淺談頁巖氣地震勘探采集方法范文

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［摘要］利川地區涉及利川復向斜、中央復向斜等二級構造單元，志留系龍馬溪組泥頁巖氣埋深適中，是尋找頁巖氣的有利區帶。復雜多變的地震地質條件是制約該區頁巖氣勘探的主要因素：地形切割劇烈、地表巖性變化較大，激發和接收條件差；加之斷裂發育，構造變形強烈，構造接觸帶反射波組特征不明顯，基本為雜亂反射。在研究生產資料和試驗資料的基礎上，從降低不同激發條件下資料品質的差異性，保證能量、頻率的一致性、如何降低干擾波的影響，提高資料的信噪比、提高復雜構造區的成像效果，特別針對影響該區頁巖氣勘探的敏感因素尋找突破口，以達到圓滿完成地質任務的目的。

［關鍵詞］頁巖氣；地震地質條件；干擾波；構造成像；地震采集方法

近年來，國內地球物理專家對非常規油氣勘探開展大量的科研工作，提出了一系列適合頁巖氣的地震勘探技術。頁巖氣勘探也如火如荼地進行著，各項目均提出了查明志留系、寒武系地層的埋深、厚度及分布情況，為頁巖氣勘探評價提供依據的地質任務要求。研究人員通過開展生產試驗和資料分析研究，提出了利川地區頁巖氣地震資料采集方法。主要通過地震勘探技術方法提高地震資料信噪比，滿足頁巖層埋深、厚度、空間展布特征；根據波組特征識別優勢頁巖層帶；獲取高保真地震勘探資料，為后期屬性分析做好鋪墊。

1地震采集的主要技術問題

1．1研究區基本特點

研究區位于湖北省利川市境內，屬于典型的南方山地地形地區。區內山地、峽谷、山間盆地及河谷平川相互交錯，呈南部、北部高、中部低、東部向西部傾斜的總體形態。利川地區表層地震地質條件復雜，地表出露巖性主要包括寒武系、奧陶系、二疊系、三疊系灰巖，石炭、泥盆系泥頁巖，志留系、侏羅系砂巖等。從以往表層結構調查資料的分析來看，研究區低降速層在橫向上速度和厚度的變化不太劇烈，高速層速度比較穩定。在該區已獲得的地震剖面資料表明，研究區三疊系至志留系反射信號較強，特征明顯，可實現連續追蹤。而高陡背斜帶，因構造變形和斷層分割作用，地震波場復雜，地震成像問題十分嚴重。通過對以往資料分析，認為地震資料在能量、頻率等方面的差異問題（圖1），以及復雜地震地質條件區地震資料成像方面有待進一步加強提升。1．2主要技術問題利川地區施工主要技術問題：一是不同激發條件下資料品質的差異性，無法保證能量、頻率的一致性；二是該地區干擾波發育，如何有效降低干擾波的影響，提高資料的信噪比；三是如何提高復雜構造區的成像效果，圓滿完成地質任務。

2技術方法

2．1優選激發點位

頁巖氣勘探過程中，為了便于準確識別泥頁巖，確定含氣泥頁巖，要確保地震反射能量和信號的保真度，而受地形、巖性、構造等多方面因素的影響，地震檢波器接收到的地震反射波存在較大差異，要求在勘探的過程中努力保證地震反射波能量和頻率的一致性。在利川地區，滿足頁巖氣勘探的要求，解決巖性的影響，保證地震資料的一致性，關鍵在于保證三疊系、二疊系灰巖的激發能量，提高二疊系灰巖的激發頻率。

2．1．1激發能量提高地震反射波的能量可以從提高激發藥量和優選激發速度兩個方面努力（圖2）。砂巖速度在（2800～4000）m／s之間，當激發藥量的提高，能量提升較快。灰巖速度在（3000～5700）m／s之間，當激發藥量提高時，能量改善不明顯。針對急需改善資料品質的三疊系、二疊系灰巖來說，藥量16kg基本達到飽和狀態，隨著藥量的增加，能力改善已經不明顯，甚至適得其反。

2．1．2激發頻率以往的研究成果表明，表層速度較穩定時，資料頻率受井深影響較小，如塊狀灰巖；表層速度變化較大時，資料頻率受井深影響較大，如風化破碎灰巖、碎屑巖、砂泥巖等。隨著井深的不斷增加，圍巖速度的增大，激發頻率不斷提高。通過以上分析，認為井深因素是影響單炮頻率的敏感因素，激發藥量對單炮頻率有一定的改善作用。表層風化層較厚的區域，根據表層調查結果，保證在高速層內激發，能夠有效拓寬頻帶寬度，保證激發頻率。在保證激發井深的前提下，試驗考核分析灰巖區重點在于藥量的考核。受地形影響，地震波能量存在較大的差異。一般情況下，地形平緩區域單炮各偏移距能量均較強。地形高陡區域，單炮能量散失較快，部分能量轉化為干擾波。單炮頻率特征也存在一定的變化，主要原因為不同地形區沉積環境差異較大，如陡坡帶往往破碎較為嚴重，多為松散礫石堆積。為了保證資料能量和頻率的一致性，一方面，采集方面通過科學選擇激發因素、優選激發巖性和激發井位等所獲資料在能量和頻率上均衡。另一方面，處理方面應加強后期的一致性處理。

