塔里木巴楚地區(qū)復(fù)雜地表條件下激發(fā)井深設(shè)計

楊明生

(中石化石油工程地球物理有限公司江漢分公司，湖北 潛江 433100)

在復(fù)雜地表條件下進行地震勘探激發(fā)方法一直是地震勘探的重點和難點。在中國西部的塔里木沙漠區(qū)，由于潛水面深、地下復(fù)雜構(gòu)造，是影響地震資料品質(zhì)的關(guān)鍵因素之一。1950年代至今，我國多個地震勘探隊伍在相同類似地區(qū)進行了大量的地震勘探和相關(guān)的科學(xué)研究，積累了豐富的施工經(jīng)驗和一定的理論成果(王清華，1999;李洪輝等，1998)，但如何解決復(fù)雜地表條件下的地震激發(fā)方法依然面臨很大問題。本文針對這些問題，從多個方面進行了綜合條件下的井深設(shè)計方法研究取得了較好的效果，為以后在類似地區(qū)進行勘探提供理論和經(jīng)驗參考。

1 巴楚地區(qū)區(qū)域地質(zhì)概況

塔里木盆地巴楚探區(qū)位于巴楚隆起西段，南部毗鄰海米羅斯斷裂帶，北接別里塔格斷裂帶和卡拉沙依斷裂帶。自南向北被NW-NWW向的色力布亞斷裂帶、康塔庫木斷裂帶、喬硝爾蓋斷裂帶、巴楚斷裂帶、古董山斷裂帶切割，形成北西向的條狀斷塊，如圖1。地表條件復(fù)雜激發(fā)巖性橫向變化大，有城鎮(zhèn)、農(nóng)田、鹽堿地、河流、沼澤、沙漠、樹林、山地、戈壁等多種地表類型。

其近地表一般為可劃分為三層，低速層一般為1～10 m，降速層位10～25 m，變化較大;西北部山前戈壁礫石區(qū)的潛水面較深，一般都在10～30 m;中部村莊農(nóng)田、浮土區(qū)和喀什噶爾河流域的潛水面都較淺，一般在3～10 m;東部山區(qū)，地表高程達到1 215 m，中部農(nóng)田區(qū)地表高程一般為1 100 m左右;西部沙漠區(qū)，沙丘高差為15～30 m，潛水面一般埋深為10～20 m，局部可達20 m以上(圖2)。

2 激發(fā)井深設(shè)計

(1)選擇較好的激發(fā)巖性。在距爆炸點一定距離處均勻彈性介質(zhì)中質(zhì)點位移(陳學(xué)強，2005):

式中，a為爆炸形成的球形孔穴半徑(m);P0為作用于孔穴內(nèi)壁上的壓強(N/m2);μ為彈性常數(shù);r為傳播距離(m)，一般為孔穴半徑的幾倍;t為傳播時間，s;k為圓頻率(Hz)。為激發(fā)巖性中地震波傳播的速度(m/s)。

在不考慮其他因素時，震源子波的波形和振幅譜主要取決于激發(fā)巖性的速度、彈性常數(shù)和孔穴半徑。當藥量一定時，巖性速度越大，主頻越高，頻帶越寬;孔穴半徑小，頻率升高①屈戰(zhàn)海，鄧述全，杜中東，等.2010.利用微測井地層主頻特征設(shè)計激發(fā)因素的方法[R].中國石油學(xué)會2010年物探技術(shù)研討會.。這表明在致密巖性中爆炸時，由于孔穴半徑小，并且?guī)r性速度大，頻率自然高。因此在設(shè)計井深時，選擇激發(fā)密度大、膠結(jié)度好的巖層中激發(fā)。

圖1 巴楚隆起西段BL線剖面斷裂分布圖Fig.1 The Distribution map at West of Bachu uplift fracture

圖2 探區(qū)東西向測線地表高程及表層結(jié)構(gòu)模型Fig.2 The surface elevation and the surface structure model of East-West line

