火成巖干擾對(duì)地震資料信噪比影響的研究

孫雨軒　孫晉玉

摘 要：該研究綜合運(yùn)用復(fù)雜地表、近地表分析技術(shù)，火成巖屏蔽分析技術(shù)等，以高郵凹陷GD地區(qū)三維地震采集項(xiàng)目為依托，分析了地表、近地表?xiàng)l件對(duì)地震資料信噪比的影響，找出了近地表火成巖干擾是該區(qū)地震資料信噪比低的主要原因，進(jìn)而開展了針對(duì)性研究，形成提高地震信噪比技術(shù)思路與對(duì)策，實(shí)現(xiàn)明顯改善低信噪比地區(qū)地震資料品質(zhì)的目的。

關(guān)鍵詞：高郵凹陷；地震資料信噪比；火成巖干擾；大基距組合

1 概述

地震資料信噪比低是地震勘探急需解決的問題。一般來說，造成地震資料信噪比低的原因主要有兩個(gè)方面：即復(fù)雜地表和近地表?xiàng)l件。復(fù)雜地表、近地表主要有：崎嶇沙漠地表、崎嶇黃土塬地表、崎嶇盆地邊緣和山前地帶、火山灰和孔洞碳酸鹽巖地表、復(fù)雜近地表低速帶、近地表火成巖高速層屏蔽、密集村鎮(zhèn)和淺灘水網(wǎng)地表等。不同類型的復(fù)雜地表、近地表對(duì)地震激發(fā)接收、資料信噪比，地震噪音類型等影響是不同的，因而對(duì)地震采集和處理技術(shù)要求也不同。高郵凹陷是蘇北盆地勘探程度較高的含油氣凹陷，近年的勘探對(duì)象逐漸向低信噪比地震資料區(qū)及深凹帶巖性圈閉發(fā)展。文章依托GD地區(qū)三維地震采集項(xiàng)目，對(duì)低信噪比地震資料形成的原因進(jìn)行了解剖析和對(duì)策研究。

2 高郵凹陷GD地區(qū)地質(zhì)概況

高郵凹陷GD三維工區(qū)位于構(gòu)造高帶，應(yīng)力作用強(qiáng)，斷層發(fā)育，構(gòu)造破碎，地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜?；鸪蓭r發(fā)育分布較廣，產(chǎn)生的多次波能量強(qiáng)，對(duì)有效反射產(chǎn)生的強(qiáng)干擾，影響了復(fù)雜斷塊構(gòu)造的成像。特別是層間多次波的速度，接近一次波的速度，對(duì)反射波的干擾影響特別大，最終導(dǎo)致地震資料信噪比比較低。

3 GD地區(qū)低信噪比地震資料分析

3.1 近地表火成巖發(fā)育影響了地震資料的信噪比

高郵凹陷勘探至今，三維地震覆蓋了大部分地區(qū)，并完成了連片處理。工區(qū)內(nèi)局部有地表和近地表火成巖的分布，造成近地表巖性變化劇烈，單炮激發(fā)能量的不一致性；同時(shí)由于近地表存在著高速層，不僅產(chǎn)生嚴(yán)重的多次折射，干擾波能量強(qiáng)，還具有強(qiáng)的吸收屏蔽作用，使中深層目的層反射信號(hào)弱，單炮質(zhì)量差嚴(yán)重影響了地震資料的品質(zhì)。工區(qū)內(nèi)4口井鉆遇火成巖，其中三口井都在100m左右鉆遇火成巖，另一口井60m左右鉆遇火成巖；另外從老地震資料的單炮記錄上的高速折射波也可以發(fā)現(xiàn)地表、近地表火成巖的發(fā)育情況；從地震剖面上看，淺地表火成巖發(fā)育區(qū)的資料信噪比與周邊資料存在明顯的分界線，并且由于近地表火成巖的干擾，使得地震剖面淺層反射雜亂，影響了下部地層的地震反射成像。

3.2 近地表火成巖對(duì)地震資料影響程度分析

研究地震波在火成巖下的傳播特征、分析火成巖對(duì)地震波場(chǎng)的影響是火成巖發(fā)育區(qū)采集方法研究的基礎(chǔ)。首先通過分析透射能量來研究高速地層對(duì)地震波的屏蔽作用。其次研究火成巖發(fā)育區(qū)地震散射波產(chǎn)生的原理：火成巖與下覆地層之間的接觸面為一強(qiáng)反射界面，從深層來的反射波遇到該界面后會(huì)產(chǎn)生散射，使得部分從深層來的反射波又返回到深層，減少了地面接收到的有效地震波能量，造成了下覆反射資料信噪比降低（圖1）。

