渤海油田復(fù)雜地區(qū)定向照明地震采集技術(shù)應(yīng)用研究

陳昌旭，周 濱，張建峰，李 江，王志亮，吳 堯，李 巖

（1. 中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452；2. 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

渤海油田復(fù)雜地區(qū)定向照明地震采集技術(shù)應(yīng)用研究

陳昌旭1，周 濱1，張建峰1，李 江1，王志亮1，吳 堯1，李 巖2

（1. 中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300452；2. 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

隨著渤海油田勘探程度不斷加深，地震勘探開始向?qū)ふ倚鄬?、小斷塊及巖性地層圈閉等小尺度地質(zhì)目標(biāo)方向轉(zhuǎn)變，現(xiàn)有的地震采集技術(shù)在復(fù)雜構(gòu)造區(qū)的成像已經(jīng)不滿足要求。此文以已有資料為基礎(chǔ)，針對復(fù)雜地區(qū)的地震采集成像問題建立地質(zhì)模型，圍繞目標(biāo)構(gòu)造在地表進(jìn)行有針對性的炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)布設(shè)，對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行定向照明分析，得到有利于目標(biāo)地質(zhì)體準(zhǔn)確成像的觀測系統(tǒng)。本項(xiàng)目在野外采集時全工區(qū)應(yīng)用6L8S360R正交觀測系統(tǒng)采集，只在目標(biāo)區(qū)域增加應(yīng)用6L2S240R觀測系統(tǒng)的采集，進(jìn)行局部加密覆蓋。最終資料顯示定向照明地震采集技術(shù)可有效提高復(fù)雜地質(zhì)目標(biāo)的照明度和成像質(zhì)量，并且降低了采集成本。

海底電纜；復(fù)雜地區(qū)；照明分析；定向照明；觀測系統(tǒng)；目標(biāo)采集

渤海灣盆地、北部灣盆地和珠江口盆地是中國近海的油氣富集區(qū)，其中渤海灣盆地是中國北方重要的油氣產(chǎn)區(qū)，盆地圈閉類型多樣，油氣藏類型豐富[1-2]。隨著油氣勘探程度不斷加深，勘探的難度和復(fù)雜性越來越大。地震勘探目標(biāo)開始向?qū)ふ倚鄬?、小斷塊及巖性地層等隱蔽油氣藏的方向轉(zhuǎn)變[3]。隨著地震勘探向著更小尺度的地質(zhì)體成像的推進(jìn)和發(fā)展，對于復(fù)雜上覆介質(zhì)下的小尺度目標(biāo)體的地震成像日益受到關(guān)注。研究分析影響這些復(fù)雜小目標(biāo)體成像的因素，可以更有針對性地進(jìn)行面向地質(zhì)目標(biāo)的采集和成像[3]。

目前，反射地震方法是獲取地下結(jié)構(gòu)的重要手段之一。海上地震勘探的基本方法是由空氣槍震源激發(fā)出地震波傳播到地下，遇到波阻抗界面后反射回地表。攜帶著地下結(jié)構(gòu)信息的反射波被布設(shè)在海水中或者海底的電纜接收后傳回儀器記錄，再經(jīng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法對地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像，從而得到關(guān)于地下結(jié)構(gòu)的描述。在這一過程中，對地下結(jié)構(gòu)的實(shí)際探測會受到諸多因素的制約，其中最主要的影響來自野外觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)，復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)對波傳播的影響以及目標(biāo)傾角等三項(xiàng)因素的作用[4]。這三個因素中的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和目標(biāo)傾角都是地層的自然屬性，人為無法干預(yù)，只能通過野外觀測系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)來提升對地下目標(biāo)的探測效果。

傳統(tǒng)地震采集觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)最重要的基本假設(shè)是介質(zhì)均勻或水平層狀[4-5]，當(dāng)?shù)乇砗偷叵聵?gòu)造復(fù)雜時，容易引起地震波傳播速度的橫向劇變，使傳播的射線路徑變得復(fù)雜。這影響了地震資料成像品質(zhì)，甚至造成構(gòu)造形態(tài)的嚴(yán)重畸變，影響了勘探目標(biāo)的評價(jià)精度。為了能夠獲得最佳野外采集數(shù)據(jù)，必須對不同的地質(zhì)目標(biāo)，采用合適的觀測系統(tǒng)，才能夠最大限度地獲得地下地質(zhì)信息[6]。近年來，地震波動方程照明分析技術(shù)的發(fā)展較快，在復(fù)雜模型成像研究方面具有較高的計(jì)算精度，能夠較為真實(shí)地反映地震波在地下介質(zhì)傳播過程中的能量分布，為合理地優(yōu)化設(shè)計(jì)觀測系統(tǒng)提供可靠的依據(jù)[6-11]。

