黄土塬地震资料采集方案优化与应用探析

刘成立

（中海油田服务股份有限公司物探事业部，天津 300459）

黄土塬又称黄土平台、黄土桌状高地，塬是中国西北地区群众对顶面平坦宽阔、周边为沟谷切割的黄土堆积高地的俗称，黄土塬表层地质复杂，由于黄土疏松，弹性差，速度低，被认为是地震勘探上世界级难题。我国陕西省是黄土塬分布的中心区域，该区域天然气及煤层气资源量大，为推动陕西省相关区块的油气以及煤层气勘探开发进度，大量油气公司在陕西黄土塬区域部署地震勘探采集任务。本文通过讨论黄土塬地震勘探实际项目，介绍了提高黄土塬地震采集资料质量的建议。

1 黄土塬地震勘探难点

本项目区域位于陕西省榆林市境内，地处鄂尔多斯盆地东缘，为典型的黄土塬地貌，地表经长期侵蚀切割形成塬、梁、峁、坡、沟的复杂地形，河流沟系多以树枝状分布，大部分沟系为黄土冲沟，沟系流水属季节性流水，冲沟中两岸地势陡峭。该区汛期易发生滑坡、塌方现象，特别是区域内多为土路，降雨会冲毁道路，使交通条件更为恶化，合理的施工季节窗选择对施工安全和施工效率都会产生很大影响[1]。

1.巨厚的黄土地形起伏剧烈，近地表岩性变化快，不同区域激发接收差异大，表层巨厚黄土层吸收衰减严重，主频低，频带窄，静校正问题突出。工区地形复杂，地势起伏变化剧烈。地表被较厚的黄土覆盖，并被后期雨水、河流冲刷得支离破碎，沟壑纵横，形成了树枝状冲沟及塬、梁、峁、坡独特黄土山地地貌，相对高差达到了20m～300m，黄土塬区低降速带厚度在0m～100m 之间。在川道和沟底低降速带厚度相对较薄。低速层在300～800m/s，岩性为黄土，干黄土厚度多在3m～9m；降速层在700～1500m/s，岩性为红土与含水粘泥层互层并存在砾石层；高速层在2000～4700m/s，岩性为基岩风化层和基岩。

2.黄土塬高程变化剧烈，表层岩性变化快，低降速带厚，吸收衰减严重，频带窄，激发参数选择难。

3.巨厚的黄土层对反射上来的有效能量也有强烈的吸收作用，使得地震记录的信噪比极低。

4.鉴于地表条件复杂，沟壑纵横，炮点排列布设困难，地震勘探技术设计困难。

5.黄土塬地表起伏剧烈、地下岩性复杂多变，姜石砾石发育，炮点设计难、钻井难度大。

2 以往资料分析

近年的二维采集施工主要沿沟设计弯线采集，测线分散、成网性差、测网密度稀，测网闭合误差较大，仅能控制大的构造变化。同时弯曲测线地下CDP 离散，反射点偏移归位差，影响构造准确解释和反演精度[2]。

2.1 以往二维单炮资料分析

区内主要发育面波、折射波等规则干扰，以及环境噪声、车辆干扰等不规则干扰。不同岩性单炮资料品质差异较大，岩石区激发的单炮在BP（80～160）Hz还可见到目的层的反射信息，频带较宽；红土区激发的单炮在BP（70～140）Hz 可见到较弱目的层的反射信息；黄土区激发的单炮在BP（60～120）Hz 难以见到目的层的反射信息，频带较窄。为保证不同岩性区的资料品质，本次勘探应做好详细的表层调查工作，分区设计激发参数。

