趙雨晴

（中國(guó)石化石油工程地球物理有限公司華北分公司，河南鄭州 450000）

隨著勘探開(kāi)發(fā)工作的深入，早期三維地震資料無(wú)法滿足復(fù)雜小斷塊、復(fù)雜巖性、構(gòu)造–巖性油氣藏勘探的需求。在勘探開(kāi)發(fā)程度高的地區(qū)開(kāi)展二次地震采集是勘探開(kāi)發(fā)工作的必然需求，而在油氣田采油區(qū)、生活區(qū)，地下輸油管線密集、地面樓房林立，許多密集建筑群無(wú)法進(jìn)行人工震源激發(fā)，造成激發(fā)點(diǎn)空炮，影響地下目的層地震反射信息的采集。因此，需要研究密集建筑物下方目的層段地震反射信息的地震采集觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

針對(duì)城鎮(zhèn)進(jìn)行地震資料采集，前人做了大量的研究工作，并取得了一定的勘探效果[1–2]。這些研究通常是在密集建筑群兩側(cè)沿接收線正、反兩個(gè)方向加密激發(fā)點(diǎn)施工，沒(méi)有考慮增加接收道數(shù)對(duì)覆蓋次數(shù)的貢獻(xiàn)。當(dāng)?shù)V區(qū)范圍較大時(shí)，這些方法無(wú)法保證目的層段覆蓋次數(shù)。本文基于目的層分析，按照炮道互換原理，采用增加接收道數(shù)的方法在礦區(qū)施工，保證了目的層段地震反射信息采集的完整性，取得了較好的地震采集效果。

1 地震資料采集技術(shù)難點(diǎn)

魏崗礦區(qū)是油田職工生活和工作的基地，地下為南陽(yáng)凹陷魏崗鼻狀構(gòu)造帶。魏崗鼻狀構(gòu)造帶處在牛三門(mén)生油次洼與東莊生油次洼之間，是油氣運(yùn)移指向區(qū)，1971年在該構(gòu)造帶上發(fā)現(xiàn)了魏崗油田。鼻狀構(gòu)造主體部位為應(yīng)力集中區(qū)，發(fā)育北東、北東東與北西向多組斷裂[3–4]。地面建筑物密集，給地震資料采集造成諸多難點(diǎn)。

1.1 地表?xiàng)l件復(fù)雜

礦區(qū)建筑密集，民居最窄處僅3～5 m，大部分道路寬度不超過(guò)8 m。采油作業(yè)設(shè)施較多，工業(yè)電網(wǎng)、地下管網(wǎng)密集。

1.2 地下構(gòu)造條件復(fù)雜

目的層埋藏較深，鼻狀構(gòu)造帶主體部位是應(yīng)力集中區(qū)，斷裂發(fā)育、構(gòu)造破碎。斷塊油藏規(guī)模較小，圈閉面積僅為0.1～0.5 km2。側(cè)向上油層受斷塊局限，具有斷塊含油高度小、含油條帶窄的特點(diǎn)，含油高度一般為50～80 m，含油寬度一般為80～160 m，垂向上油藏呈“牙刷式”分布。

2 技術(shù)方法

針對(duì)礦區(qū)地表建筑物密集、勘探目的層構(gòu)造復(fù)雜的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)觀測(cè)系統(tǒng)時(shí)，既要考慮地下地質(zhì)目標(biāo)的特點(diǎn)，又要考慮地表施工的復(fù)雜性。在現(xiàn)場(chǎng)踏勘的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析計(jì)算激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)，盡量消滅淺層地震資料缺口，保證目的層段覆蓋次數(shù)、炮檢距分布均勻。

2.1 定量計(jì)算觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)

（1）正演模擬確定面元。根據(jù)研究區(qū)斷裂發(fā)育、構(gòu)造復(fù)雜的特點(diǎn)，利用目的層解釋層位、斷層數(shù)據(jù)與垂直地震剖面（VSP）測(cè)井速度建立地質(zhì)模型。通過(guò)正演模擬對(duì)比分析，在滿足橫向分辨率和目標(biāo)地質(zhì)體識(shí)別要求的情況下，確定面元大小[5–6]。

（2）覆蓋次數(shù)定量分析。覆蓋次數(shù)是壓制干擾，提高地震資料信噪比的重要參數(shù)，在一定的范圍內(nèi)，覆蓋次數(shù)與信噪比呈正相關(guān)關(guān)系。為了確定覆蓋次數(shù)，依據(jù)礦區(qū)內(nèi)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和前期原始單炮地震記錄，通過(guò)計(jì)算得到魏崗地區(qū)覆蓋次數(shù)與地下反射深度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以此確定覆蓋次數(shù)[7–8]。目的層深度所需覆蓋次數(shù)可由下式計(jì)算：

式中：ci為覆蓋次數(shù)，整數(shù)；Anoise為環(huán)境噪聲的振幅,無(wú)量綱；Asignal為震源信號(hào)的振幅, 無(wú)量綱；TRAi為透反射損失、球面擴(kuò)散與吸收損失。