2．2干擾波分析研究

在地震資料采集過程中，一般通過有效的技術方案和嚴格的野外施工兩方面控制和消除干擾波。在技術方案確定過程中，通過科學論證和嚴細試驗，優選激發因素，保證激發能量，壓制背景干擾；保證激發速度，降低激發面波；嚴格悶井質量，避免激發聲波。優選處理方法，通過水平疊加、頻率濾波、混波、二維濾波、相干加強等處理手段降低干擾波對地震資料的影響。已有的研究成果表明，影響組合壓噪效果的主要因素除組合基距、組合形式外，還包括組內距、檢波器數量、組內高差等。根據以往的研究成果，同道檢波器組合高差不應大于反射波視周期的1／4。在低信噪比地區，可以放寬限制，高差引起的時差不超過視周期的1／2。區內高速頂界面一般比較平坦，引起道內時間延遲的主要原因是低降速帶內反射波傳播的時間差。低降速層速度在500m／s～1800m／s，不同的速度、頻率對組合高差的要求不一。滿足最淺目的層主頻30Hz左右和全區不同低降層速度的要求，達到反射波視周期1／4的要求，組合高差小于4．2m。滿足1／2的要求，組合高差應小于8．4m。綜上所述，認為對于喀斯特地貌區、地形切割劇烈區、巖性劇烈變化區，次生干擾嚴重發育，資料信噪比不高的區域，單一的采用Inline或是Crossline方向的線性組合不能有效地壓制干擾波。根據干擾波的特點確定合理的組合參數，采取大面積組合壓制干擾波。

2．3復雜構造區成像問題

利川地區跨越利川復向斜、中央背斜帶等主要構造單元。構造過渡帶和斷裂帶附近地層高陡，陡產狀地層成像困難，地層反射信息缺失嚴重，難以滿足頁巖層識別的需求。

2．3．1成像問題分析利用射線追蹤、波動方程模擬、照明分析等多種方法分析復雜構造帶地震資料成像困難的原因，力求找到問題的根本。2．3．1．1射線追蹤法當地層傾斜、地表起伏的情況下，地震反射已經不能滿足水平疊加理論，地下反射點位置發生偏移（圖3）。常規的基于水平層狀介質的覆蓋次數分析已經不能滿足設計的需要，正常的設計無法保證覆蓋次數的均勻性。構造平緩位置地下層位反射信息齊全；斷裂帶附近，構造高陡位置，一次覆蓋存在反射盲區；在構造復雜區地震反射存在覆蓋次數的缺失。2．3．1．2波動方程模擬法通過波動方程模擬發現構造復雜區單炮能量散失較快，能量轉化為干擾波，直接影響目的層的成像（圖4）。在構造平緩帶，模擬單炮可看到清晰的反射同向軸。在構造復雜帶，模擬單炮中產生了大量干擾波，有效反射信息模糊不清。2．3．1．3照明分析方法照明分析是分析復雜構造區成像效果的有效手段（圖5）。高陡構造帶照明分析表明構造復雜區單炮能量下傳困難，特別是存在斷裂的情況下，反射波能量大部分被斷面屏蔽。在復雜構造區目的層反射的成像效果難以滿足采集要求。研究人員認為解決復雜構造區成像困難的根本在于保證覆蓋次數和覆蓋能量，關鍵在于克服覆蓋次數缺失、能量散失和能量屏蔽等問題。

2．3．2解決方案1）采樣點密度改善（圖6）。不同激發位置，目的層反射信息差異較大，相鄰激發點或是間隔激發點之間存在互補關系，通過加密激發點設計能夠保證目的層的實際覆蓋。2）接收信息豐富度改善。當地層不符合水平層狀介質的情況下，反射波傳播路徑復雜多變。在構造復雜區，通過增加排列長度，接收更多有效反射信息，保證覆蓋次數和能量。然而，針對利川地區可采頁巖氣勘探埋深目的層較淺的情況，盲目增大偏移距只會造成成本的浪費，偏移距達到一定程度（圖7），資料品質改善不明顯，利川地區偏移距最大基本達到6000m即可。

3應用效果分析

剖面整體品質較好，從剖面上看目的層無缺失，三疊系到志留系地層層間信息豐富，信噪比高。地下構造較為平緩的區域，各反射目的層的反射相位連續性較好，波組特征清晰，易于連續對比追蹤；在地下構造高陡或是斷裂發育區域，反射層位連續性較差，反射能量較弱量比較強。通過對比不同年度采集獲得的地震剖面，認為隨著儀器設備的更新、覆蓋次數的增加，剖面信噪比和反射相位連續性均有顯著提升，較以往老資料有較大改善（圖8）。

4認識與建議

1）在利川地區，通過優選激發因素能夠改善不同地震地質條件下資料的頻率和能量特性，實現頻率能量的一致性。2）在利川地區，對于喀斯特地貌區、地形切割劇烈區、巖性劇烈變化區，次生干擾嚴重發育，資料信噪比不高的區域，采取大面積組合是壓制干擾波的有效方法。3）采用加密激發、接收點，增加接收道數能夠保證覆蓋次數和覆蓋能量，改善復雜構造帶資料品質。但必須考慮到道距、炮距的減小使得隨機干擾相干性加強，而面元道集內傳播路徑差異變小，使利用疊加壓制相干干擾和隨機干擾的統計效應降低。

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作者：謝丹 單位：中石化地球物理有限公司武漢勘查公司