基于表層結(jié)構(gòu)層析反演的黃土塬區(qū)激發(fā)技術(shù)研究

鄧　飛，文雪康

（中石化西南油氣分公司工程監(jiān)督中心，四川德陽618000）

基于表層結(jié)構(gòu)層析反演的黃土塬區(qū)激發(fā)技術(shù)研究

鄧飛*，文雪康

（中石化西南油氣分公司工程監(jiān)督中心，四川德陽618000）

黃土塬區(qū)的地震采集是世界難題，激發(fā)、接收條件差，靜校正問題非常突出，二維地震采集資料說明本地區(qū)低降速層對資料的影響較大，特別是不同深度激發(fā)的單炮品質(zhì)變化極大。以往普遍采用的組合井激發(fā)方式大都在干燥黃土中激發(fā)，尚未改變資料信噪比低的現(xiàn)狀。此次在黃土塬區(qū)進行了系統(tǒng)試驗，采用單深井激發(fā)，為此我們進行高密度的表層調(diào)查并采用層析反演方法獲取表層模型，從而實現(xiàn)了基于表層調(diào)查成果逐點設(shè)計激發(fā)井深的激發(fā)技術(shù)，獲取了較高信噪比的資料，從本質(zhì)上提升了黃土塬區(qū)的資料品質(zhì)。

黃土塬區(qū)；地震采集；表層結(jié)構(gòu)；起伏地表小折射；層析反演；激發(fā)技術(shù)

1　概述

鄂爾多斯盆地南部黃土塬地區(qū)地表條件非常復(fù)雜，第四系黃土層極厚，速度極低，厚度變化極大，表層地質(zhì)條件橫向變化劇烈，對地震波的吸收和衰減嚴(yán)重，而且還因含水程度及巖性差異產(chǎn)生明顯的多次波以及溝塬之間巨大高差形成的次生干擾、側(cè)面波等干擾波，記錄信噪比極低［1］。

近幾年，黃土塬區(qū)普遍采用組合井激發(fā)方式，資料品質(zhì)取得了一定程度的改善，但仍未形成質(zhì)變［2］。此次在黃土塬區(qū)進行三維攻關(guān)，通過激發(fā)因素試驗分析可知，單深井所獲得的單炮資料明顯優(yōu)于組合井激發(fā)的單炮資料，故本次攻關(guān)考慮采用單深井激發(fā)。因此，我們必須弄清巨厚黃土層的地球物理特征及激發(fā)因素與表層黃土結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，并通過有效的表層調(diào)查方法反演出表層結(jié)構(gòu)模型進行精確的激發(fā)因素設(shè)計，同時為靜校正處理提供可靠的低降速帶資料。

2　表層結(jié)構(gòu)對激發(fā)效果的影響

地震波在介質(zhì)中傳播時，能量損失的程度與介質(zhì)的品質(zhì)因素Q有關(guān)。

在勘探的頻率范圍內(nèi)（5～300Hz），地層品質(zhì)因數(shù)隨頻率的變化很小，它的數(shù)值大小主要取決于地層巖石的致密程度，而地層巖石的致密程度影響縱波傳播速度。不同的地層巖石，品質(zhì)因數(shù)Q值不同。地層巖石的品質(zhì)因數(shù)Q值越小，對地震波的衰減越大［3-4］，Q值的計算有多種方法，在實際中常用的是品質(zhì)因數(shù)Q與縱波速度關(guān)系的經(jīng)驗公式［5］：

Q=C×Vpm

C和M為常數(shù)，Vp為縱波速度，用km/s表示；一般m等于2.2；C等于14，單位為S2×km-2。

同時，還可根據(jù)地層衰減系數(shù)β與縱波速度關(guān)系的經(jīng)驗公式求得地層衰減系數(shù)β［6］：

β=1.949/Vpm

黃土塬區(qū)典型的表層巖性自上到下分別為干燥黃土、潮濕黃土和含水黃土，速度一般分別為400m/s、800m/s、1600m/s。因此，用上述經(jīng)驗公式計算出各層的Q值及β值，見表1?？梢?，表層干燥黃土Q值很小，比含水黃土Q值要小20倍以上。

表1　黃土塬區(qū)表層Q值、β值

同時，我們可以看出Vp越大，Q值也越大，衰減吸收也越小，所以我們認為應(yīng)盡量選擇速度高的黃土層激發(fā)。

3　表層結(jié)構(gòu)層析反演方法

根據(jù)上述分析可知，地震高頻信號的吸收和衰減主要在干燥黃土及潮濕黃土層，因此避開干燥黃土及潮濕黃土在速度更高的含水黃土中激發(fā)才能最大程度保證能量下傳。

所以我們的難題就是找到適合黃土塬區(qū)有效的表層結(jié)構(gòu)調(diào)查方法及解釋方法，采用解釋成果尋求一個穩(wěn)定的速度層用于激發(fā)井深設(shè)計。