本文主要對渤海油田淺層復(fù)雜地區(qū)的已有資料進(jìn)行深入分析，針對已有資料存在的問題提出合理的解決方案。為了提高淺層復(fù)雜地區(qū)地質(zhì)目標(biāo)的照明度和成像質(zhì)量，對定向照明地震采集技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了利用局部加密覆蓋的方法增強(qiáng)地震波照明能量，設(shè)計(jì)了適合的觀測系統(tǒng)。實(shí)際應(yīng)用表明：定向照明地震采集技術(shù)顯著提高了地質(zhì)目標(biāo)的照明能量，大幅度提高淺層復(fù)雜地區(qū)地震資料的品質(zhì)與勘探精度，該方法對復(fù)雜地區(qū)針對特定地質(zhì)目標(biāo)的觀測系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 工區(qū)勘探現(xiàn)狀

墾利A構(gòu)造位于渤海萊州灣凹陷東部走滑構(gòu)造帶，是依附于郯廬走滑東支斷層的斷裂背斜。郯廬走滑帶是黃河口、渤中以及遼東灣等凹陷油氣聚集的主要構(gòu)造帶之一，2005年底鄰區(qū)有較好的油氣發(fā)現(xiàn)，從而證實(shí)了萊州灣凹陷東部走滑帶同樣具有較好的油氣成藏條件。墾利A構(gòu)造圈閉規(guī)模大，張性油源斷層發(fā)育，儲蓋組合較好。2008年初在該構(gòu)造進(jìn)行鉆探，主要目的層位是明下段、東二下段、沙三段，完鉆于沙四段，完鉆井深為2 670 m。該井油氣顯示活躍，顯示層位淺、井段長，在井深308 m見到明顯氣測異常，在井深564 m發(fā)現(xiàn)油層，是萊州灣凹陷油氣顯示最淺的含油氣構(gòu)造（圖1）。

圖1 墾利A構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造圖

通過對該區(qū)評價(jià)，墾利A含油氣構(gòu)造三級地質(zhì)儲量＞3 000×104m3，為有利含油氣構(gòu)造。但是該區(qū)地震資料信噪比低、反射雜亂，同相軸連續(xù)性差，邊界及內(nèi)部斷層歸位不好，斷點(diǎn)不清。地震資料的品質(zhì)不能滿足研究需求，制約了該區(qū)的進(jìn)一步評價(jià)（圖2）。

針對該區(qū)資料品質(zhì)問題，開展了攻關(guān)處理工作，處理后的資料信噪比有所提升，同相軸連續(xù)性有所改善，但仍不能滿足需求。在該區(qū)也開展了電火花淺層物探調(diào)查和鉆孔取樣分析，結(jié)果顯示該區(qū)淺層復(fù)雜，海底底質(zhì)和淺層氣是造成下部反射雜亂的原因之一。

圖2 過墾利A-1井的地震剖面

2 定向照明地震采集技術(shù)

2.1 已有資料分析

定向照明采集技術(shù)針對主要目標(biāo)構(gòu)造，以已有資料分析為依據(jù)，找出產(chǎn)生問題的關(guān)鍵，圍繞目標(biāo)構(gòu)造在地表進(jìn)行有針對性的炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)布設(shè)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)構(gòu)造高清成像。進(jìn)行定向照明地震采集設(shè)計(jì)，第一步要了解和收集原工區(qū)地震地質(zhì)條件、勘探概況、存在問題，詳細(xì)分析老資料情況，同時要注意收集工區(qū)中已有的井資料以便更加準(zhǔn)確地求取地球物理參數(shù)，這些是參數(shù)分析和模型正演的基礎(chǔ)[12]。