2.2 以往二维资料与邻区三维资料对比

1.与邻区三维地震资料相比，以往二维地震资料信噪比、分辨率低，难以满足薄储层刻画需求。

2.同一位置，二维资料振幅保真性差、河道特征不清晰，三维资料能够刻画河道反射特征。

3.三维资料最终偏移成果的主频40Hz，频宽5Hz～75Hz，二维资料最终偏移成果的主频约为23Hz，频宽7Hz～56Hz。主频较低，频宽较窄。

2.3 邻区三维资料应用分析

受到地质条件等因素影响，地震资料在应用中存在几方面问题，具体表现在：

1.受地表岩性差异及煤矿采空区等影响，地震资料信噪比偏低，地震保幅性较差。

2.煤层的岩石物理特征为低密度、低速度、低阻抗，形成强反射系数界面，在地震上表现为强反射。砂岩、气层受煤层强反射影响，地震响应特征难以识别，地震纵向分辨率不足。

3.叠前道集品质差，部分区域道集AVO 规律与钻井不符，影响叠前反演结果可信度。

2.4 以往资料分析结论

1.单炮整体能量稳定，不同表层岩性单炮资料品质差异较大。

2.该区表层地震地质条件复杂，静校正问题突出。

3.二维资料存在不同批次能量差别大，闭合差问题明显，与三维资料对比，信噪比、分辨率和保幅性较差，目标体刻画不清，难以提供有效的勘探数据支持。

3 黄土塬地震勘探应对措施

通过以上资料和工区地震条件的分析，本区地震资料主要存在以下问题：

1.信噪比较低，构造成像效果不佳。

2.主频低、频带窄，分辨率不够。

3.工区静校正问题突出，影响成像效果。

在采集技术参数方面，本项目聚焦地质目标，抓住黄土塬的“信噪比低、频带窄”的资料特点，主要是采取“高覆盖、长排列、宽方位观测系统”的采集技术对策：

1.采用高覆盖采集，改善叠前偏移效果，提高资料的信噪比，改善目的层成像效果，提高储层预测的精度。

2.采用宽方位观测，获取各方位地震资料信息，满足OVT 处理要求，有利于小断裂的识别、提高小断层、裂缝和薄储层预测的精度。

3.采用长排列接收，有利于AVO 分析，更有利于满足叠前储层预测对地震资料的要求；接收到深层的反射信息，提高深层的成像效果。

在地震资料采集施工方面，针对黄土塬地质特征，为获取两宽一高地震资料，提出五项针对性对策。

3.1 构建表层结构模型，摸清岩性分布情况

为克服黄土塬巨厚的黄土地形起伏剧烈，近地表岩性变化快，静校正问题突出，本项目全区搭建2*2km微测井和0.48*0.48km 岩性调查网格，在斜坡等岩性过渡带加密岩性调查点，结合大钻的近地表资料和往期层析数据，构建表层结构模型[3]。

1.通过岩性分级调查方式，开展全工区基岩面调查，精细表层调查模型沿冲沟区域调查开展了基岩出露情况，得出工区基岩面坐标、高程数据；通过基岩面控制点数据收集为基础，获得工区内基岩顶界面数据；根据地表高程数据及基岩顶界面求得黄土层厚度。

2.通过已完成的微测井建立速度、厚度模型，结合岩性调查点位数据，确定岩性分区并求取湿黄土埋深。

3.在岩性分界地区适当加密岩性调查点，合理增加微测井点，结合老资料情况进行相互印证，优化模型。建立精准的潮湿黄土厚度模型，逐点设计激发因素，确保在含水性较好的湿黄土顶界面下5m 或8m 激发，提高资料主频，拓宽资料频带[4]。

3.2 精细化激发因素试验，优选施工参数

针对黄土塬高程变化剧烈，表层岩性变化快，低降速带厚，吸收衰减严重，频带窄，激发参数选择难；本项目中精细化激发因素试验，优选激发和接收参数。以提高分辨率为目标，确保黄土区和岩石区能量和频带一致性，细分薄黄土，开展少井、深井参数试验，拓宽频带。在老资料基础上开展了井深、药量、井数等详细的对比试验，共计完成6 个点94 炮的试验工作，优选适合黄甫地区三维地震勘探的最佳激发因素。

1.按照“黄土厚度分区、坡度分区、岩性分区”的原则差异化设计。

2.按照“五避五就”原则，优先在优质炮点区布设激发点。

3.宏观上确保炮点分布均匀，根据需要适当加密炮点。

4.以提高分辨率为目标，加强试验，以点、线试验为基础，优选激发和接收参数。在分析总结以往老项目试验的基础上，优选激发岩性、井深和组合井数，开展试验工作。将薄黄土（H ＜50m）进一步细分，优化激发参数；红土区细分为干、湿红土。

