蔡星星, 章多榮, 吳永國(guó), 趙 剛, 劉志歡

(東方地球物理勘探有限責(zé)任公司 青海物探處，敦煌 736202)

0 引言

尼泊爾國(guó)內(nèi)迄今為止尚無商業(yè)油氣田開采，油氣資源全部依賴進(jìn)口，油氣資源勘探開發(fā)意愿強(qiáng)烈。1982年-1992年期間，CGG、PCIAC、殼牌公司等先后在尼泊爾南部Terai平原和Siwaliks部分地區(qū)開展了二維地震勘探，地震資料總體品質(zhì)不高，最終沒有取得油氣勘探突破，此后近30年尼泊爾未再開展地震勘探工作。2019年中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局與尼泊爾地質(zhì)礦產(chǎn)局簽訂了中國(guó)援助尼泊爾油氣資源調(diào)查實(shí)施協(xié)議，援助尼泊爾油氣資源調(diào)查工程正式立項(xiàng)，為國(guó)家“一帶一路”戰(zhàn)略的重要組成部分。本次二維地震作為援尼泊爾油氣資源調(diào)查工程的關(guān)鍵子項(xiàng)目，將為工作區(qū)下步有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選和參數(shù)井位部署提供重要的依據(jù)。

工作區(qū)位于低喜馬拉雅MBT-MCT的油氣潛在區(qū)，行政隸屬于尼泊爾中西部發(fā)展區(qū)格(卡)爾納利省(第六省)的Dailekh(代萊克)縣，距離尼泊爾首都Kathmandu(加德滿都)約580 km。工作區(qū)屬于嶺谷交錯(cuò)的山地，整體地勢(shì)東北高西南低，海拔在500 m～2 800 m之間，相對(duì)高差達(dá)到200 m～2 000 m(圖1)。工區(qū)海拔落差山大、坡陡，溝深、谷多，尤其北部和東部地勢(shì)極其險(xiǎn)峻，多數(shù)區(qū)段存在斷崖，難以見到比較開闊的地表，地表?xiàng)l件極其復(fù)雜。另外由于工作區(qū)發(fā)生了多期次逆沖推覆，地層遭受構(gòu)造活動(dòng)改造嚴(yán)重，使得地質(zhì)問題復(fù)雜，導(dǎo)致地球物理問題突出。

圖1 工作區(qū)典型地貌Fig.1 Typical landform of working area

根據(jù)中尼合作協(xié)議，經(jīng)過充分討論，本次攻關(guān)以油氣苗帶下覆地層為勘探目標(biāo)，結(jié)合工區(qū)地形地貌特征，2019年中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心在該區(qū)域部署二維地震實(shí)物工作量200 km，由中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理公司青海物探處承擔(dān)該項(xiàng)目的具體實(shí)施。借鑒國(guó)內(nèi)、外逆掩推覆構(gòu)造地震攻關(guān)經(jīng)驗(yàn)，特別是祁連山北緣逆掩推覆構(gòu)造帶油氣勘探攻關(guān)效果[1]，本次攻關(guān)采用高密度寬線二維地震采集技術(shù)，以落實(shí)推覆帶地質(zhì)結(jié)構(gòu)為中心，開展地震資料采集、處理、解釋一體化攻關(guān)，最終揭示工作區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)、基底構(gòu)造形態(tài)，為摸清目的層構(gòu)造特征、有利區(qū)帶評(píng)價(jià)提供高品質(zhì)二維地震資料。

1 高密度寬線采集技術(shù)