通過對已有資料進(jìn)行分析，已有資料存在的問題主要表現(xiàn)為兩方面：

（1）構(gòu)造主體部位信噪比低，能量弱；（2）復(fù)雜構(gòu)造區(qū)、斷裂發(fā)育區(qū)成像較差。

從已有資料可知墾利A構(gòu)造復(fù)雜，斷裂發(fā)育，埋藏很淺，主體部位在1 000 m以內(nèi)。該區(qū)已有資料是采用拖纜方式進(jìn)行采集（圖3）的，從表1已有資料采集參數(shù)上可知總覆蓋次數(shù)為45次，小于1 000 m的近偏移距有效覆蓋次數(shù)不大于11次，低覆蓋次數(shù)是造成構(gòu)造主體部位信噪比低，能量弱的主要原因。如圖4所示，原拖纜采集炮檢距雖分布均勻，但是炮檢距分布范圍較窄，橫向信息不足；方位角非常窄且采集方位單一，因此該雙源四纜觀測系統(tǒng)不利于對該區(qū)部分復(fù)雜地下構(gòu)造的照明。

2.2 主要技術(shù)方法

由于海上地震資料采集和處理成本非常高，復(fù)雜地區(qū)定向照明地震采集設(shè)計(jì)技術(shù)能在野外采集之前對觀測系統(tǒng)的潛在探測能力進(jìn)行充分評估，大大提升采集的資料品質(zhì)，降低采集項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)和勘探投資。

圖3 雙源四纜觀測系統(tǒng)圖

表1 已有資料采集參數(shù)

圖4 雙源四纜觀測系統(tǒng)炮檢距分布圖（左）和玫瑰圖（右）

定向照明地震采集設(shè)計(jì)技術(shù)是以地質(zhì)目的為導(dǎo)向，在給定觀測系統(tǒng)和地質(zhì)模型的情況下對觀測系統(tǒng)探測能力提供定量描述的有效方法，主要包括地質(zhì)建模、模型正演、照明分析三個環(huán)節(jié)。在對目標(biāo)區(qū)地震和地質(zhì)資料充分分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合論證，包括基于地球物理模型進(jìn)行采集參數(shù)分析的地震采集設(shè)計(jì)技術(shù)、基于數(shù)值模型設(shè)計(jì)的觀測系統(tǒng)屬性分析技術(shù)和基于地下介質(zhì)模型進(jìn)行的正演模擬。例如針對已有資料構(gòu)造主體部位信噪比低，能量弱的問題，在觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)上針對目的層增加覆蓋次數(shù)，提高信噪比，提高照明度；針對已有資料復(fù)雜構(gòu)造區(qū)、斷裂發(fā)育區(qū)成像較差的問題，觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)上增加寬方位角，增加橫向信息，增加覆蓋次數(shù)。

通過對已有資料分析，采集參數(shù)論證以及投入費(fèi)用預(yù)算的綜合考慮，設(shè)計(jì)了6線8炮360道的正交觀測系統(tǒng)（圖5）用于全工區(qū)采集，表2為觀測系統(tǒng)參數(shù)。

表2 6L8S360R正交觀測系統(tǒng)參數(shù)

圖5 6L8S360R正交觀測系統(tǒng)示意圖

該觀測系統(tǒng)的總覆蓋次數(shù)較高，達(dá)到了270次，炮檢距分布均勻，方位角較寬（圖6）。波動方程照明分析表明該觀測系統(tǒng)能滿足全工區(qū)大部分區(qū)域的照明需求（圖7）。

圖6 6L8S360R正交觀測系統(tǒng)炮檢距分布（左）和玫瑰圖（右）

圖7 6L8S360R觀測系統(tǒng)照明分析

但是，在0～1 000 m偏移距的淺層，覆蓋次數(shù)只有40次左右，對于埋深在500 m的墾利A構(gòu)造來說，目標(biāo)區(qū)的照明還是不足。針對這種情況，綜合考慮技術(shù)需求和作業(yè)成本，又增加布設(shè)了近偏移距信息豐富的6線2炮240道的觀測系統(tǒng)（圖8、9），通過波動方程照明模擬，證實(shí)該觀測系統(tǒng)可大幅提高目標(biāo)區(qū)的照明效果（圖10）。