因此在山前帶即戈壁區(qū)，選擇密度大、質(zhì)地堅硬、成井較好的巖層中激發(fā);在農(nóng)田及沙漠區(qū)段中，選擇井深穿透鹽堿殼，在致密的膠泥或泥沙中激發(fā)。

(2)依據(jù)低降速帶厚度進行初步設(shè)計。為了減少淺表層對地震波的衰減，以及減小面波干擾，保證地震能量下傳，地震激發(fā)必須選擇在低降速層下的高速層中激發(fā);測定低降速層厚度一般采用微測井方法進行表層結(jié)構(gòu)調(diào)查，根據(jù)資料解釋的低降速層厚度，進行了激發(fā)井深的初步設(shè)計。該區(qū)的低降速層厚度最大在25 m左右，低降速層速度一般在350～1 200 m/s，高速層速度一般在1 650 m/s以上，因此激發(fā)井深選擇在地震波速度不低于1 700 m/s的地層中(圖3)。

(3)依據(jù)潛水面和虛反射界面深度進行井深設(shè)計。一般來說，地震波在潛水面會發(fā)生虛反射。通常把地震波發(fā)生虛反射的這一界面叫虛反射界面。在地震勘探時，有時可視為潛水面即為虛反射界面。但嚴格意義上，虛反射界面包括潛水面，但不僅為潛水面。比如，大地地表對地震波傳波來說，也是很嚴重的虛反射界面。本文中，將潛水面視為虛反射界面。

當震源在低速帶以下的井中激發(fā)時，有一部分能量向上傳播，遇到低速帶底界面及地表時再向下傳播，這種特殊類型的多次波稱為虛反射;激發(fā)井深為:H=H0+D(H0為虛反射界面深度，L為藥柱長度，D為藥柱頂部的爆炸破壞帶高度)，如圖4。通常檢波器接收的是由震源直接下傳和由虛反射界面反射后的兩種波的合振動。

當下行波與虛反射時差為t/2時出現(xiàn)調(diào)諧振幅，為避免虛反射對地震分辨率的影響，根據(jù)需要保護的地震信號的最高頻率時差小于1/4波長，可計算藥包距虛反射界面的距離:

為保證激發(fā)能量和信噪比，藥包距虛反射界面的距離不應(yīng)小于炸藥的爆炸半徑:

圖3 低降速厚度圖與高速層頂界面圖Fig.3 Low speed reducing thickness map and the top of the interface map

圖4 地震激發(fā)虛反射示意圖(劉艾奇等，2004)Fig.4 The ghosting interface of Seismic excitation

圖5 167測線微測井監(jiān)視記錄所顯示的低頻帶Fig.5 167line low-frequency belt shown by m-vsp

藥包到虛反射界面的傳播時間為:

(4)依據(jù)低頻帶厚度進行井深設(shè)計。低頻帶，一般是指位于潛水面附近而與潛水面厚度和定義有差別的一個厚度帶，目前地球物理勘探界還沒有給出很嚴格的定義;它主要是指域讓地震波能量和頻率快速衰減的位于近地表的某個區(qū)域或厚度層，一般來說范圍在潛水面一下3 m至地表的這一區(qū)域;但具體的厚度和區(qū)域需要在施工中進行界定。

根據(jù)微測井抽道所顯示的監(jiān)視記錄，進行高低頻帶劃分。野外表層結(jié)構(gòu)調(diào)查的數(shù)據(jù)表明，低頻帶厚度與低降速帶厚度是不完全相同的。例如，該探區(qū)的農(nóng)田區(qū)低降速厚度為10 m，而低頻帶的厚度為12 m;沙土區(qū)低降速厚度為3.57 m，低頻帶的厚度為7 m;沙漠區(qū)低降速厚度為5 m，低頻帶的厚度卻為7.2 m，如圖5、表1。一般地，低頻帶的埋深大于低降速的埋深。

