川西南页岩气勘探三维地震资料采集质量提升措施

段文燊，吴朝容，涂远艮

1.中国石化西南油气分公司（四川 成都 610041）2.成都理工大学地球物理学院（四川 成都 610051）

0 引言

四川盆地海相页岩气领域的寒武系筇竹寺组[1]、奥陶系五峰组-志留系龙马溪组、二叠系梁山组[2]等层系，在近10年实现了页岩气勘探的重大发现，川南、川东地区五峰-龙马溪组提交探明储量已超过10 000×108m3。川西南页岩气勘探以寒武系筇竹寺组为主要目的层，2010年，威201井获得初产2 000 m3/d的页岩气流；2015年，JY1HF井实现水平井压裂突破，获页岩气产量59 500 m3/d，揭示筇竹寺组“不穷”，具有较好的页岩气勘探潜力。前期，不同学者从不同角度对筇竹寺组的地层划分、沉积环境、地球化学[3]、储层特征[4]、含气性、工程改造条件[5]及成藏特征与资源潜力[6]等进行了大量研究，但关于页岩气三维地震勘探采集技术的文献较少[7-8]。常规天然气勘探开发一般采用直井、定向井，而页岩气勘探开发主要采取水平井[9]，并进行体积压裂，为提升小于20 m的筇竹寺组薄层优质页岩层的钻遇率[10]，对基于地震资料的构造和储层预测精度提出了更高的要求，亟需提高三维地震勘探的质量。提升三维地震资料质量必须从采集源头抓起，该区的采集面临地表岩性复杂、存在煤矿采空区、环境干扰大等不利因素和采集难点，因此，笔者近年组织研究团队开展了川西南地区以筇竹寺组页岩气为主要目标的三维地震勘探的采集方案部署论证、采集观测系统设计、采集方法技术的研究，组织了相关项目的实施，形成了资料采集质量提升的系列措施，获得了较好的成效，对页岩气勘探开发提供了重要支撑。

1 三维地震勘探资料采集观测系统

1.1 基本地震地质条件

JY探区位于四川盆地西南（简称“川西南”），地表主要为侏罗系地层，总体地震地质条件良好（图1a），地表以丘陵地形为主，相对高差不大，海拔在330~600 m，穿过的微地貌包括河谷、丘陵山脊、山谷等，不同局部地貌高程有差异（图1b）。其中，工区西南部的岷江河谷、工区中南部的煤矿、局部的灰岩出露区等，属于不利于地震勘探的地表地质条件。因此，在三维地震勘探的部署、设计、施工设计、点试验、线束试验等阶段都需针对性地结合地震地质条件进行比对分析，实现地质与物探的有机结合。

图1 工区地质与地形图

1.2 地震资料采集观测系统设计

由于页岩气勘探开发主要采用水平井来实施，因而对三维地震资料构造成图的精度、裂缝发育带预测、地应力反演等均提出了更高要求，也聚焦了地震资料采集设计的目的——获得满足构造精细解释、页岩储层参数反演、裂缝发育带预测等需要的地震资料。

工区设计了细分面元复合模板观测系统，该观测系统综合了观测系统的有效性、经济性和可实施性，通过震源点和检波点的优化布置，获得“微面元”或“子面元”，减少炮点数量，控制采集成本。在筇竹寺组页岩主要目的层，可以获得较高的覆盖次数、均匀的炮检距分布、合适的最大非纵距以及由浅至深的较高的纵横比参数，可以实现较好的方位角均匀性，具有较好的过障碍物与抗干扰源能力，也有较好的经济适用性，能够满足页岩气勘探的需要。

实例工区的三维地震资料分两期进行采集，I期地震资料采用24L4S224T2R84F、II期采用24L4S256T2R96F细分面元复合模板观测系统（表1），II期观测系统根据工区西部埋深加大的趋势增加了最大炮检距，提高了覆盖次数。

表1 JY探区三维观测系统参数

2 三维地震资料采集质量提升措施

2.1 地震资料采集主要采集参数

野外地震资料采集采用SN428XL数字地震仪，采样间隔1 ms，记录时长6 s，记录格式SEG-D，记录极性为监视记录初至下跳，磁带记录初至振幅值为负。通过分析、试验和研究，形成了该区采集用关键施工参数。

在激发方面，采用井炮炸药激发，井深药量按地表地质条件不同分别确定。白垩系-侏罗系砂泥岩区采用井深≥18 m、药量10~14 kg；疏松砂岩区井深≥20 m、药量12~14 kg；河滩卵石区，单井井深≥16 m、双井组合井井深2×10 m，药量12~14 kg；泥灰岩及疏松砂岩出露区，井深≥18 m，药量10~12 kg；煤矿采空区，井深≥18 m、药量2~8 kg。

在接收方面，采用20DX-10 Hz检波器接收，组合方式为6×2（单串6个检波器，2串）圆形面积组合为主（半径2 m），组内高差小于1 m，检波器采用挖坑埋置，坑深≥20 cm，特殊地段采用“垫土、贴泥饼”等方法埋置。

2.2 地震勘探资料采集质量提升针对性措施

针对该区地表地质条件特点和影响采集质量主要因素，围绕主要页岩气目的层，为满足提高信噪比和分辨率，降低环境噪音和障碍物影响，保证施工安全、保护高频弱信号、保证均匀性等的采集技术要求，通过深入研究和多年实践，从3个方面针对性制定了野外地震资料采集质量提升的技术措施和质量控制方法（表2）。

