聶明濤

(中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司，河北涿州 072751)

尼日爾A區(qū)塊采集方法研究與應(yīng)用.

聶明濤

(中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司，河北涿州 072751)

A區(qū)塊主要油氣發(fā)現(xiàn)位于地塹中，地震成像難度較大，常規(guī)三維采集效果不佳。為進(jìn)一步改善A區(qū)塊深層地震資料品質(zhì)，在采集方法設(shè)計(jì)中引入了基于PSTM的寬方位觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和基于高覆蓋與可控震源拆分技術(shù)的高效采集技術(shù)。結(jié)果表明，本次采集炮密度、道密度、有效覆蓋密度分別是以往采集的3倍、1.5倍、4.5倍，提高了空間采樣密度，使采樣密度更趨均勻，有利于疊前偏移成像。處理后疊前偏移剖面信噪比有大幅提高，淺、中、深層目的層覆蓋次數(shù)比以往觀測(cè)系統(tǒng)提高了4～5倍。同時(shí)綜合投入成本和疊前資料信噪比確定24L觀測(cè)系統(tǒng)為本區(qū)最優(yōu)“質(zhì)價(jià)比”。未來(lái)應(yīng)以獲得更適合疊前偏移處理的地震數(shù)據(jù)體為標(biāo)準(zhǔn)選擇觀測(cè)系統(tǒng)。

寬方位；觀測(cè)系統(tǒng)；PSTM；高覆蓋；可控震源；拆分技術(shù)

A區(qū)塊是中國(guó)石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)公司 (簡(jiǎn)稱CNODC)在尼日爾石油勘探的主戰(zhàn)場(chǎng)，2009—2011年，A區(qū)塊D斷裂帶探明億噸級(jí)含油區(qū)，落實(shí)和發(fā)現(xiàn)了5個(gè)千萬(wàn)噸級(jí)油藏[1]。但是受沙漠地表吸收衰減和地下構(gòu)造復(fù)雜的雙重影響，再加上以往地震采集多使用傳統(tǒng)的多臺(tái)多次組合激發(fā)和窄方位角觀測(cè)系統(tǒng)的限制，該區(qū)一直未能獲取滿足后期處理解釋需要的地震資料。為了達(dá)到精細(xì)勘探的目的，指導(dǎo)井位部署，加快油氣開(kāi)發(fā)步伐，迫切需要獲取更高精度的地震采集資料。

2013年，在新一輪地震采集方法攻關(guān)中，采用了基于高覆蓋的震源拆分技術(shù)，組合檢波優(yōu)化，基于PSTM的高覆蓋、寬方位觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等技術(shù)，在G&B項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用中取得了良好效果，為下一步區(qū)域鉆探、儲(chǔ)量預(yù)測(cè)及開(kāi)發(fā)提供了依據(jù)。

1 研究區(qū)特點(diǎn)及難點(diǎn)

1.1 地理概況

A區(qū)塊位于尼日爾境內(nèi)東南部，地處撒哈拉沙漠南緣，該區(qū)地形整體北高南低，東高西低，地面高差相對(duì)較小，海拔為290～440 m ，地表以沙丘為主，植被稀少，總體地勢(shì)平坦，適合可控震源高效采集作業(yè)。

區(qū)內(nèi)為典型的沙漠氣候，施工期主要在8—11月份。白天溫度可達(dá)50℃，夜晚最低為20℃左右，晝夜溫差大。在夏季間歇性出現(xiàn)沙塵暴天氣，影響采集，并對(duì)營(yíng)地設(shè)施造成破壞。

1.2 深層地質(zhì)條件

A區(qū)塊位于T盆地北部。T盆地經(jīng)歷早白堊世、古近紀(jì)—新近紀(jì)兩期裂陷活動(dòng)，形成了8個(gè)構(gòu)造單元。

T盆地在早白堊世為陸相箕狀斷陷，晚白堊世坳陷期大規(guī)模海侵，發(fā)育海相碎屑巖和碳酸鹽巖，古近紀(jì)—新近紀(jì)發(fā)育第二次陸相裂谷。D地塹和M斜坡是 A區(qū)塊的主體構(gòu)造單元，先前油氣發(fā)現(xiàn)主要位于D地塹，經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，斷裂復(fù)雜，斷塊發(fā)育，構(gòu)造破碎，反射波路徑嚴(yán)重扭曲，甚至可能存在大量反射空白區(qū)，地震成像難度較大。

1.3 勘探技術(shù)難點(diǎn)

