华北探区潜山勘探地震采集技术进展

李海东，孙 毅，王金宽，陈敬国，王冬雯，裴爱华，李默涵，翟红颖，李小艳.

(1.中国石油集团东方地球物理公司华北物探处，河北任丘 062552；2.辽宁工程技术大学矿业学院，辽宁阜新 123000)

1 华北探区潜山类型及勘探概况

华北探区地处冀中坳陷，潜山类型可分为地貌潜山和构造潜山两大类，潜山油气藏类型可分为单断式潜山油气藏、斜坡型潜山油气藏、断阶式潜山油气藏、侵蚀性潜山油气藏四大类[1-4]。这些潜山油气藏不但规模大、储量高,而且大部分油田都有潜山油气藏或潜山构造背景，其储量占到其已探明油气藏储量的一半以上，勘探潜力巨大。

如图1所示，1986年以前，华北油田还处于大型潜山勘探阶段，勘探方式采用非地震及二维地震的方式。1986—2002年，华北油田开始进入中、小潜山阶段，也正式迈入了三维勘探阶段。2003年以后，随着勘探程度的不断深入,区域内埋藏浅、规模大、容易发现的潜山顶面块状油气藏大多数已经被钻探发现。随后发现规模储量的难度越来越大，对地震勘探的技术要求也在不断提高，隐蔽型深潜山、潜山内幕等油气藏正逐渐成为潜山勘探的重点方向[5]。

图1 华北油田勘探开发进程

2 潜山及内幕地震采集技术进展

受潜山成因的影响，通常潜山面非均质性较强、潜山顶面较为破碎，冀中地区潜山地层倾角变化较大、断裂发育，上述因素反映在地震资料上即深层反射信噪比低，能量弱；断层、断点不清楚；潜山内幕反射能量弱、反射信息杂乱无章。

此外冀中地区人口密集，地表条件复杂，部分潜山构造位于城区附近，加大了潜山勘探激发参数的选取以及炮、检点均匀布设的难度，一定程度影响了潜山及内幕的资料品质(资料成像差、资料缺失等问题)。例如，2003年之前，潜山三维地震采集表层调查并不作为井深设计的依据，往往采用24m或27m固定井深激发的方式，并未充分考虑表层结构的变化对激发影响大这一因素，造成激发的地震子波、能量不稳定，资料品质差异较大(图2)。

图2 2003年以前三维采集共炮检距剖面

由此形成了三个阶段的潜山勘探地震采集技术历程。

2.1 二维地震采集

1970—1990年代，冀中坳陷还处在大、中、小型潜山勘探阶段，地震勘探以二维为主，该时期地质目标较为明显，地质任务相对简单，从表1来看，该时期针对潜山的二维勘探，多采用炸药固定激发，单线、短排列的接收方式。进入2000年，随着地质目标逐渐转向深层，对地质体刻画精度有所要求，二维地震采集技术攻关的关键参数也在逐渐改变：观测系统的排列长度在逐渐增大，道距逐渐减小，激发方式由传统的井炮向可控震源转变，形成了以宽线、长排列、高覆盖、宽频带，可控震源为代表的新时期潜山二维地震采集技术(表1)。

表1 历年潜山二维地震攻关代表性采集关键参数

2015年，在杨村地区开展了针对杨税务深层潜山及内幕的二维地震勘探技术攻关，该项目采用了当时正在推广应用的高精度可控震源实施激发，基于长排列、高覆盖次数进行采集。图3是该区新、老二维地震勘探技术攻关资料效果对比，从图中可以明显看出，新的攻关资料效果较之老资料在信噪比、分辨率上都有显著提高，不仅潜山顶面形态较为清晰，深层的潜山内幕反射信息也更加丰富。

图3 杨村地区新、老二维地震勘探叠加剖面对比

2.2 常规三维地震采集

1990年代末，随着华北探区勘探成果构建的冀中坳陷油气资源分布框架的大致成型，基于区域性的、精细地质要求的一次、二次三维地震勘探也掀起了热潮。此时，华北探区中、小型潜山勘探也已进入中后期，潜山油气藏开发呈疲软态势，年产量仅占华北油气藏年产量的20%左右，急需勘探成果支持潜山油藏开发转型，因此相应的三维地震采集技术得到推广普及应用。

华北探区的三维采集技术攻关根据攻关目标，以2003年为界，分为两个阶段：2003年以前，多是针对2.5 s以上目的层、较大圈闭及构造开展的一次三维技术攻关；2003年以后，以针对3.2 s以上目的层、小圈闭及构造，要求潜山面更加清晰的二次三维技术攻关为主。

2003年以前一次三维采集方案的特点为较大面元、低覆盖次数、大滚动线距、固定井深激发(表2)，从实施效果来看(图4)，能够落实大型潜山，但内幕成像差，且深潜山存在多解性，地震数据属性分析精度低。