在近地表火成巖發(fā)育區(qū)，火成巖對(duì)下部地層的地震成像影響嚴(yán)重。在地震激發(fā)過程中，近地表火成巖不但是一個(gè)能量屏蔽層，而且還對(duì)地震信號(hào)產(chǎn)生畸變干擾和大量散射，導(dǎo)致下傳能量減弱及地震波波場(chǎng)復(fù)雜，造成地震反射能量弱、地震資料信噪比低，難以有效地進(jìn)行圈閉識(shí)別和構(gòu)造解釋，嚴(yán)重地影響了火成巖發(fā)育區(qū)的油氣勘探。

以上研究表明，火成巖發(fā)育區(qū)，往往是地震資料低信噪比區(qū)。例如，在江蘇探區(qū)金湖凹陷的BT地區(qū)、高郵凹陷的DY、CA地區(qū)以及XW探區(qū)發(fā)育有淺、中層多套火成巖，造成了地震資料的“低分辨率、低信噪比和低連續(xù)性”特點(diǎn)，嚴(yán)重制約了這些地區(qū)油氣勘探發(fā)現(xiàn)進(jìn)程。

4 近地表火成巖地震采集研究

4.1 近地表火成巖分布調(diào)查研究

4.1.1 采用瞬變電磁法。瞬變電磁法就是利用線圈或電極觀測(cè)斷電后的渦流場(chǎng)（稱為“二次場(chǎng)”）的時(shí)間特性，以研究地下的電性結(jié)構(gòu)情況，達(dá)到地質(zhì)勘探的目的。它具有探測(cè)深度大、位置分辨率高；測(cè)深分辨率高、不受接地電阻影響等優(yōu)點(diǎn)，特別適合高阻覆蓋地區(qū)進(jìn)行探測(cè)，研究淺層至中深度的地電結(jié)構(gòu)。在全工區(qū)利用小折射和微測(cè)井進(jìn)行近地表結(jié)構(gòu)普查的基礎(chǔ)上，在近地表火成巖發(fā)育區(qū)根據(jù)瞬變電磁法的調(diào)查結(jié)果，在微測(cè)井可探測(cè)深度內(nèi)進(jìn)行微測(cè)井加密，確定近地表火成巖（微測(cè)井可探測(cè)深度內(nèi)）的厚度、深度。對(duì)瞬變電磁法勘測(cè)深度數(shù)據(jù)進(jìn)行了一維反演，反演結(jié)果可以看出瞬變電磁法的勘測(cè)深度可以達(dá)到300m，反演結(jié)果沒發(fā)現(xiàn)高阻地層。瞬變電磁法試驗(yàn)結(jié)論是：勘探深度可以滿足我們要求的300m，但是由于火成巖屬于高阻巖層，而瞬變電磁法勘探對(duì)高阻反映不如低阻的敏感，高阻分辨率較低，因此難以滿足調(diào)查火成巖分布范圍和埋深的要求。

4.1.2 采用微測(cè)井調(diào)查法?；谒沧冸姶欧ㄔ囼?yàn)結(jié)論，調(diào)整了火成巖調(diào)查方法，采用以微測(cè)井調(diào)查方法為主，輔以工區(qū)內(nèi)鉆井、測(cè)井資料以及老資料的單炮折射位置和時(shí)間來確定工區(qū)火成巖分布和埋深。在近地表火成巖發(fā)育區(qū)，布設(shè)較密測(cè)網(wǎng)（0.5km×0.5km）進(jìn)行微測(cè)井調(diào)查。分析近地表火成巖（近地表結(jié)構(gòu)）調(diào)查資料，本區(qū)低降速帶較為穩(wěn)定，基本在5m左右進(jìn)入高速層，高速層速度2000～3000m/s之間；主要巖性膠泥（0～25m左右）、蝕變泥巖（20～50m之間），局部發(fā)育近地表火成巖，埋深在20～50m之間。火成巖經(jīng)地質(zhì)研究切片鑒定為輝綠巖、玄武巖；蝕變泥巖含礫泥巖和泥質(zhì)砂礫巖，激發(fā)巖性較差。最后根據(jù)微測(cè)井調(diào)查結(jié)果，勾畫出50m深度以內(nèi)的近地表火成巖發(fā)育區(qū)域，為下步試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。