進行激發(fā)井深設(shè)計時，應(yīng)該對比低頻帶厚度與低降速層厚度加上藥包距虛反射界面的距離(該距離不應(yīng)小于炸藥的爆炸半徑的激發(fā)深度)，將這兩個距離作為野外井深試驗的試驗井深，通過試驗選擇效果較好的井深作為生產(chǎn)井深。

通常在全區(qū)建立雙井微測井控制點，在橫向巖性變化大的地方適當加密;通過雙井微測井所解釋的虛反射界面建立近地表模型，作為單井微測井解釋的潛水面或低降速帶厚度的近地表模型補充和控制。

(5)依據(jù)地震子波形態(tài)進行井深設(shè)計。震源子波是極性相反具有時差的下行波與虛反射的非同相疊加，因此就必然帶來低頻響應(yīng)，其頻率特性公式為(李套山等，1997):

式中，R為潛水面的虛反射系數(shù);t為下行波與虛反射的時間差，t=2Δh/v;Δh為清水面以下的深的。從公式看出，激發(fā)深度雖只差1～2 m，但頻率特性會發(fā)生很大的變化，表明井深對震源子波頻率的影響是非常明顯的。

在進行井深試驗時，在單炮記錄上不能明顯反映不同井深之間單炮資料品質(zhì)的差異時，應(yīng)該提取單炮地震子波井行對比分析;子波形態(tài)較好的激發(fā)井深，作為生產(chǎn)井深;從分析提取的子波旁瓣、和子波峰值可以看出，該區(qū)潛水面下5 m激發(fā)的效果較好(圖6)。

3 采集效果分析

通過多種條件約束下進行激發(fā)井深設(shè)計，有效避免了根據(jù)單一條件而采用的激發(fā)井深。戈壁、鹽堿地、農(nóng)田、沙地、沙漠等各種激發(fā)巖性的單炮品質(zhì)均得到很好的保證(圖7)。疊加剖面各目的層反射同相軸清晰、主要構(gòu)造斷點清晰、易于對比追蹤(圖8)。

表1 BC12-151EW線低降速帶厚度與低頻帶厚度對比表Table1 Compared with low velocity zone thickness and low-frequency belt thickness of BC12-151EW

4 結(jié)論與認識

(1)地表條件復(fù)雜、激發(fā)巖性橫向變化大的探區(qū)，激發(fā)井深要考慮激發(fā)巖性、低降速帶厚度、虛反射界面埋深、地震激發(fā)子波形態(tài)和低頻帶等多種因素，要在綜合約束條件下進行井深設(shè)計。

(2)該工區(qū)激發(fā)井深的約束條件并不與戈壁、鹽堿地、農(nóng)田、沙地、沙漠等的地表高程相關(guān)，而是在地下某一深度為一個傾斜的面。因此復(fù)雜地表的地表高程減去這個多重條件約束而得出的面的埋深，就得到激發(fā)井深的深度，該深度相對地表來說都不一樣，需要逐點設(shè)計井深。

(3)地表條件復(fù)雜的探區(qū)，要針對不同近地表條件對地震波衰減程度不一的情況，進行逐點井深設(shè)計。

(4)巴楚地區(qū)通過多種條件約束下激發(fā)井深設(shè)計，取得了較好的激發(fā)效果。

圖6 不同井深的子波的形態(tài)Fig.6 Seismic wavelet of Different depth of shot hole

圖7 探區(qū)不同激發(fā)巖性的原始單炮監(jiān)視記錄Fig.7 The original single shot monitor record of different Shooting lithology

圖8 探區(qū)BC12-165線初疊剖面Fig.8 The Initial stack section of BC12-165line

陳學(xué)強.2005.陸上復(fù)雜地表區(qū)地震采集激發(fā)應(yīng)用技術(shù)研究[D].北京:中國石油大學(xué).

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