盆地中心盐层层数增多、总厚加大、隔夹层数量及厚度减小，因此建库区选在盆地沉积中心。

1.3 地表概况

工区位于江汉平原东部，地势北高南低，西北部丘陵地带地形起伏较大，东南部相对平坦。区内分布有村镇、农田、河流、鱼塘等。交通发达，车流量大。地表岩性以胶泥为主，局部地区表层存在砾石区、沙砾区。表层结构为3层，低降速带厚2.5～12.5 m，局部变化剧烈。低速层速度为250～1 050 m/s，降速层速度为900～1 500 m/s，高速层速度为1 600～2 600 m/s。

1.4 地震资料要求

(1)反射结构清晰，内幕地层反射清楚，断点清晰。资料能清晰反映上覆盖层构造特征，尤其是上覆盖层内部断层的分布情况，要求三维地震资料能识别6～12 m断距的断层、分辨6～8 m的单层厚度。

(2)做好叠前时间偏移及各种速度分析，研究速度的区域变化规律，确定均方根速度及层速度，建立准确的速度模型。处理后的资料应具备宽频特征，目的层主频达50～85 Hz，偏移不改变波组特征，从而提高振幅在韵律层研究中的可靠性。

(3)对断距大于5 m的断裂、裂缝能做出解释评价；主要目的层地质界面、厚度地震地质要素的预测数据误差小于3‰。

1.5 地震勘探难点

(1)精度高。三维地震资料要求能够识别6～12 m断距的断层、6～8 m的单层盐层；处理后的资料目的层主频达50 Hz、频宽6～120 Hz。

(2)表层结构复杂，表层速度及岩性横向变化快，静校正问题突出。

(3)地表条件复杂，村庄密集，道路纵横，干扰严重，炮、检点的规则布设困难，保证浅层资料完整性困难。

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2 地震采集技术

2.1 基于目标勘探的观测系统设计

长江三角洲及东南沿海地区盐层资源丰富，盐层具有总厚度大、单层厚度小、可集中开采层段含有大量夹层的特点[4]，地震资料必须能够精确追踪6～8 m的单层厚度、准确识别层间夹层及6～12 m断距的小断层，能够区分横向岩性变化，对单层盐层的密封性、稳定性进行评价；具有较高分辨率和良好的波组特征，观测系统面元应小于17 m(表1)。

图1a、1b、1c分别为10 m、20 m、30 m线元单炮及F-K谱。从单炮对比分析，道距越小，对各种信息的采样能力越强，30 m道距单炮的面波出现了假频的现象。从F-K谱对比看，10 m道距单炮能够保护90 Hz以内信息不受线性干扰的影响，20 m道距单炮可以保护45 Hz以内信号，而30 m道距单炮线性干扰严重。

所以为了保护高频信息，应采用较小的道距进行数据采集。选择合适的接收线距有利于速度分析及DMO分析，根据工区主要目的层产状，接收线距应小于160 m(表1)。

表1 面元计算结果及接收线距计算统计Table 1 Statistical of bins computed results and receiving line interval computed results

采集脚印会造成在地震成像中出现地层结构模式发生规律性变化的假象[5]，主要影响因素是炮线间距和接收线间距大小、排列片滚动距和覆盖次数分布等[6]。结果显示(图2、图3)：接收线距及滚动线数越小，采集脚印越小。因此观测系统设计选择接收线距小于160 m、滚动1条接收线。

图2 不同接收线距采集脚印对比Fig.2 Comparison of acquisition footprints with different receiving line intervals

图3 不同滚动线数采集脚印分析Fig.3 Comparison of acquisition footprints with different rolling line numbers

为保证地震资料具有较高的信噪比，重点应保证主要目的层段有足够的覆盖次数[7]。图4是不同覆盖次数的新老分频剖面，老资料线元25 m、30次覆盖，而新资料线元10 m、72次覆盖。除去不同线元因素外，高覆盖次数剖面的信噪比提升明显。当覆盖次数为72次时，地震资料浅、中、深目的层信噪比均较高，即在小面元的基础上，覆盖次数应选择在72次以上。

图4 不同覆盖次数分频剖面(BP:60～120 Hz)Fig.4 Frequency division sections of different folds(BP:60～120 Hz)