黃土塬區(qū)塬上、坡上均為第四系黃土覆蓋，厚度為幾十至幾百米不等，采用常規(guī)微測井方法限于成井技術(shù)根本無法調(diào)查出表層結(jié)構(gòu)，采用常規(guī)小折射方法又限于地表高差及巨厚低降速層而無法實施。受大炮初至反演近地表模型的啟發(fā)，我們采用類似小折射及大折射的施工方法，稱之為起伏地表小折射方法［7］。

野外施工方法與常規(guī)小折射基本相同，不同的是在地表高差較大的情況下施工，使用不同偏移距在排列兩端各激發(fā)一炮或者幾炮，完成一個測點的小折射野外采集。利用TOMODEL軟件層析反演出排列段表層結(jié)構(gòu)模型。

我們在勘探區(qū)內(nèi)高差較大的坡上進行了試驗，采用250m基本排列、偏移距1m的觀測系統(tǒng)施工。模型反演后（圖1）確定44m左右出現(xiàn)1600m/s含水黃土層，和巖性取芯結(jié)果吻合。

圖1　反演表層結(jié)構(gòu)模型圖

在巨厚黃土覆蓋區(qū)，我們采用大偏移距增加炮點的方法，通過在排列段及排列外增加若干炮點的復(fù)雜觀測系統(tǒng)試驗（圖2），能夠確保反演追蹤到速度相對較高的含水黃土層，同時大大提高了反演模型的準(zhǔn)確度。

圖2　復(fù)雜觀測系統(tǒng)試驗排列與炮點示意圖

4　應(yīng)用效果分析

我們在勘探區(qū)內(nèi)進行了高密度（400m×600m）的起伏地表小折射施工，通過反演獲取了極為準(zhǔn)確的表層結(jié)構(gòu)成果。我們對表層調(diào)查成果插值擬合形成了以面元尺寸為單位的網(wǎng)格化數(shù)據(jù)成果，精確地提取了每個激發(fā)井的速度層界面深度，優(yōu)選高的速度層，采用單深井盡可能在1600m/s的含水黃土層中激發(fā)（圖3）。

從采集單炮上看，不同地形均獲得了較高品質(zhì)的單炮記錄，靜校正后可以看出：主要目的層反射連續(xù)性好，信噪比較高（圖4）。從處理剖面上看，本次采用單深井激發(fā)所獲取的資料信噪比較高，比以往組合激發(fā)有了較大程度提升（圖5）。

5　結(jié)束語

此次在黃土塬區(qū)采用單深井激發(fā)，基于表層結(jié)構(gòu)層析反演成果的激發(fā)技術(shù)，獲取了較高信噪比的資料，從本質(zhì)上提升了黃土塬區(qū)的資料品質(zhì)，同時革新了黃土塬區(qū)地震采集方法技術(shù)，值得推廣應(yīng)用，但無論是高密度的表層調(diào)查還是單深井激發(fā)，其成本均極為高昂。

圖4　不同地形靜校正后單炮記錄（塬、坡、溝）

圖5　本次攻關(guān)黃土塬區(qū)典型剖面

另外，黃土塬地區(qū)由于低降速帶橫向變化劇烈，單炮初至畸變嚴(yán)重，靜校正是一大難題。綜合各種低速帶資料的先驗信息約束層析反演靜校正技術(shù)、表層模型靜校正等是黃土塬復(fù)雜地區(qū)靜校正諸多方法之中非常重要的方法。所以高密度、精準(zhǔn)的表層結(jié)構(gòu)調(diào)查成果對解決黃土塬復(fù)雜地區(qū)靜校正問題也具有極為重要的意義。

［1］程洪濤，等.黃土塬地區(qū)地震勘探激發(fā)技術(shù)探討［J］.工程地球物理學(xué)報，2005（6）：460-465.

［2］趙延江.黃土塬地區(qū)地震勘探激發(fā)技術(shù)探討［J］.石油物探，2006，45（6）：646-650.

［3］孫大明，等.高分辨率三維地震采集技術(shù)研究［J］.吉林大學(xué)學(xué)報：地球科學(xué)版，2002，32（4）：394-398.

［4］凌云.大地吸收衰減分析［J］.石油地球物理勘探，2001，36（1）：1-8.

［5］呂公河，等.黃土塬地區(qū)地震勘探采集技術(shù)［J］.石油物探，2001，40（2）：84-91.

［6］張忠坡，等.賽漢塔拉凹陷地震采集激發(fā)技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.江漢石油職工大學(xué)學(xué)報，2006，19（6）：56-58.

［7］姚宗惠，等.鄂爾多斯西緣前陸盆地巨厚黃土地區(qū)地震采集技術(shù)［J］.石油勘探與開發(fā)，2007，34（4）：406-412.

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A

1004-5716（2016）07-0183-03

2015-06-24

2015-06-25

鄧飛（1982-），男（漢族），湖北宜昌人，工程師，現(xiàn)從事物探采集監(jiān)督工作。