2.2 道替換炮法

道替換炮法就是在礦區(qū)進(jìn)行地震采集，當(dāng)激發(fā)點(diǎn)無(wú)法放炮激發(fā)時(shí)，在激發(fā)點(diǎn)位布設(shè)檢波器，在接收點(diǎn)布設(shè)炸藥震源（如圖1）。圖1是激發(fā)點(diǎn)位與接收點(diǎn)位互換原理圖，圖中C代表建筑物。正常情況下、相對(duì)地下反射點(diǎn)P,在B1點(diǎn)激發(fā)在A1點(diǎn)接收、在B2點(diǎn)激發(fā)在A2點(diǎn)接收，如果B2點(diǎn)遇到房屋建筑等情況、不能激發(fā)時(shí),可以把B2的激發(fā)點(diǎn)變成接收點(diǎn)，A2的接收點(diǎn)變成激發(fā)點(diǎn)，以保證地下目的層覆蓋次數(shù)不變。

圖1 激發(fā)與接收互換原理

2.3 增加接收道數(shù)法

在地面建筑物比較集中的地區(qū)，不能在原設(shè)計(jì)點(diǎn)設(shè)置較多激發(fā)點(diǎn)位時(shí)，那就應(yīng)盡可能地多放置接收道，達(dá)到滿足地下目的層段覆蓋次數(shù)的要求。圖2說(shuō)明在激發(fā)點(diǎn)數(shù)減少時(shí)，通過(guò)增加接收道數(shù)，使目的層段覆蓋次數(shù)相同。圖2a是表示CD反射段為60 m、激發(fā)點(diǎn)距為40 m，接收道數(shù)為32道，道間距10 m的觀測(cè)系統(tǒng)圖；圖2b是ef反射段也是60 m、激發(fā)點(diǎn)距為20 m，接收道數(shù)為16道，道間距10 m的觀測(cè)系統(tǒng)。用圖2a觀測(cè)方式施工完成地下60 m反射段4次覆蓋次數(shù)采集任務(wù)，需要9炮；用圖2b觀測(cè)方式只需要6炮，說(shuō)明激發(fā)炮減少時(shí)，可適當(dāng)增加接收道數(shù)能夠達(dá)到相同的采集效果。

圖2 接收道數(shù)與激發(fā)炮數(shù)不同而覆蓋次數(shù)相同的觀測(cè)方式

2.4 變動(dòng)激發(fā)點(diǎn)位置法

激發(fā)點(diǎn)遇到障礙物時(shí)，通過(guò)地表勘測(cè)對(duì)激發(fā)點(diǎn)位與接收點(diǎn)位進(jìn)行變動(dòng)，以獲得目的層段相同地球物理點(diǎn)的反射信息。圖3中激發(fā)點(diǎn)A為原設(shè)計(jì)點(diǎn)位，由于地表障礙物的存在不能在A點(diǎn)處激發(fā)，可把激發(fā)點(diǎn)A移到附近可以激發(fā)的X點(diǎn)處，使原激發(fā)點(diǎn)A與新激發(fā)點(diǎn)X的距離為D。為了保證目的層段反射點(diǎn)位置不變、通過(guò)測(cè)量構(gòu)建使XB垂直AC，盡量使AB兩點(diǎn)之間距離是道間距整數(shù)倍，BX兩點(diǎn)之間的距離是接收線距整數(shù)倍，按式（2）、（3）計(jì)算。接收點(diǎn)以地層反射點(diǎn)P為對(duì)稱點(diǎn)移到D點(diǎn)，這樣采集所得到的地下反射點(diǎn)分布位置與原設(shè)計(jì)點(diǎn)是一致的。

圖3 激發(fā)點(diǎn)位移動(dòng)后地震反射原理

式中：AB為原激發(fā)點(diǎn)沿主測(cè)線方向到新激發(fā)點(diǎn)在主測(cè)線上垂直投影點(diǎn)的距離，m；k1為道間距整數(shù)倍系數(shù)；k2為接收線距整數(shù)倍系數(shù)；ΔX為道間距，m；BX為新激發(fā)點(diǎn)到垂直于過(guò)原激發(fā)點(diǎn)主測(cè)線方向的距離, m；ΔY為接收線距，m。

3 應(yīng)用實(shí)例

魏崗礦區(qū)的三維地震采集集中于南陽(yáng)凹陷魏崗鼻狀構(gòu)造帶主體部位，含油層位為古近系核桃園組核二段和核三段。通過(guò)二維地震資料解釋?zhuān)谖簫彵菭顦?gòu)造上部署的N6井于1971年9月試油自噴日產(chǎn)油72.2 t，從而發(fā)現(xiàn)了魏崗油田。為了落實(shí)魏崗構(gòu)造帶斷鼻、斷塊構(gòu)造特征，于1993—1994年，在魏崗區(qū)塊部署了面元為30.0 m×25.0 m，覆蓋次數(shù)24次，總道數(shù)240道的常規(guī)三維地震。通過(guò)地震資料解釋與部署鉆探發(fā)現(xiàn)了新的含油斷塊，截止2014年底，在魏崗地區(qū)探明地質(zhì)儲(chǔ)量922×104t。隨著勘探工作的深入，發(fā)現(xiàn)新的含油斷塊難度越來(lái)越大[9–10]，需要進(jìn)行高精度三維地震采集工作，落實(shí)復(fù)雜小斷塊與斷層巖性圈閉，于2015年在魏崗礦區(qū)部署了150 km2的高精度三維地震采集。