2.2.1 改善激发质量的措施

通过对前期二维地震勘探资料的质量分析，笔者认为，差异性的地表出露岩性是影响激发效果的主要因素。工区大部分区域为白垩系-侏罗系砂泥岩出露区，具有良好的激发条件，但是在工区南部的灰岩和疏松砂岩出露区、岷江河滩卵石区，激发效果较差，对资料品质产生较大影响。通过深化研究和多年实践，形成了针对性改善激发质量的措施。一是针对地表出露岩性差异影响资料分辨率和一致性等问题，加强对工区地质条件的全盘掌握和炮井部署的系统谋划，形成了4个要点（表2）；二是经过模拟和试验，形成了“打穿疏松砂岩、河滩卵石区多类型钻机成单深井、灰岩出露区针对性加炮”等针对性措施，解决了特殊复杂区域的激发效果问题（表2）。

2.2.2 减少地表障碍影响的措施

对于该区存在煤矿、河流、水库、城镇等大型障碍，容易形成炮点、检波点分布不均匀和施工安全、地质灾害等问题，制定了针对性措施。一是确认煤矿、河流、水库、城镇等地表障碍物的分布范围，细化观测系统方案，合理变观局部炮检点设计、开展二次测量复核点位、严控丢点和加点、航拍照片复核等措施（表2），保证了炮点、检点布设的合理性，为观测系统属性均匀性提供了基础；二是针对现有煤矿区、采空区地震资料采集激发接收困难，资料品质较差和安全施工问题，开展正演模拟分析，优化施工设计，形成了“全面落实煤矿现状、精确测量煤矿巷道、合理划分风险区域、增加炮点增强激发、停工停产确保安全”等措施（表2），确保了过煤矿区炮点、检点合理变观，也获得了较好的煤矿区采集资料。图2为煤矿采空区正演模拟效果图，（a）图为在煤矿采空区正上方的模拟剖面，（b）图为在煤矿采空区边部的模拟剖面，揭示在采空区外侧可以获得更好的激发接收效果。

图2 煤矿采空区正演模拟

2.2.3 改善接收质量的措施

该区地震资料接收效果主要受检波点埋置位置地表条件、环境因素和外界厂矿等干扰影响，针对该类问题形成了2方面针对性措施（表2）。一是加强对埋置环境的分析，包括埋置点岩性、含水性和植被发育等因素的分析，形成针对性措施；二是针对环境噪音影响接收效果问题，采取控制环境噪音措施提升接收效果。在工区实现全覆盖的环境噪音调查，形成了“针对厂矿机械干扰、停机停产控制干扰；针对人文交通影响、尽量夜间激发接收，避免刮风下雨采集、保护高频较弱信号”等针对性措施，确保采集资料品质。

表2 JY探区三维地震勘探资料采集质量提升针对性措施汇总

3 效果分析

通过针对性措施的实施，有效保证了单炮质量，显著提升了地震资料采集质量，已完成的JY三维工区原始单炮记录一级品率在90%以上，高于行业规范要求的一级品率大于80%以上的要求。叠前时间偏移成果剖面具有较高的信噪比、分辨率和较强的层次感，对页岩气勘探开发具有重要支撑作用。

3.1 单炮资料效果分析

通过对不同岩性激发的单炮资料的比对，表明砂泥岩区具有更高的信噪比和较宽的优势频带，筇竹寺组在砂泥岩出露区（图3a），频宽7~70 Hz、主频28 Hz、优势频带7~43 Hz；疏松砂岩区（图3b），频宽7~66 Hz、主频27 Hz、优势频带10~42 Hz；泥灰岩区（图3c），频宽8~56 Hz、主频26 Hz、优势频带15~40 Hz。通过对全区的系统分析，显示白垩系、侏罗系上沙溪庙组砂泥岩中激发的单炮品质最高，侏罗系下沙溪庙组砂泥岩区激发的单炮品质次之，在第四系河滩卵石、侏罗系自流井组泥灰岩出露区及煤矿采空区激发的单炮品质相对较差，但资料总体上能满足采集设计的要求和地质需求，表明上述针对性措施的有效性。此外，在相同位置，新采集的三维地震资料单炮记录（图4b）与2009年采集的二维地震勘探单炮记录（图4a）质量对比，干扰得到了有效控制，资料质量变化明显，三维资料的分辨率更高，保真度更好。尤其是在1.5 s的页岩气目的层段，优势频带由5~25 Hz拓宽到了5~45 Hz（图4c）。

图3 采集单炮对比图

图4 新旧采集单炮对比图

3.2 监控处理剖面效果

选择区内相近位置的监控剖面进行对比（图5），揭示主要目的层（右侧标注1.75~2 s）筇竹寺组新剖面比老剖面信噪比更高、连续性好、断点清楚，波组特征清晰，构造特征更加清晰。频谱分析筇竹寺组层段主频30 Hz，频宽为2~65 Hz。高质量的三维地震勘探成果资料，可以满足构造精细解释和页岩气储层预测的需要，基于此资料实施的JY1HF水平井，页岩气气层、含气层钻遇率达到100%，验证了三维地震资料的可靠性。

图5 叠前时间偏移成果剖面图

4 结论

1）针对四川盆地西南三维地震勘探，通过优化采集观测系统设计，形成了具有较好的过障碍与抗干扰源能力，经济适用的细分面元复合模板观测系统，满足了页岩气勘探的需要。

2）针对煤矿、河流、灰岩出露、大型城镇等难题，形成了“优化工区激发参数、量化炮井井深药量、细化煤矿观测系统、确保点位分布均匀、控制人文和自然环境噪音”等针对性的技术措施，保证了资料的采集质量。

3）关于四川盆地疏松砂岩和卵石覆盖区的激发接收问题，目前仅从现象和试验效果进行了分析和制定对策，尚缺乏炸药与不同类型岩性间耦合原理的深化研究和试验。

致谢：对所使用的中国石化相关采集项目的资料深表谢意！