工作區(qū)屬于地震勘探空白區(qū)，地面出露寒武-下古生界地層，地表為高大山體，下覆構(gòu)造復(fù)雜程度不清，因此地震工作面臨諸多難點(diǎn)。主要包括以下幾方面：①提高原始資料品質(zhì)難度大，表層速度較高，低降速帶起伏劇烈，速度各向異性突出，速度反轉(zhuǎn)，致使面波、折射波、次生干擾波等干擾發(fā)育，原始單炮記錄信噪比低;②建立準(zhǔn)確的表層結(jié)構(gòu)難度大，嶺谷交錯(cuò)起伏、落差大，巖性復(fù)雜多變，地表結(jié)構(gòu)橫向變化劇烈(包括速度和厚度)，常規(guī)表層調(diào)查方法即使付出昂貴代價(jià)也難以精準(zhǔn)揭示表層結(jié)構(gòu)特征;③提高地震反射能量難度大，受地表高速老地層對(duì)地震波的屏蔽影響，地震波難以下傳，從下覆地層反射回地表的地震波能量弱、頻率低[2]。針對(duì)以上勘探難點(diǎn)，提出以下幾方面采集技術(shù)措施：①寬線長(zhǎng)排列觀測(cè)技術(shù)，針對(duì)工區(qū)地形起伏劇烈、植被茂密，推覆構(gòu)造斷面發(fā)育高陡的特點(diǎn)，利用該技術(shù)有利于物理點(diǎn)的布設(shè)和提高推覆構(gòu)造有效覆蓋，對(duì)于本地區(qū)地層傾角大、逆掩斷層發(fā)育的情況，能夠提升其地震波場(chǎng)的歸位效果;②保護(hù)成像頻帶的激發(fā)技術(shù)，采用保護(hù)成像頻帶的藥量與井深匹配激發(fā)方法，增強(qiáng)地震波下傳能量，提高反射能量;③高靈敏度寬頻接收技術(shù)，針對(duì)本區(qū)散射噪音發(fā)育和頻率低的特點(diǎn)，采用寬頻檢波器接收，實(shí)現(xiàn)地震信號(hào)的“寬進(jìn)寬出”，有利于提升復(fù)雜構(gòu)造成像的低頻響應(yīng);④復(fù)雜地表靜校正技術(shù)，由于初至包含了豐富的表層信息，反演的表層模型能夠解決該區(qū)由于地形起伏和結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生的中長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正量，高頻靜校正量可以通過初至波剩余和反射波剩余靜校正解決。

1.1 寬線長(zhǎng)排列觀測(cè)技術(shù)

根據(jù)工作區(qū)地震地質(zhì)特點(diǎn)，觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以解決推覆帶下覆地層的照明問題為主[3]。由于工作區(qū)沒有有效的地震資料參考，因此在以往地質(zhì)成果基礎(chǔ)上建立基本參數(shù)，并參考祁連山推覆帶勘探經(jīng)驗(yàn)，即采用中間放炮、長(zhǎng)排列開展寬線試驗(yàn)，對(duì)最大炮檢距和覆蓋次數(shù)等進(jìn)行優(yōu)化[4]。

1.1.1 道距選擇

從工作區(qū)高陡構(gòu)造模型中部的正演單炮和實(shí)際的單炮f-k譜分析看，道距為30 m時(shí)基本沒有折疊干擾波，因此，道距不大于30 m可以滿足主要噪音假頻不污染有效反射需要[5](圖2)。

圖2 工作區(qū)單炮f-k譜分析Fig.2 F-K spectrum analysis of single shot in working area(a)道距20 m;(b)道距30 m;(c)道距40 m

針對(duì)本區(qū)構(gòu)造高陡和多巖性山地起伏地形的散射源發(fā)育的特點(diǎn)，CMP點(diǎn)距選擇要優(yōu)先考慮有利推覆斷面的成像，即滿足CMP點(diǎn)距≤n·Δx/(2n·Δt·f混)和有利于室內(nèi)噪音壓制。根據(jù)推覆帶勘探認(rèn)識(shí)，受高速推覆體對(duì)地震波的屏蔽影響，高頻信息難以下傳，一般推覆帶成像頻率不超過40 Hz，考慮保護(hù)60° 傾角信息，理論上CMP點(diǎn)距不超過15 m就可滿足需要。盡可能采用較小的面元，增加對(duì)地下地質(zhì)體的采樣密度，保護(hù)相對(duì)高頻信息，增強(qiáng)大角度繞射的收斂及降低偏移噪音。綜合考慮，工作區(qū)采用30 m道距可以滿足地質(zhì)需求。

1.1.2 偏移距選擇

工作區(qū)最大偏移距的選擇重點(diǎn)考慮對(duì)地質(zhì)目標(biāo)的照明強(qiáng)度最大化[6]。從工作區(qū)地震模型波動(dòng)方程照明看，偏移距在4 000 m～8 000 m之間，照明能量曲線基本重合，說明偏移距大于4 000 m后對(duì)照明的有效貢獻(xiàn)增幅不大，因此最大炮檢距選擇不小于4 000 m即可(圖3)。

圖3 工作區(qū)深層波動(dòng)方程照明能量曲線Fig.3 Lighting energy curve of deep wave equation in working area(a)地質(zhì)模型;(b)照明能量曲線