針對(duì)魏崗鼻狀構(gòu)造帶斷裂復(fù)雜的特點(diǎn)，利用該區(qū)塊地震解釋層位、斷層與VSP地震測(cè)井信息建立地質(zhì)模型，采用基于正演模型及波動(dòng)方程分析技術(shù)進(jìn)行參數(shù)論證，優(yōu)選面元大小與排列長(zhǎng)度。利用W10井的測(cè)井資料，通過(guò)式（1）計(jì)算各目的層深度與覆蓋次數(shù)對(duì)應(yīng)值，優(yōu)選覆蓋次數(shù)。根據(jù)計(jì)算與綜合分析，確定的魏崗礦區(qū)三維觀測(cè)系統(tǒng)主要參數(shù)分別為：炮點(diǎn)距25 m、接收點(diǎn)距25 m、面元12.5 m×12.5 m、縱橫比0.48，覆蓋次數(shù)144次，觀測(cè)系統(tǒng)為24L20S240T。

針對(duì)地表復(fù)雜的特點(diǎn)，利用衛(wèi)星圖片及地形圖對(duì)區(qū)塊內(nèi)建筑、管網(wǎng)、道路等進(jìn)行了精細(xì)測(cè)量。區(qū)塊內(nèi)建筑群面積為15.0 km2，縱向最大距離為3.0 km，橫向最大距離達(dá)到4.5 km。如果不進(jìn)行特殊的觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，地表地震資料缺口最大可達(dá)3.0 km，嚴(yán)重影響到中淺層地震資料信噪比。因此，制作大比例尺電子地圖，為激發(fā)點(diǎn)、接收點(diǎn)位置選擇提供依據(jù)。

利用大比例尺測(cè)量地形地物圖，在密集建筑群之間的空地，按照式（2）和式（3）將建筑物內(nèi)激發(fā)點(diǎn)偏移到區(qū)塊內(nèi)綠化帶及周邊區(qū)域。為了減小淺層資料缺口，結(jié)合礦區(qū)內(nèi)部公共綠化帶區(qū)域、適當(dāng)加密炮點(diǎn)。

礦區(qū)內(nèi)激發(fā)點(diǎn)空缺較多，可同時(shí)采用多布設(shè)接收道的施工方法。在橫向上增加接收線，縱向上增加接收道。變觀施工時(shí)以共深度反射點(diǎn)進(jìn)入礦區(qū)開(kāi)始變觀，到CDP點(diǎn)移出礦區(qū)為止，分別從縱向上和橫向上進(jìn)行變觀設(shè)計(jì)。根據(jù)礦區(qū)地表實(shí)際情況，橫向上在原排列右邊增加4條接收線，原排列兩邊增加2條接收線，原排列左邊增加4條接收線的三種施工方案。

在油田礦區(qū)內(nèi)通過(guò)三維地震采集方案優(yōu)化設(shè)計(jì)，地震采集實(shí)施后地震資料信噪比、分辨率明顯提高。圖4為魏崗礦區(qū)新老采集剖面對(duì)比圖，從圖可以看出，斷裂成像精度較老資料有明顯提高，老資料不能識(shí)別的小斷層在新采集的地震剖面上成像清晰，礦區(qū)范圍內(nèi)中淺層缺口也得到有效彌補(bǔ)。

圖4 新（a）、老（b）采集剖面對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

在地下構(gòu)造復(fù)雜的大型礦區(qū)進(jìn)行高精度三維地震采集，需要在精細(xì)踏勘的基礎(chǔ)上，按照炮道互換原理，采用有針對(duì)性的野外觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，才能保證地下地震反射信息的有效采集。在觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意如下幾點(diǎn)。

（1）針對(duì)地下構(gòu)造復(fù)雜的特點(diǎn)，根據(jù)正演模擬技術(shù)和覆蓋次數(shù)定量計(jì)算、確定面元大小及目的層覆蓋次數(shù)。

（2）利用衛(wèi)星圖片及地形圖，通過(guò)實(shí)地測(cè)量，獲得地表建筑物、管線等精確的地理信息，制作大比例尺電子地圖。根據(jù)地形圖分析障礙對(duì)地下目標(biāo)的影響，設(shè)計(jì)激發(fā)點(diǎn)、接收點(diǎn)，將礦區(qū)內(nèi)炮點(diǎn)偏移加密到礦區(qū)周邊，礦區(qū)內(nèi)以道補(bǔ)炮，進(jìn)行變觀設(shè)計(jì)。

（3）利用接收道替換激發(fā)炮法、增加接收道數(shù)法與變動(dòng)激發(fā)點(diǎn)位置法進(jìn)行觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。