本區(qū)主要存在以下技術(shù)與施工難題：

(1)地下構(gòu)造復(fù)雜，反射波成像條件差。主要油氣目標(biāo)區(qū)多位于裂谷盆地的地塹單元，構(gòu)造復(fù)雜，地震成像難度較大。

(2)地表沙丘起伏較大且砂質(zhì)松軟，對(duì)地震波產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸收和衰減，且次生干擾發(fā)育，影響激發(fā)和接收效果，單炮資料信噪比低。

(3)以往的三維觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)屬于常規(guī)三維，影響復(fù)雜構(gòu)造部位的成像效果。

2 技術(shù)對(duì)策

2.1 基于高覆蓋的震源拆分技術(shù)

據(jù)Malcom Lansely的研究結(jié)果：可控震源的信噪比與震源臺(tái)次、驅(qū)動(dòng)幅度、掃描長(zhǎng)度等的關(guān)系如下：

S/N=20lg{NVIBSFGF(NSWPSLSWPLENG)1/2}

(1)

式中NVIBS——震源臺(tái)數(shù)；FGF——驅(qū)動(dòng)幅度；NSWPS——每臺(tái)震源掃描次數(shù)；LSWPLENG——掃描長(zhǎng)度。

因此，國(guó)際上有些地球物理承包商采用單臺(tái)大噸位震源(6～9萬(wàn)磅)、增大掃描長(zhǎng)度(50 s)、加密炮點(diǎn)等方式進(jìn)行地震勘探作業(yè)。但在追求高品質(zhì)地震資料的同時(shí)，也需要兼顧成本，增加掃描長(zhǎng)度時(shí)地震波能量有所增強(qiáng)，但同時(shí)降低了交替掃描的采集時(shí)效，而增加掃描次數(shù)更不符合高效采集技術(shù)應(yīng)用條件。綜合考慮，交替或滑動(dòng)組合掃描成為震源施工的首選，通過(guò)組合掃描可以增強(qiáng)穿過(guò)沙層的一次性穿透能量，提高地震波的下傳能量。在滿足勘探任務(wù)和提高施工效率的前提下，合理選擇組合臺(tái)次，提高下傳激發(fā)能量[2]。

以往A區(qū)塊地震勘探多采用5臺(tái)×1/2次激發(fā)，生產(chǎn)效率很低。根據(jù)偏移技術(shù)對(duì)空間采樣的要求，增加空間上的采樣密度會(huì)使成像效果得到提升。經(jīng)分析，采用目前主流的可控震源勘探高炮密度采集技術(shù)，考慮到沙漠對(duì)能量的強(qiáng)吸收，為保證中深層有效反射能量，采用兩臺(tái)震源組合激發(fā)[3]。

圖1是該區(qū)采集的2臺(tái)×1次25m炮點(diǎn)距與5臺(tái)×1次50m炮點(diǎn)距疊前時(shí)間偏移剖面。

2×1次臺(tái)震源采集的單炮信噪比較5臺(tái)×1次稍低，但是成果剖面差異不大(圖1)，兩者對(duì)主要反射層位尤其是深層反射均有顯示，且前者保真度和分辨率都更高一些，更有利于地質(zhì)細(xì)節(jié)的刻畫(huà)，說(shuō)明2臺(tái)震源的能量可以穿透深層目的層達(dá)到有效反射。若提高覆蓋次數(shù)，信噪比將會(huì)得到大幅改善，這為在本區(qū)采用少臺(tái)次高效采集提供了依據(jù)[4]。

2.2 接收因素

檢波組合的目的是根據(jù)統(tǒng)計(jì)效應(yīng)來(lái)壓制面波，利用面波與有效波在傳播方向上的差異來(lái)提高資料的信噪比[5]。組合接收一般能更好地壓制干擾，提高信噪比，但是由于有效波和干擾波的頻率交互在一起，組合檢波在壓制噪聲的同時(shí)也損失了相應(yīng)頻率范圍內(nèi)的有效信息。這就需要根據(jù)不同地區(qū)干擾波發(fā)育情況采用適合該區(qū)的組合檢波方式[6]，不能為了增加單炮信噪比而盲目選擇多組合接收，這不僅增加野外放線作業(yè)工作量，也無(wú)法獲得頻率范圍更寬的地震采集資料，與主流高效采集配套方案發(fā)展方向相悖[7]。圖2是在該區(qū)開(kāi)展2串與1串組合接收的效果對(duì)比試驗(yàn)。