圖8 6L2S240R正交觀測系統(tǒng)示意圖

3 應(yīng)用效果

由于海上地震采集施工費(fèi)用高昂，設(shè)計(jì)好的觀測系統(tǒng)在海上采集時要綜合考慮各方面因素，在獲得較好地質(zhì)效果的前提下需方便野外施工，降低采集費(fèi)用。本項(xiàng)目在野外采集時全工區(qū)應(yīng)用6L8S360R（圖11）正交觀測系統(tǒng)采集，只在目標(biāo)區(qū)域（圖11粉紅框）增加應(yīng)用6L2S240R觀測系統(tǒng)的采集，進(jìn)行局部加密覆蓋。從原有資料剖面（圖12）與定向照明采集資料剖面（圖13）對比，定向照明采集的資料成像清晰，同相軸連續(xù)性較好，信噪比大幅提升，波組特征清楚豐富，特別是定向照明目標(biāo)采集區(qū)成像效果明顯好于原有資料。

圖9 6L2S240R正交觀測系統(tǒng)炮檢距分布（左）和玫瑰圖（右）

表3 6L2S240R正交觀測系統(tǒng)參數(shù)

圖10 6L2S240R觀測系統(tǒng)與6L8S360R觀測系統(tǒng)累加的照明分析

4 結(jié)論

本文闡述了定向照明地震采集技術(shù)，并結(jié)合渤海油田淺層復(fù)雜地區(qū)定向照明地震采集的示例，進(jìn)行了分析研究，得到如下結(jié)論：

圖11 兩種觀測系統(tǒng)應(yīng)用范圍

圖12 原有資料剖面

圖13 定向照明采集資料剖面

（1）定向照明地震采集技術(shù)在渤海油田淺層復(fù)雜地區(qū)應(yīng)用效果較好，新采集的資料整體信噪比高，波組特征清楚豐富，橫向連續(xù)性合理可靠，成像清晰，資料品質(zhì)得到顯著提升。

（2）定向照明地震采集技術(shù)是針對提高特定地質(zhì)目標(biāo)照明度和成像質(zhì)量而進(jìn)行的觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工，針對特定地質(zhì)目標(biāo)應(yīng)用效果較好，而對于非目標(biāo)區(qū)的成像效果提升有限。

（3）定向照明地震采集設(shè)計(jì)時要綜合考慮技術(shù)需求和作業(yè)成本，在獲得較好地質(zhì)效果的前提下需方便野外施工，降低采集費(fèi)用。

（4）定向照明地震采集技術(shù)針對地質(zhì)目標(biāo)進(jìn)行照明分析，針對目標(biāo)成像優(yōu)化觀測系統(tǒng)布設(shè)，提高地質(zhì)目標(biāo)的成像精度，使目的層得到最佳成像照明，是觀測系統(tǒng)研究發(fā)展的一個方向，有較高的應(yīng)用推廣價(jià)值。

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Application and Study of Directionally Illuminated Acquisition Technology in the Complex Area of Bohai Oilf i eld

CHEN Changxu1, ZHOU Bin1, ZHANG Jianfeng1, LI Jiang1, WANG Zhiliang1, WU Yao1, LI Yan2
（1. CNOOC China Limited, Tianjin Branch，Tianjin 300452, China; 2. CNOOC EnerTech-Drilling & Production Co. Tianjin 300452, China）

With the development of oil and gas exploration in Bohai Oilf i eld, seismic exploration has turned to the small-scale geological targets, such as small faults, small fault blocks and lithologic-formation traps. The imaging acquired by the conventional seismic technology can not meet the requirement of the exploration in the complex structural area. Based on the existing data, the authors established a geological model for resolving the seismic acquisition and imaging problems in the complex area, laid out the specif i c shot points and receivers around the target structure, conducted the directional illumination analysis of the target area, and designed the geometry that is benef i cial to the accurate imaging of the geological target. The orthogonal geometry named 6L8S360R was used in the acquisition of whole area, and with 6L2S240R in some target areas for the locally dense coverage. The results demonstrate that the directionally illuminated acquisition technology can effectively improve the illumination and imaging quality of complex geological target, and reduce the acquisition cost.

Submarine cable; complex area; illumination analysis; directional illumination; geometry; target acquisition

P631.4

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2017.02.008

1008-2336（2017）02-0008-06

2016-12-09；改回日期：2017-03-23

陳昌旭，男，1985年生，工程師，本科，主要從事海上地震資料采集項(xiàng)目管理及技術(shù)研究工作。

E-mail：chenchx2@cnooc.com.cn。