共和盆地干热岩地震勘探技术研究

王瑞贞,王金宽,晏 丰,李海东,韩 力,武佩佩

(中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司,河北 任丘 062552)

0 引言

近10年来,我国在勘探干热岩方面做了许多工作,主要是利用非震地球物理方法探查干热岩体的范围和深度等[3-6],关于干热岩地震方法的研究很少。共和盆地干热岩勘探开发的关键是查明热储层构造特征及断裂系统发育情况,为建立地下热流循环系统提供依据。共和盆地以往主要采用重磁电进行勘探,对干热岩断裂位置、产状和热储构造形态测定存在误差,制约了干热岩开发利用。地震勘探技术有着探测深度大、探测精度和分辨率高等优点,是地热田开发最有效的方法。共和盆地现有的地震勘探资料主要是在20世纪90年代采集,花岗岩储层资料信噪比极低,无法满足现今勘探开发的需求。

1 勘探难点

1.1 地震地质条件

共和盆地位于恰卜恰地区,地形较为平坦,地表由草场、砂山土地等地貌组成。区内第四系沉积物厚达1 000 m以上,特别是南北两侧山前堆积有巨厚的分选性极差的砾石层,极不利于野外施工,对地震记录的品质也影响极大。地表为黄土覆盖,厚度为60～170 m,巨厚的黄土层影响了地震能量的激发与下传。

区内主要发育中晚更新世河流相砂砾卵石、早中更新世共和组、上新世临夏组、中新世咸水河组和中晚三叠世花岗岩,勘探目的层为花岗岩,埋深为1 500～6 000 m。共和盆地的地震勘探工作主要集中在90年代,采用可控震源激发,覆盖次数只有30～60次。从以往二维采集剖面效果来看,干热岩岩体成像不清楚(如图1中圈定的位置),无法满足精细刻画断层、裂隙及破碎带等发育情况,深层能量弱,无法落实深层干热岩体的分布及埋深。

图1 共和盆地干热岩发育区剖面Fig.1 Section of the hot dry rock development area in Gonghe Basin

1.2 勘探难点分析

共和盆地基底为印支期花岗岩,基底上部发育风化壳,上覆地层以新近系及第四系砂岩、泥岩为主。根据研究区内GH-01井资料(如图2所示),基底花岗岩与上覆地层砂泥岩密度和速度差异很大,二者形成了一个很强的波组抗界面,激发产生的地震入射波到达这一界面时,产生的反射波能量强,透射波能量弱,屏蔽作用严重,造成目的层反射能量弱,影响了目的层成像效果[9-10]。另一方面,跟据GH-01井反射系数统计,表明基底以下花岗岩地层反射系数较小,基本在0.05以下,以短轴杂乱反射为主,不利于地震成像。

图2 GH-01井合成记录标定图Fig.2 Synthetic record calibration diagram of well GH-01

从上述难点中可知,花岗岩成层性差、反射系数小是造成目的层地震资料信噪比低的最主要原因；基底与上覆地层的强波阻抗界面对地震波的屏蔽进一步影响了研究区目的层的成像效果。

2 地震勘探关键技术研究

2.1 可控震源低频激发技术

低频信号有利于克服强波组抗界面对地震波的屏蔽作用[11],提高花岗岩内反射信号的能量。为了验证上述结论,根据共和盆地资料,建立了干热岩模型,如图3a所示。花岗岩分为2层,速度分别为4 800 m/s和5 400 m/s,上覆泥、砂岩速度分别为2 100 m/s和2 900 m/s。分别采用3 Hz,15 Hz和30 Hz不同主频子波进行波动方程正演模拟,模拟结果如图3b、图3c和图3d所示。从正演单炮看,3 Hz激发获得的花岗岩地层能量最强,15 Hz次之,30 Hz激发获得的花岗岩地层能量最弱。以往采用的8 Hz起始扫描频率缺少低频成分,采用3 Hz起始扫描频率进行采集,提高了能量下传,有利于得到干热岩资料。

图3 正演模拟记录Fig.3 Forward simulation record

2.2 长排列接收技术

根据地震波传播原理,当入射角大于临界角时发生广角反射,广角反射的能量一般大于常规反射的能量,采用长排列接收技术接收广角反射信息有利于深层弱反射地层资料的获取[13]。

Weibull计数模型下索赔频率的Bühlmann-starb信度估计…………曾欢琴 吴黎军 (3-76)

花岗岩内地层埋深约为2 300 m,根据广角反射理论该地层发生广角反射的炮检距为3 970 m。根据花岗岩模型,采用6 000 m长排列进行正演模拟,由正演模拟地震记录可见(如图4a所示),中近偏移距花岗岩内地层反射较弱,约4 000 m产生广角反射,其反射能量明显增强,地震记录正演结果与理论计算结果一致。图4b是共和盆地恰不恰地区的实际地震记录,可以清楚地看到广角反射现象,记录面貌和正演结果一致。

2.3 宽线高覆盖技术

宽线、高覆盖结合可以提高采样密度,是解决目的层能量弱、信噪比低的有效手段。图5是花岗岩不同覆盖次数的照明效果图。从图中可以看出,200～600次随着覆盖次数的提高,目的层的照明效果越来越好,600～800次照明效果改善不明显,因此600次覆盖能够满足花岗岩勘探的需求。

图5 干热岩不同覆盖次数照明效果对比Fig.5 Comparison of lighting effects of different coverage times of hot dry rock