2003年以后二次三维采集多采用较小面元、较高覆盖次数、逐点设计井深激发，但对深潜山及内幕勘探来说，仍然存在着覆盖次数不足、最大炮检距稍小、纵横比较低、滚动距较大的问题(表2)。虽然通过该类采集方案落实了多个潜山带，但从资料上(图4)看，潜山局部信噪比低，深、小潜山及内幕成像效果差。

表2 2003年前、后潜山三维地震攻关关键参数表

图4 2003年前、后三维地震勘探技术攻关资料效果对比

2.3 目标三维采集

伴随着华北探区潜山油气藏勘探历史的变迁，华北探区潜山及内幕地震勘探技术的探索与研究工作也已开展了50多年。在此期间，针对由华北探区潜山复杂地表、地下地震地质条件引起的勘探技术难点，开展了大规模的集合潜山区勘探的新老采集方案分析、资料分析、模拟正演分析的工作，从中剖析影响潜山资料采集的关键因素，在不断地攻关试验项目研究过程中，目前，已形成了一套较为成熟的，由“基于潜山构造特征的观测系统设计技术”“基于潜山资料品质的激发设计技术” “复杂地表区观测系统实施技术”组成的适合华北探区潜山三维勘探采集的成熟配套技术。

2.3.1 基于潜山构造特征的观测系统设计

潜山面非均质性强、内幕反射能量弱，且冀中地区地层倾角较大，潜山区域断裂构造较为发育(断层走向多向性)，对资料的成像精度要求高，因此从提高覆盖次数出发，在潜山地层倾角变化大、断裂发育的区域设计长排列、宽方位的观测系统，确保各方位信息的有效接收[6、7]。

2.3.2 基于潜山资料品质的激发设计

华北探区表层结构横向变化较为剧烈，通过采取“收集水文资料、岩性取芯、潜水面调查、小折射、微测井”等多种方法联合调查的方式对区域内的潜水面控制点进行布设，从而确保把控全区的表层情况。随后，在上述精细表层结构调查的基础上进行逐点设计井深，充分利用微测井资料的动力学特征，追踪出最佳岩性进行激发，资料能量的均衡性、稳定性及频率较以往都有了明显的提高。

2.3.3 基于复杂地表区观测方案优化

华北探区潜山勘探除了受表层地震地质条件的影响，还受到该探区所处的复杂人文地理环境的制约。该探区多数潜山勘探区涉及城、镇及厂矿区，在这些区域，相关技术实施条件会受到制约，特别是大型城、矿密集区，常规采集勘探方法难以实施，导致资料缺失严重，影响富油凹陷的整体评价；同时城、镇区高楼林立，人口密集，给地震勘探的施工也带来了极大安全隐患。

针对上述城、镇及厂矿区复杂地表条件引起的问题，首先采用“城矿区近地表障碍物综合调查技术”，根据地质雷达对地下管线的探测定位结果，避免在管线正上方施工的情况，有效地降低了安全风险[6]；其次，对于无法规避的地面障碍物引起的资料品质差、资料缺失等问题，采用“三域互补设计技术”，即“大排列与小排列互补”“大药量与小药量互补”“炸药震源与可控震源互补”。

在城区无法实施布设炮点的区域，采用小排列加密的方式，保证该区的覆盖次数；在城区内适当地采用小药量激发，以保证浅层的资料品质，同时在城区外围采用大药量激发弥补中、深层的资料品质；特别是对于安全要求较高的区域，采用炸药震源与可控震源相结合的方式，确保激发效果。

华北探区先后开展了2010年凤河营潜山三维、2012年南马庄潜山三维、2013年泽42潜山三维的目标区三维技术攻关项目，深入开展了宽频、宽方位、高覆盖地震采集技术攻关，提高了纵横向分辨率，解决了深潜山及内幕、凸起潜山和内幕以及控山断层成像效果差的问题。该类目标区技术攻关采用20 m×20 m的小面元，覆盖次数72～225次，最大炮检距3 500～4 500 m，滚动线距仅为1条排列，横纵比在0.35～1，覆盖密度提高到18～60万次/km2，潜山内幕成像效果显著提高，3.2 s以下潜山内幕信息仍然清晰、连续(图5)。

图5 二次三维与目标三维地震勘探技术攻关资料效果对比

3 深潜山及内幕勘探地震采集技术攻关方向

3.1 潜山及内幕地震勘探需求分析

隐蔽型潜山的定义不仅局限于其在地质上的复杂性，更多是指其相对于目前的勘探技术来说，发现与认知的难易程度[8]。近年来，随着思想解放、精细研究、模式创新和技术进步，积极预探隐蔽型深潜山及潜山内幕油气藏已成为未来华北探区潜山勘探的重要方向，至2014年，相继发现了牛东1超高温深潜山油气藏、长3古储潜山内幕油气藏等多个隐蔽的富集高产潜山油气藏，展现出该领域的良好勘探前景。