3.3 依托科学的观测系统，提高资料信噪比

针对巨厚黄土层对反射上来的有效能量也有强烈的吸收作用，使得地震记录的信噪比极低问题，本项目依托科学的观测系统利用节点仪在采集作业中的优势，在黄土山地采用“高密度”采集，利用“两宽一高”的采集方法，在保证资料信噪比的前提下，提高资料分辨率，满足勘探开发地质需求。

3.4 充分利用调查成果，合理设计炮点和检波点

针对地表条件复杂，沟壑纵横，炮点排列布设困难，地震勘探技术设计困难。

本项目采用陆地节点设备作为采集设备，减少检波点布设困难，同时加强对高清航测卫片与尽职调查成果的利用，合理设计炮点和检波点，克服地震勘探技术设计困难[5]。

1.基于高清航测卫片与尽职调查成果，加强工区岩性分析，以“提高目的层地震分辨率”为导向逐点设计炮点，预设计合理炮点方案。

2.在较宽沟壑区及沟底增加井炮及震源，通过室内外分析论证，保证点位均匀、浅层资料无缺口。

3.针对黄土山地区钻井施工难题开展针对性攻关。细分区域，在塬顶、上半坡、下半坡等部位提前完成岩调点，进行岩性和时效记录。

4.采用可控震源对人口、城镇、具备震源施工条件道路及厂区密集区域及时采用可控震源，达到满覆盖要求。

3.5 准确制定钻井方案，全力保证钻井质量

针对地表起伏剧烈、地下岩性复杂多变的不利因素，保证钻井质量是获取优质资料的关键。本地区岩性复杂多变，黄土、红土、岩石、砾石交互出现，钻井施工难度大，为保证项目钻井工序顺利开展，按照工区岩性以及钻机适应性进行细致分区，把钻机分配方案落实到工区具体位置、保质保量确保钻井工序生产节奏[6]。

1.根据工区岩性情况，提前准备洛阳铲加配破石铲、炮筒，气动钻加配螺旋短钻杆，风钻加配泥浆泵，跟管钻加配套管，以及四轮钻、拖拉机钻等不同钻机。

2.结合工区岩性调查结果，根据钻机性能以及地形情况，详细制定钻机分配方案，落实到具体位置（桩号点位、激发方式、钻机类型），钻井任务分配前，派遣专人对钻机分配方案进行核实调整，确保钻机分配方案可靠有效。

3.钻井过程中，井监现场检查，确认钻机分配合理性，遇到特殊情况及时上报，进行钻机类型调整。

4.洛阳铲：适用于黄土层、薄料姜石层和薄胶泥层，无法处理厚度大的胶泥和料姜石层、较大颗粒的料姜石层，可用于塬顶、坡体高部位。

5.山地钻：适用于需钻进基岩的区域，可用于坡、沟部位钻井。

6.气动钻：适用于料姜石层和硬胶泥层，可用于坡、沟部位钻井，还可用于塬顶洛阳铲无法穿透的情况。

7.跟管钻：适用于河滩容易垮塌区域，需套管固定井口。

8.水钻：适用有砾石河床。

4 地震资料分析与认识

1.本项目开展了详细的表层结构调查，查明区内岩性分界和潮湿黄土顶界面，保证在潮湿黄土内、胶泥层或岩下激发，针对不同的岩性分布选用合适钻具，确保本区钻井成井达到设计要求，保证激发效果，是获得好资料的关键。

2.通过详细踏勘工区，本项目采用全节点和独立激发采集模式，提高采集任务完成效率。

3.二、三维资料对比及应用效果表明，本项目三维资料在成像精度、储层预测等方面具有明显优势。

5 结语

黄土塬地震勘探由于表层地质复杂，黄土疏松，弹性差，速度低，被认为是地震勘探上世界级难题，主要难点表现在表层巨厚黄土层吸收衰减严重，主频低，频带窄，静校正问题突出，激发参数选择难，因沟壑纵横，岩性复杂多变，炮点排列技术设计困难，钻井难度大，使得地震记录的信噪比极低。本项目通过构建准确的表层结构模型，摸清岩性分布情况，精细化激发因素试验，优选施工参数，同时依托科学的观测系统，准确制定钻井方案，提高资料信噪比，最终取得了优质的地震资料。