2.4 综合静校正技术

复杂地表区静校正是地震资料处理的关键技术, 研究区近地表地震地质条件横向差异大,整体高程为2 770～3 050 m,主体地貌为砂土山地和草场,局部高差较大。

常规的方法是对比高程静校正、层析静校正和折射静校正的效果,优选一种解决静校正问题。研究区干热岩目的层波阻抗差异小,不存在强反射界面,连续性差,3种静校正技术对资料成像精度改善效果均不明显。该文采用超级道剩余静校正技术改善花岗岩的成像精度,该方法与共地面点叠加法比较类似,由共炮点的超级道叠加生成相对应的炮点的叠加道与相应的模型道的互相关函数,估算出该炮点的静校正量,经计算炮点静校正量为-30～90。相对于常规算法,超级道剩余静校正前后同向轴连续性改善,信噪比得到提高,剩余静校正量收敛更稳定,精度更高,经多次迭代,可逐步改善成像效果,如图6所示。

图6 不同静校正方法叠加剖面对比Fig.6 Different static correction methods stack profile comparison

2.5 高保真去噪技术

共和盆地属于高原山地地貌,面波、线性干扰发育。采用常规先去噪后补偿的处理流程,由于远近偏移距能量差异较大,在进行强能量抑制时一定时窗内道数统计计算的平均振幅值容易抑制有效信号,因此采用先进行球面扩散补偿和地表一致性补偿,将深层的不同偏移距的能量补得相对均衡以后再去强能量干扰,可以最大限度地保留深层的有效信号。

2.5.1 线性干扰的多域消除

线性干扰是研究区地震资料比较严重的一种噪声。线性干扰的特点是其主频和视速度基本一定,它和有效波的不同在于最大真速度和有效波的视速度范围不同,因此可以利用干扰波与有效波之间的视速度差异进行抑制。以该工区资料为例,从单炮上看,工区线性干扰速度为100～2 000 m/s,有效波信号视速度在4 000 m/s以上,利用两者的速度差异可以对线性干扰进行初步抑制。但是,由于资料信噪比较低,线性干扰无法完全抑制,可以通过不同的数据域进一步抑制。该工区数据线性干扰在炮域和CMP域都不是非常明显,因此选择在检波点域抑制线性干扰,效果非常明显,线性干扰抑制后工区信噪比从0.6～0.8提高到1.2以上。

2.5.2 速度扫描监控去噪效果

由于深层有效信号能量弱,有效波速度难以确定,通过噪音叠加剖面判断有效信号是否损失难以实现,因此每步去噪后对噪音剖面按照网格20 m×20 m、速度间隔100 m/s进行常速扫描,判断有效信号是否损失,同时逐步确定深层速度。花岗岩的速度为3 500～6 000 m/s,通过该区段的速度扫描,噪音剖面上看不到有效信息,表明有效反射没有损失。经过几轮去噪后原始单炮背景干净,叠加剖面同相轴连续性增强,反射能量强,资料信噪比从去噪前的约0.6,最终提高到1.4以上,如图7所示。

图7 去噪前剖面与去噪后叠加剖面对比图Fig.7 Comparison of pre-denoising section and post-denoising superimposed section

2.6 精细速度分析

叠加速度调整是利用常速扫描、速度谱、动校正道集和叠加剖面等多种手段相结合进行调整,速度谱解释除要注意主能量团外,还要注意层间弱反射能量团,以突出层间弱反射。在实际处理中,精细的速度分析主要通过以下措施来实现：

1)广角反射技术

大偏移距采用高阶动校正以最大限度地利用远道信息,提高远偏移距成像质量。该工区最大偏移距在4 000 m以上,当偏移距大于3 000 m的道集成像时需要采用高阶动校正后才能拉平,远道信息才能最大限度的得到运用。

2)全方位、高精度速度扫描

在拾取速度过程中,考虑到区域地层速度变化情况不清,对该区采用高精度的速度扫描。常规地层按照200 m/s的间隔进行扫描,对该区采用100 m/s的间隔进行扫描,不会丢失弱信号层位。

3)超道集速度分析

由于深层信号弱,速度谱叠加段层位信噪比低,难以识别,应采用超道集叠加产生速度谱的方法,即常规地区采用11道生成叠加段,低信噪比区经过试验兼顾斜层成像应采用21道生成叠加段,采用超道集后速度谱叠加段的信噪比明显提升(如图8所示),有利于准确拾取速度。

图8 采用超道集前后速度谱对比Fig.8 Comparison of velocity spectrum before and after using super gather

4)优势偏移距速度谱分析

通过试验发现,小偏移距资料信噪比较低,远偏移距资料有效信号缺失,小偏移距(0～800 m)和远偏移距(大于3 500 m)对提高速度谱成像效果不明显。采用信噪比较高的中偏移距(800～3500 m)形成速度谱,可以减少干扰,提高速度谱质量。

3 应用效果

如图9所示,通过共和盆地地震采集及资料处理技术的应用,新剖面新生界沉积地层波阻特征明显,花岗岩顶面特征清楚,深层花岗岩内部信息丰富,达到了干热岩勘探需求。

图9 共和盆地干热岩新老剖面对比Fig.9 Comparison of old and new profiles of hot dry rocks in Gonghe Basin

4 结论

1)共和盆地地热资源储层主要为印支期花岗岩,资料信噪比极低,成像效果差。地震采集环节,可控震源扫描起始频率采用3 Hz有利于能量下传,提高深层反射能量和深层资料信噪比,是取得攻关突破的关键技术；通过2线1炮的宽线接收方式,将覆盖次数提高到600次,是提高花岗岩储层信噪比的有效技术手段。

2)地震资料处理环节,检波点域抑制工区的线性干扰和超级道剩余静校正处理技术是提高地震剖面信噪比的关键,精细速度分析是提高深层弱信号成像的有效措施。

3)地震勘探能够准确测定断裂位置、产状和热储构造,并不意味着其能解决干热岩勘探中的所有问题。干热岩勘探开发是一项系统工程,需要有针对性地综合运用重磁电震等多种地球物理方法,寻求最优解决方案。