根据目前的研究成果，如表3，冀中坳陷的隐蔽型潜山可分为深潜山及凸起潜山两大类，其中深潜山以杨税务潜山为代表，规模较小(一般不超过5 km2)、埋藏较深(4 000～5 000 m以下)、类型复杂(潜山内幕、潜山坡)，对于地震勘探来说，目标层系多，是深化勘探的重要方向；该区凸起潜山以束鹿西斜坡潜山带为代表，虽然埋藏较浅(1 000～2 000 m)、但类型复杂，潜山面及潜山内幕面岩性变化大。

表3 隐蔽型潜山及内幕地球物理特征参数

表3中，无论是深潜山还是凸起潜山，其潜山及内幕地震资料主频低、频带窄，高频成分缺失，资料信息丰富性降低[9、10]。潜山面相较于潜山内幕来说，是一个较强的波阻抗界面，对地震波的下传有一定影响，使得潜山内幕(深潜山)反射信息能量弱、信噪比低。特别是对于埋深在大于4 600 m的深潜山勘探来说，常规的三维地震勘探技术(通常对埋深4 000 m以上的目的层勘探有效)难易达到地质要求。以南马庄潜山目标三维为例，设计最大炮检距4 582 m，潜山内幕埋深6 000多米，最大炮检距较短，针对深层潜山内幕速度分析精度不够，深部位地层资料画弧现象严重，潜山内幕深层地层的成像存在多解性(图6)。

另一方面，受潜山面强波阻抗的影响，地震剖面无法真实反映潜山面岩性的变化，对解释工作易造成误导。如图7，分频剖面上，晋古18、晋7钻遇东营组对应的地震资料1.0 s左右的波组特征有较为明显差异，预示着两口井所钻遇地层应该存在着明显的地震相差异，然而从偏移成果剖面图8上看，该处为一强波阻抗特征界面，无法反映出岩性变化引起的波组特征变化。

图6 不同方法得到的速度谱效果对比

图7 高频纯波数据,频扫30～60 Hz

图8 偏移成果剖面

3.2 深潜山及内幕勘探地震采集技术攻关方向

近年来，针对华北探区隐蔽型潜山的地震勘探技术攻关工作正在逐步走上正轨，通过多年来对该区隐蔽型潜山及内幕勘探难点的认识，目前已明确了其技术攻关的实施思路：即在常规潜山勘探的技术基础上，以其深度、介质特性、资料特征等方面与常规潜山的差异为切入点，开展隐蔽型潜山勘探岩性、速度建模等方面的专题研究，形成针对不同潜山类型的观测系统参数设计方法[10-13]；同时，考虑到潜山区域特有的复杂的地表条件(地表障碍物、人口密集)，开展 “高效”“安全”“环保”的配套技术。

基于上述思路，目前正开展或筹备着多项针对隐蔽型潜山的二次以及目标区三维的技术攻关项目。例如，华北探区廊固凹陷杨税务—泗村店一带潜山规模大，高点埋深在4 600～4 750 m，构造幅度为260～400 m。此外，该区内城镇、路网、水网、经济作物等各种障碍区大且密集，占总施工面积的48.9%。F

2017年针对类似潜山，开展了包括“两宽一高”技术、“混采实施”技术、“绿色勘探”技术为主体的技术攻关筹备工作。考虑到隐蔽型潜山(深潜山)埋深深、类型复杂(凸起潜山)，仅有的弱反射信息难以精准成像的实际情况，将观测系统横纵比由以往的0.5提高到1.0，实现真正意义上的宽方位，甚至是全方位；同时，覆盖密度也大幅度提升，以解决深层资料能量弱、信噪比低的问题；在城区内布设检波点连线困难的区域，采用无线节点接收，在城区外采用有线检波器接收，一方面保证了地震资料的接收效果，另一方面有效解决了由于有线仪器设备资源量占用大、生产效率低、安全风险高等难题；增加可控震源震感测试，以便根据地面设施情况，科学合理设计炮点及每一个炮点的激发参数，实现“绿色”作业[14-16]。

4 结论

(1)华北探区潜山具有类型多、分布广、构造复杂的特点，并且该探区的潜山油气藏不但规模大而且储量高，勘探潜力巨大，有必要针对该区潜山勘探开展地震采集技术深化研究。

(2)华北探区潜山勘探经历多个阶段，呈现勘探目标由常规潜山转向深潜山、潜山内幕，地震采集由二维向三维转变、常规向精细拓展、精细向目标延伸，施工方式由粗放转向精细、由炸药转向绿色勘探等特点。

(3)目前已形成了一套较为成熟的，由基于潜山构造特征的观测系统设计、基于潜山资料品质的激发设计、复杂地表区观测系统实施、多期采集垂直观测等技术组成的适合华北探区复杂地表潜山三维地震采集的配套技术。

(4)结合深潜山及内幕勘探地质需求和实际情况，建议下一步开展包括“两宽一高”技术、“混采实施”技术、“绿色勘探”技术为主体的技术攻关，实现真正意义上的高精度高效“绿色”勘探。