4.2 火成巖發(fā)育區(qū)激發(fā)技術(shù)研究

4.2.1 大基距組合激發(fā)技術(shù)。組合井激發(fā)由于其能通過一定的組合面壓制干擾，提高資料信噪比，已經(jīng)得到了普遍認(rèn)可。平面波理論認(rèn)為，入射波能量分別分配在反射界面產(chǎn)生的反射縱波、橫波及透射縱波和橫波上。反射縱波系數(shù)和透射縱波系數(shù)是由界面上下介質(zhì)的速度、密度以及入射波的入射角決定的，界面上下介質(zhì)的阻抗差越大，反射縱波系數(shù)就越大，而透射縱波系數(shù)就越小，火成巖與圍巖阻抗差較大，因此造成透射波能量弱。而大基距組合井激發(fā)時(shí)，其波陣面接近平面波前，此時(shí)入射角較小，接近于垂直入射，而垂直入射透射能量最強(qiáng)，因此大基距組合井能夠激發(fā)出能量較強(qiáng)的地震波。

4.2.2 火成巖發(fā)育區(qū)的激發(fā)試驗(yàn)。根據(jù)大基距組合激發(fā)技術(shù)理論和火成巖模擬模型激發(fā)結(jié)論，在近地表火成巖調(diào)查的基礎(chǔ)上，開展針對(duì)火成巖的激發(fā)試驗(yàn)；對(duì)工區(qū)內(nèi)的主要激發(fā)巖性進(jìn)行試驗(yàn)，指導(dǎo)野外井深（圖2）。

4.2.3 激發(fā)試驗(yàn)資料分析。試驗(yàn)點(diǎn)一，激發(fā)巖性是膠泥，近地表火成巖不發(fā)育。從單炮對(duì)比、固定增益顯示以及單炮分頻掃描對(duì)比來看，膠泥激發(fā)能量好，8kg藥量激發(fā)的資料比6kg激發(fā)的資料稍好，井深的變化對(duì)資料基本沒有影響。試驗(yàn)點(diǎn)二，主要是進(jìn)行膠泥、蝕變泥巖的激發(fā)巖性對(duì)比。從單炮對(duì)比、固定增益顯示以及單炮分頻掃描對(duì)比來看，膠泥激發(fā)能量比在蝕變泥巖中激發(fā)能量好，井深的變化對(duì)資料基本沒有影響。試驗(yàn)點(diǎn)三，主要是在近地表火成巖發(fā)育區(qū)，進(jìn)行火成巖上、中、下的激發(fā)試驗(yàn)和大基距組合井試驗(yàn)。

4.2.4 火成巖上、巖中、巖下激發(fā)試驗(yàn)資料分析。首先，分析火成巖下激發(fā)的資料，從單炮對(duì)比、單炮分頻掃描對(duì)比來看火成巖巖下激發(fā)資料激發(fā)能量較巖中激發(fā)強(qiáng)，但仍不理想，目的層反射不清楚、連續(xù)；其次，分析巖中激發(fā)的資料，隨著藥量的增加能量逐漸加強(qiáng)，但火成巖中激發(fā)的資料整體較差，基本看不到反射；第三，分析巖上激發(fā)的資料，巖上激發(fā)巖性是膠泥，因此激發(fā)效果較好，能夠見到反射但不太清楚。對(duì)比巖上激發(fā)、巖中激發(fā)和巖下激發(fā)的單炮，發(fā)現(xiàn)巖上激發(fā)的效果相對(duì)較好，反射較為清楚；頻譜分析，火成巖上、巖中、巖下激發(fā)頻寬基本相當(dāng)，巖中、巖下激發(fā)振幅值較低，巖上激發(fā)低頻振幅值較高；說明巖上激發(fā)低頻能量強(qiáng)，有利于激發(fā)能量穿透火成巖，傳遞到火成巖下；從單井能量分析來看，巖下激發(fā)能量強(qiáng)于巖中激發(fā)，但弱于巖上激發(fā)（圖3）。

因此，對(duì)于近地表火成巖發(fā)育區(qū)，能打穿火成巖越深越好，當(dāng)存在多套火成巖無法打穿時(shí)，優(yōu)選激發(fā)巖性尤為重要。