從工作區(qū)試驗(yàn)線實(shí)際資料看，增加偏移距有利于獲取中深層有效反射，改善中深層局部地質(zhì)的成像。整體看5 925 m以上偏移距剖面無明顯差異(圖4)。綜合考慮，本次工作區(qū)地震采集最大炮檢距選擇5 925 m。

圖4 工作區(qū)試驗(yàn)線資料偏移距分析對(duì)比Fig.4 Offset analysis and comparison of test line data in working area(a)偏移距5 025 m;(b)偏移距5 925 m;(c)偏移距7 005 m

1.1.3 覆蓋次數(shù)選擇

覆蓋次數(shù)的選擇要有助于提高資料的整體信噪比[7]。對(duì)工作區(qū)重點(diǎn)考慮主要有利于主要斷面和原地系統(tǒng)的成像。通過不同覆蓋次數(shù)的對(duì)比剖面可以看出，整體上均有較好的成像效果、反射層次豐富，但隨著覆蓋次數(shù)增加，淺層及斷裂附近資料同相軸能量有一定加強(qiáng)。整體看1S1L(覆蓋次數(shù)66)剖面信噪比相對(duì)低，1S2L(覆蓋次數(shù)132)以上剖面效果差異不大，視覺信噪比基本相當(dāng)(圖5)。

圖5 工作區(qū)試驗(yàn)線資料覆蓋次數(shù)分析對(duì)比Fig.5 Analysis and comparison of data coverage times of test line in working area(a)1S1L覆蓋次數(shù)66次;(b)1S2L覆蓋次數(shù)132次;(c)1S3L覆蓋次數(shù)198次

1.2 保護(hù)成像頻帶激發(fā)技術(shù)

工作區(qū)地表出露高速老地層，推覆體是一個(gè)強(qiáng)的能量屏蔽體，因此激發(fā)方法要以滿足單炮有足夠能量的要求；同時(shí)考慮工作區(qū)有測(cè)線位于山前礫石區(qū)，要考慮巨厚礫石層的散射問題。因此我們借鑒酒泉盆地祁連山老地層露頭山地和山前礫石覆蓋區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，采用單井較大藥量激發(fā)。生產(chǎn)開始前我們進(jìn)行了系統(tǒng)的激發(fā)參數(shù)試驗(yàn)，對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證優(yōu)化。

1.2.1 藥量選擇

中深井藥量試驗(yàn)采用10 kg、12 kg、14 kg、16 kg、18 kg藥量進(jìn)行對(duì)比(圖6、圖7)。從分頻掃描的單炮記錄和定量分析結(jié)果看，原始單炮均能見到有效反射，有效頻帶較窄。藥量過小會(huì)損害有效信息，適當(dāng)增加藥量可提升低頻和中高頻能量：藥量10 kg時(shí)的低頻和中高頻能量都得到提升，但難以獲得深層目的層仍有效反射信息；藥量增加到12 kg及以上，可以得到深層(主要時(shí)窗2 s～3 s)更豐富、同向軸清晰、信噪比高的有效反射信息，說明藥量增加有利于提高深層反射能量?？傮w看16 kg與18 kg屬同一級(jí)別，能量、信噪比差異不大，16 kg藥量可以滿足施工需求。

圖6 工作區(qū)藥量試驗(yàn)資料分析對(duì)比(分頻資料帶通15 Hz～30 Hz)Fig.6 Analysis and comparison of drug quantity test data in the working area (frequency division data band pass 15 Hz～30 Hz)(a)10 kg;(b)12 kg;(c)14 kg;(d)16 kg;(e)18 kg

圖7 工作區(qū)藥量試驗(yàn)資料定量分析對(duì)比Fig.7 Quantitative analysis and comparison of dose test data in working area(a)定量分析頻譜曲線;(b)定量分析信噪比柱狀圖

1.2.2 井深選擇

井深試驗(yàn)采用10 m、12 m、15 m、18 m井深，均在高速老地層激發(fā)。從分頻掃描的記錄和定量分析結(jié)果看(圖8、圖9)，有效頻帶均較窄，10 m、12 m、15 m、18 m井深資料沒有明顯差別，避開干燥低速層激發(fā)資料品質(zhì)基本相當(dāng)，均能見到有效反射。但井深10 m能量相對(duì)弱、背景噪音相對(duì)強(qiáng)，增加井深可提升能量，井深增加到12 m及以上均可獲得較高品質(zhì)地震資料。從定量分析結(jié)果看，10 m井深頻譜相對(duì)較窄，能量、信噪比相對(duì)較低，12 m、15 m、18 m井深頻譜、能量、信噪比基本相當(dāng)。