圖1 不同激發(fā)因素的PSTM剖面圖Fig.1 PSTM profiles of different excitation factors

圖2 1串檢波器與2串檢波器接收剖面效果對(duì)比圖Fig.2 A series of detectors and two series of detectors to receive cross-section comparison chart

由圖2可見(jiàn)，在激發(fā)參數(shù)相同的情況下，1串檢波器組合的剖面效果與2串檢波器組合的剖面效果基本相當(dāng)，且 1串接收剖面局部能量和連續(xù)性更優(yōu)。綜合考慮施工效率和成本，項(xiàng)目采用1串檢波器接收。

2.3 基于PSTM的觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了滿足日益豐富和完善的疊前偏移方法要求，地震采集的空間采樣密度朝著兩個(gè)方向發(fā)展：一個(gè)向高炮密度方向發(fā)展，一個(gè)向高道密度方向發(fā)展。炮密度和道密度都很高時(shí)資料效果最理想，但勘探成本會(huì)很高，在野外采集觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須有所取舍。高炮密度觀測(cè)適合積分類疊前偏移，高道密度的野外采集資料可通過(guò)差分類疊前深度偏移獲得高精度的偏移成像結(jié)果。為了提高積分類疊前偏移成像效果，目前普遍采用的做法是適當(dāng)降低原始單炮信噪比，大幅度提高炮點(diǎn)的空間采樣密度，改善三維數(shù)據(jù)體的屬性，為積分偏移成像創(chuàng)建一個(gè)較好的初始條件，資料信噪比問(wèn)題最終通過(guò)高覆蓋解決[8-10]。

疊前偏移對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)有著較強(qiáng)的依賴性,屬性好的觀測(cè)系統(tǒng)可以有效提高疊前偏移成像效果。常規(guī)三維觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目的是得到規(guī)則采樣的疊加數(shù)據(jù)體，能夠用疊后偏移進(jìn)行成像。疊前偏移成像對(duì)地震觀測(cè)系統(tǒng)提出了更高的要求，基于疊前偏移成像要求設(shè)計(jì)觀測(cè)系統(tǒng),對(duì)充分發(fā)揮疊前偏移技術(shù)優(yōu)勢(shì)、提高地震成像精度具有重要意義[11-12]。

PSTM信噪比一定程度上反映了疊前偏移成像質(zhì)量，疊前偏移剖面信噪比公式為：

(2)

式中Rm——疊前偏移剖面信噪比；R0——原始資料信噪比；D——覆蓋密度；RI——道距；SI——炮點(diǎn)距。

(3)

式中SLI——炮線距；NRT——單線接收道數(shù)；NRLn——接收線數(shù)。

由公式可知，觀測(cè)系統(tǒng)的覆蓋密度決定了疊前偏移剖面的信噪比。有效覆蓋密度由偏移孔徑內(nèi)接收道數(shù)和炮密度決定。

表1為本研究采集方法與以往三維采集參數(shù)對(duì)比。對(duì)比可見(jiàn)，本次采集在覆蓋次數(shù)、總接收道數(shù)、炮道密度方面都大幅增加，炮密度是以往采集的3倍，道密度是以往采集的1.5倍，有效覆蓋密度是以往采集的4.5倍，提高了空間采樣密度，同時(shí)也使采樣密度更趨均勻，有利于疊前偏移成像。

根據(jù)式(1)至式(3)可得出表2的計(jì)算結(jié)果。

圖3、圖4 所示為以往三維采集與本次研究攻關(guān)采集方案的觀測(cè)系統(tǒng)屬性對(duì)比分析。綜合表2、圖3、圖4結(jié)果可見(jiàn)，本研究采集方法疊前偏移剖面信噪比有大幅提高，觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)淺、中、深層目的層覆蓋次數(shù)比以往觀測(cè)系統(tǒng)提高了4～5倍。

表1 本研究采集方法與以往三維采集參數(shù)對(duì)比表

表2 本研究與以往采集方法PSTM信噪比定量計(jì)算對(duì)比表

圖3 觀測(cè)系統(tǒng)屬性對(duì)比圖Fig.3 Comparison of observation system properties

圖4 不同目的層有效覆蓋次數(shù)分布圖Fig.4 Distribution of effective coverage times for different layers