4.2.5 大基距組合井激發(fā)試驗(yàn)資料分析。對(duì)比火成巖巖上激發(fā)單井和大基距組合井激發(fā)的單炮，可以發(fā)現(xiàn)，大基距組合井激發(fā)效果好；其中9井組合的激發(fā)效果最好，地震反射較為清晰連續(xù)，在3井、5井組合的單炮上也能見到較為清楚的地震反射，但5井組合效果比3井組合好。前面大基距組合激發(fā)的理論已經(jīng)闡明較多的組合井?dāng)?shù)或較大的組合可以得到能量更加聚焦的波束，大基距組合激發(fā)試驗(yàn)結(jié)論與此相符?；鸪蓭r區(qū)采用了大基距組合9井激發(fā)。我們把大基距9井組合激發(fā)的單炮和同點(diǎn)的新老單井生產(chǎn)炮資料進(jìn)行了對(duì)比，可以看出大基距組合激發(fā)的單炮能量強(qiáng)，信噪比高，主要目的層段（1000～1600m/s）反射清楚；頻譜分析：大基距組合井單炮振幅強(qiáng)，尤其是低頻振幅強(qiáng)，有利于穿透火成巖。因此激發(fā)試驗(yàn)點(diǎn)結(jié)論如下：激發(fā)巖性膠泥效果最好；火成巖下（火成巖下5m）激發(fā)能量強(qiáng)，火成巖中及火成巖附近（火成巖下3m）激發(fā)能量較弱；當(dāng)存在多套火成巖無法打穿時(shí)，優(yōu)選激發(fā)巖性尤為重要；大基距組合井穿越火成巖能量強(qiáng)，效果最好。因此選擇在近地表火成巖發(fā)育區(qū)采用大基距9井組合，同時(shí)優(yōu)選巖性膠泥激發(fā)。

5 地震采集研究結(jié)果分析

5.1 單炮資料分析

單炮品質(zhì)分析，新采集資料單炮品質(zhì)較老資料有較大的提高。新采集的單炮目的層反射比老資料清楚，連續(xù)性好；特別是在近地表火成巖發(fā)育區(qū)，老資料單炮基本看不到地震反射，新采集的單炮能夠見到目的層反射，并且主頻和頻寬都比老單炮高。另外，新采集的單炮背景較干凈，干擾少。從單炮信噪比分析來看，由于大基距組合井的運(yùn)用，近地表火成巖發(fā)育區(qū)的單炮能量較強(qiáng)，單炮振幅值在2.2以上，其余單炮振幅值也在1.0以上；近地表火成巖發(fā)育區(qū)的單炮信噪比在1.1左右，近地表火成巖發(fā)育區(qū)外的單炮信噪比達(dá)到1.3左右（圖4）。

5.2 剖面分析

對(duì)疊加剖面進(jìn)行信噪比分析，近地表火成巖發(fā)育區(qū)資料信噪比基本在1.1以上，近地表火成巖發(fā)育區(qū)外的資料信噪比達(dá)到了1.4以上。從新老剖面對(duì)比來看，主要目的層的有效反射信息更加豐富，斷層、 斷點(diǎn)也更加清晰，信噪比整體提高；構(gòu)造格局清楚，淺中深地震反射信噪比較高，目的層反射連續(xù)性好；主要表現(xiàn)為：主要目的層T30、T33反射波組特征得到加強(qiáng)，上下斷裂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加清楚，斷面特征得到改進(jìn)（圖5）。特別在近地表火成巖發(fā)育區(qū)的地震資料信噪比比老資料有較大的提高，目的層反射較為清晰、連續(xù)，資料品質(zhì)改善很大；說明本研究取得了較好的地質(zhì)效果。

6 結(jié)束語

江蘇高郵凹陷GD地區(qū)是比較典型的地震資料低信噪比地區(qū)。通過對(duì)該地區(qū)低信噪比地震資料形成的原因分析及對(duì)策研究，對(duì)提高該地區(qū)的地震資料信噪比有以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：通過對(duì)低信噪比地區(qū)的鉆井、測(cè)井和地震資料的分析研究，分析低信噪比地震資料形成的原因，開展針對(duì)性的采集技術(shù)研究。以加密微測(cè)井為核心，結(jié)合鉆井、測(cè)井資料以及老資料的單炮折射進(jìn)行近地表火成巖的分布調(diào)查，是目前比較簡(jiǎn)便又有效的手段；通過大基距組合激發(fā)來提高激發(fā)能量，穿透火成巖的能力取得了較好效果，為后續(xù)資料處理提供了更豐富原始資料。

參考文獻(xiàn)

[1]朱峰，楊雁清.近地表火成巖地震采集方法研究[J].石油地球物理勘探，2012.

[2]王芙蓉，何生，何治亮，等.準(zhǔn)噶爾盆地腹部地區(qū)深層砂巖儲(chǔ)層孔隙特征研究[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2010（6）：547-552.

[3]吳向陽，夏連軍，陳晶.蘇北盆地高郵凹陷構(gòu)造再認(rèn)識(shí)及對(duì)油氣勘探的意義[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2009，31（6）：570-575.

[4]劉玉瑞.蘇北盆地與南黃海盆地中——新生界成烴對(duì)比淺析[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2010（6）：541-546+552.

作者簡(jiǎn)介：孫雨軒，男，碩士研究生，主要從事石油地質(zhì)開發(fā)與勘探的研究。