圖8 工作區(qū)井深試驗(yàn)資料分析對(duì)比(分頻資料帶通15 Hz～30 Hz)Fig.8 Analysis and comparison of well depth test data in working area (frequency division data band pass 15 Hz～30 Hz)(a)1口*10 m*16 kg;(b)1口*12 m*16 kg;(c)1口*15 m*16 kg;(d)1口*18 m*16 kg

圖9 工作區(qū)井深試驗(yàn)資料定量分析對(duì)比Fig.9 Quantitative analysis and comparison of well depth test data in working area(a)定量分析頻譜曲線;(b)定量分析信噪比柱狀圖

綜合考慮，工作區(qū)激發(fā)藥量不小于16 kg，井深12 m左右合適。

1.3 高靈敏度寬頻接收技術(shù)

以往類似低信噪比地區(qū)野外地震采集大多采用多串檢波器大面積組合壓制相關(guān)規(guī)則噪音，在過去這種方法在提高信噪比、提高信號(hào)的幅度等方面起到了積極的作用，但是這種方法眾所周知帶來了地震勘探頻率的損失、增加了地震波的失真度[8]。野外組合壓制噪音的同時(shí)也壓制了有效信號(hào)，使得地震頻率下降，同時(shí)降低了信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。而現(xiàn)在的地震技術(shù)更多要求保留完整的地震信號(hào)，同時(shí)對(duì)噪聲進(jìn)行充分、無污染的采樣。較小的檢波器組合或單點(diǎn)接收檢波器能有效地減小甚至消除不規(guī)則的地震檢波器耦合、地震檢波器組合高差所造成的地震信號(hào)的畸變、地震屬性失真及質(zhì)量的下降，同時(shí)可以較好地壓制高頻噪音、削弱組合的低通效應(yīng)，保持反射信號(hào)原始性和豐富性，有利于室內(nèi)對(duì)規(guī)則噪聲進(jìn)行多域壓制[9]。

工作區(qū)地表為元古-古生代變質(zhì)巖，從相似地表的祁連山地區(qū)看，變質(zhì)巖一般速度高，使得散射噪音波長(zhǎng)，而且由于地形和巖性的各向異性散射噪音是多方向性的，因此野外噪音壓制比較困難，在通行條件差的山地檢波組合增加了勞動(dòng)強(qiáng)度也會(huì)造成更多的安全風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)踐表明，復(fù)雜山地區(qū)除非采用高成本的面積形超級(jí)大組合，否則不但達(dá)不到設(shè)計(jì)效果，卻大幅度增加了野外實(shí)施難度、成本，而且檢波器組合接收的地震波會(huì)明顯發(fā)生畸變，這種由于淺表結(jié)構(gòu)變化引起的組合畸變?cè)诤笃谔幚頃r(shí)是無法恢復(fù)的，這是許多復(fù)雜區(qū)地震勘探中明明單炮上能看到反射信息卻難以成像的因素之一，同時(shí)對(duì)初至波靜校正和初至波層析反演深度偏移淺表速度場(chǎng)非常不利，進(jìn)而會(huì)降低初至波靜校正和成像的效。

選取工區(qū)中部開展檢波器對(duì)比試驗(yàn)，其中R1線兩串常規(guī)檢波器面積組合，R2線1串常規(guī)檢波器面積組合，R3線單只高靈敏檢波器接收。從共接收點(diǎn)道集資料看(圖10)，組合與單點(diǎn)能量差異不大，組合檢波壓制背景噪音較好，但組合的地震波發(fā)生明顯時(shí)移(紅框區(qū))，初至約相差半個(gè)相位(箭頭)。

圖10 工作區(qū)檢波器接收對(duì)比試驗(yàn)資料Fig.10 Receiving contrast test data of geophone in working area(a)R1線常規(guī)檢波器20個(gè)組合;(b)R2線常規(guī)檢波器10個(gè)組合;(c)R3線高靈敏度單只檢波器