3 應(yīng)用效果

3.1 寬方位試驗(yàn)效果

為對(duì)比30 L寬方位(橫縱比0.83)觀測(cè)系統(tǒng)與24 L(橫縱比0.66)觀測(cè)系統(tǒng)采集資料的差異，在工區(qū)部署寬方位三維地震采集試驗(yàn)區(qū)域。試驗(yàn)區(qū)深層目標(biāo)相對(duì)較淺(3000 m)，兩個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)在目的層橫縱比為1，實(shí)現(xiàn)了全方位觀測(cè)。兩種觀測(cè)系統(tǒng)PSTM剖面效果對(duì)比分析可見(jiàn)，30 L觀測(cè)系統(tǒng)在中深層成像效果稍好于24 L，但差異并不明顯(圖5)。綜合投入成本和疊前資料信噪比確定24 L觀測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到最優(yōu)“質(zhì)價(jià)比”。

圖5 寬方位三維地震采集結(jié)果對(duì)比圖Fig.5 Wide azimuth 3D seismic acquisition results comparison chart注：紅線代表目的層段主要差異對(duì)比窗口。

3.2 生產(chǎn)采集效果

通過(guò)本次疊前(圖6c)、疊后(圖6b)剖面效果對(duì)比，以及疊后剖面(圖6c)與以往成果資料(圖6a)對(duì)比可得出：適合疊前偏移的數(shù)據(jù)體不一定適合做疊后偏移(水平疊加)，最終疊前偏移剖面效果才是采集資料優(yōu)劣的有力證據(jù)。因此，不要以原始單炮資料的信噪比或水平疊加剖面的優(yōu)劣來(lái)評(píng)價(jià)野外地震采集資料的品質(zhì)。

圖6 不同處理時(shí)間及處理方法的地震剖面效果對(duì)比圖Fig.6 Comparison of seismic profiles with different treatment times and treatment methods

本次三維地震勘探在激發(fā)、接收和觀測(cè)系統(tǒng)等方面較以往采集方法都有大幅改進(jìn)，A區(qū)塊剖面成像質(zhì)量有了較大幅度的提高，PSTM剖面深層目的層同相軸更連續(xù)、斷塊結(jié)構(gòu)特征清楚；中淺層地層接觸關(guān)系更明確、構(gòu)造刻畫(huà)清晰、地層產(chǎn)狀特征明顯。

4 結(jié)論

(1)可控震源拆分技術(shù)在本區(qū)有一定效果，資料品質(zhì)得到很大改善，證明了基于高覆蓋的震源拆分技術(shù)在本區(qū)是可行的。

(2)隨著去噪技術(shù)的提高，原始資料的寬頻相對(duì)于高信噪比對(duì)后期處理更為重要，所以地震采集過(guò)程中不能盲目追求組合檢波所帶來(lái)的單炮高信噪比。

(3)寬方位觀測(cè)系統(tǒng)有效改善資料剖面品質(zhì)，但野外采集方法設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮獲取高品質(zhì)地震資料和勘探成本投入兩方面的因素，尋求最優(yōu)“質(zhì)價(jià)比”。

(4)PSTM處理是當(dāng)前主流處理手段，地震采集方法設(shè)計(jì)時(shí)需要從疊前偏移的角度出發(fā)，以能獲得更適合疊前偏移處理的地震數(shù)據(jù)體為標(biāo)準(zhǔn)選擇觀測(cè)系統(tǒng)。

(5)單炮資料信噪比的高低不再是衡量采集資料優(yōu)劣的唯一標(biāo)準(zhǔn)，最終的疊前偏移剖面效果才是采集方法成功與否的有效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

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Acquisition Research and Application of Block A in Niger

Nie Mingtao

(BureauofGeophysicalProspectingInc.,CNPC,Zhuozhou,Hebei072751,China)

Block A major oil and gas discoveries are located in the graben, seismic imaging is more difficult, the conventional three-dimensional acquisition of poor results. To further improve the quality of deep seismic data in Block A, the wide azimuth observation system based on PSTM and the high efficiency acquisition technology based on high coverage and controllable vibrator are introduced in the design of acquisition method. The results show that the density, channel density and effective coverage density are three times, 1.5 times, 4.5 times,and the spatial sampling density is improved and the sampling density is more uniform, which is favorable for prestack migration imaging. The SNR of pre-stack migration profile is greatly improved, and the coverage of shallow, middle and deep target layers is increased by 4～5 times compared with the previous observation system. While the 24L observation system is the best "quality price ratio" in this area. The input cost and the pre-stack data SNR are determined. In the future, the observing system should be selected as the standard to obtain the seismic data volume which is more suitable for pre-stack migration.

wide azimuth; observation system; PSTM; high coverage; vibrator; resolution technique

聶明濤(1983—)，男，工程師，主要從事石油地震采集資料現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)控和采集方法研究工作。郵箱：niemingtao@cnpc.com.cn.

TE122

A