根据论证结果，设计以下观测系统：

(1)采用小面元观测系统，提高对小断层及盐层的分辨能力。

(2)选择较高覆盖次数，保证地震资料具有较高的信噪比。

(3)进行小接收线距、小滚动距、宽方位观测，减小采集脚印，保证成像效果。

(4)加强观测系统均匀性、波场连续性及噪声压制能力的分析，保证地震数据具有良好的叠前时间偏移属性。

2.2 基于多方位观测、混源激发的特观技术

特观是指与常规的地震勘探方法不同，或与最初的设计方法不同的观测方法技术。尤其以井—震联合施工为基础的特观最为常见[8]。针对工区中部东马坊及化工厂大型连片特殊“禁炮区”，单一的井炮或可控震源都无法实施，覆盖次数严重偏低且浅层资料缺失。由此创新采用了纵横向加密小排列多方位观测的特观方案，运用城外加密炮点、城内道路可控震源激发、城中空地布设炮点的井炮—可控震源联合激发(图5，黄色为可控震源激发点，红色为井炮激发点)，既保证了浅层资料完整性，又有效降低可化工厂禁炮区对三维数据体的影响，取得较好的效果。

图5 禁炮区内不同激发点分布示意Fig.5 Distribution of different excitation points in prohibited area

2.3 提高资料品质的激发技术

2.3.1 基于拓展频宽的选岩性激发

根据不同岩性的含水性、致密性差异形成速度差异，优选在较高速度层中激发、有利于拓展资料的频带[9]。从图6激发井深试验资料分析，随着井深增加，反射波逐渐减弱，在浅层胶泥层中激发高频端具有较高的信噪比，从而确定了以下激发井深设计原则：①激发岩性，浅层稳定的胶泥层；②胶泥层速度大于1 300 m/s；③胶泥厚度足够。当无法满足上述条件时，采用高速顶下1～3 m激发。

图6 不同井深及岩性激发单炮分频记录(BP：50～100 Hz)Fig.6 Single shots with different well depth and lithology(BP：50～100 Hz)

2.3.2 基于地震波频率特性的小药量激发

理论上地震波能量随着激发药量的增加而增强，但激发药量增加会导致地震波频率降低[10]。从不同药量激发单炮分频记录(图7)来看，对埋藏较浅的目的层，激发药量增加使地震波频率降低明显，为保证目的层具有较宽的频宽，应选择0.25 kg小药量激发。

图7 不同药量激发单炮分频记录(BP：60～120 Hz)Fig.7 Single shots with different charge(BP：60～120 Hz)

2.3.3 基于阻抗耦合的选药型激发

从提高分辨率角度而言，炸药类型的选择既要满足阻抗耦合的要求，又要求初始子波具有较宽的频带范围和足够的下传能量。本区表层激发围岩与不同炸药的阻抗比分析(表2)显示，乳化炸药与围岩的阻抗比接近1，更适合于高分辨率勘探，所激发的地震能量最强[11]。根据试验单炮分析(图8)，乳化炸药层间反射信噪比较高，子波形态最好。

表2 不同炸药类型与表层激发围岩阻抗耦合表Table 2 Impedance coupling table for different types of explosives and surface rocks

图8 不同类型炸药激发单炮相关子波分析Fig.8 Correlation wavelet of single shots excited by different types of charges

3 应用效果

采用上述采集技术获取的原始地震资料进行精细处理解释后，新三维数据体信息丰富、分辨率高、归位准确，得到了不同盐群间50～200 m的分布范围。目的层波组特征明显，岩层构造形态显示清楚，建库有利构造区清晰可见(图9)，通过精细解释得到了8条断距小于10 m的断层，与井资料对比分析结果显示(表3)，成图绝对误差为0～2 m，相对误差小于3‰，达到了地质任务的要求。通过次凹综合评价，评价出I类目标1个，初步评价出有利目标区面积10.42 km2，为落实建库目的层段及范围提供了有利依据。

表3 成图精度误差统计Table 3 Statistical list of mapping accuracy error

图9 数据体切片效果Fig.9 Effect of slice of data volume

4 结论

(1)小面元、宽方位、高密度空间对称采样有利于提高地震波成像精度。较小的接收线距和滚动距有利于压制采集脚印，减小偏移噪声；小药量选岩性激发、小组合接收有利于拓展资料频宽，是得到高分辨率地震资料的基础。

(2)高覆盖有利于压制随机干扰，提高资料的信噪比，重点要保证不同目的层的有效覆盖次数。

(3)灵活采用多方位观测、井震混源激发的特

观技术是城区及含有危险源化工厂等“禁炮区”成功实施三维地震勘探的关键。