針對(duì)工作區(qū)起伏地表、巖性變化的特點(diǎn)，次生干擾發(fā)育，野外組合難以壓制，采用單點(diǎn)接收，噪音通過高覆蓋和室內(nèi)處理壓制，有效解決大組合帶來的組合時(shí)差和混波問題，為復(fù)雜波場(chǎng)成像提供高精度的原始數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以降低勞動(dòng)強(qiáng)度和降低施工成本。

1.4 復(fù)雜地表靜校正技術(shù)

工作區(qū)老地層發(fā)育，速度高，橫向變化大，局部低降速帶缺失，顯然常規(guī)控制點(diǎn)內(nèi)插的方法難以揭示出近地表結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。利用初至數(shù)據(jù)的空間連續(xù)性，在CMP域選擇合理的CMP控制點(diǎn)控制空間速度的變化，根據(jù)CMP點(diǎn)的時(shí)距關(guān)系解釋出速度特點(diǎn)，形成初始速度模型，進(jìn)行約束層析反演，能更好控制近地表空間速度的變化，解決該區(qū)因地形劇烈起伏產(chǎn)生的長(zhǎng)、短波長(zhǎng)問題及高速山體的地形突變和速度變化帶來的中、短波場(chǎng)靜校正問題(圖11)。

圖11 工作區(qū)靜校正對(duì)比剖面Fig.11 Comparison section of static correction in working area(a)高程靜校正剖面;(b)層析靜校正剖面

2 采集效果分析

通過以上技術(shù)措施的實(shí)施，本次地震攻關(guān)首次在尼泊爾喜馬拉雅逆掩推覆地區(qū)獲得了超出預(yù)期的地震資料，從獲得的地震剖面來看，主要構(gòu)造形態(tài)清晰，淺、中、深層反射組齊全，同相軸連續(xù)性好；主要目的層地層波組特征清晰，信噪比高，可以進(jìn)行追蹤對(duì)比。剖面構(gòu)造格局明顯、特征清楚，能較好地揭示該區(qū)盆地構(gòu)造格架，對(duì)進(jìn)一步了解該區(qū)域地質(zhì)、沉積規(guī)律、區(qū)域構(gòu)造特征及盆地演化可以起到一定的指導(dǎo)作用。

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

通過本次尼泊爾喜馬拉雅山地二維地震項(xiàng)目的成功實(shí)施(圖12)，可以得出以下結(jié)論和認(rèn)識(shí)：

圖12 尼泊爾喜馬拉雅山逆掩推覆帶典型二維地震成果剖面Fig.12 Typical 2D seismic profile of Himalayan overthrust belt in Nepal

1)單點(diǎn)高精度、寬頻接收。針對(duì)復(fù)雜山地組合高差會(huì)造成地震波的畸變，采用不組合激發(fā)和接收，提高原始地震波的準(zhǔn)確性。針對(duì)逆掩推覆帶地震波能量屏蔽，發(fā)揮低頻地震波的穿透優(yōu)勢(shì)，采用高靈敏度低頻檢波器接收，加強(qiáng)對(duì)中低頻的接收。

2)高速層適中藥量激發(fā)。針對(duì)高速老地層普遍出露，采用相對(duì)統(tǒng)一的中深井，飽和能量激發(fā)。試驗(yàn)確定最小藥量門檻，適當(dāng)加大藥量確保成像頻帶地震波能量。

3)寬線長(zhǎng)排列高覆蓋觀測(cè)。針對(duì)地形起伏劇烈，障礙物多及下覆構(gòu)造不清，采用寬線長(zhǎng)排列觀測(cè)系統(tǒng)，提高物理點(diǎn)布設(shè)和下覆構(gòu)造有效觀測(cè)，進(jìn)而提高資料信噪比。

4)通過以上技術(shù)措施的實(shí)施，尼泊爾喜馬拉雅推覆構(gòu)造地區(qū)二維地震資料取得較好的結(jié)果，填補(bǔ)了地震勘探空白，為該區(qū)下一步油氣調(diào)查打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，以為類似地區(qū)提供技術(shù)借鑒和參考。

致 謝

在項(xiàng)目實(shí)施過程中，得到了中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心領(lǐng)導(dǎo)和專家熱心指導(dǎo)和幫助，中國(guó)石油東方公司敦煌處理中心在資料處理方面做了大量工作，中國(guó)石油東方公司青海物探處294隊(duì)在資料采集過程中付出了艱辛的勞動(dòng)，在此表示深深的感謝！