貴州山區(qū)頁(yè)巖氣二維地震勘探采集技術(shù)與效果

武磊彬，吳有信，曹利民

(安徽省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，安徽 宿州 234000)

貴州山區(qū)頁(yè)巖氣二維地震勘探采集技術(shù)與效果

武磊彬，吳有信，曹利民

(安徽省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，安徽 宿州 234000)

在貴州山區(qū)進(jìn)行頁(yè)巖氣地震勘探面臨較多困難，地表高差較大、不同年代地層出露、碳酸鹽巖分布范圍大等給地震數(shù)據(jù)采集、處理帶來(lái)諸多問(wèn)題。根據(jù)踏勘結(jié)果，將試驗(yàn)點(diǎn)分別選在二疊系、奧陶系、志留系、寒武系出露點(diǎn)。單炮記錄分析表明，寒武系灰?guī)r激發(fā)單炮記錄頻率低，有效波能量較弱，單炮面波、線(xiàn)性干擾較重；二疊系與志留系激發(fā)能量強(qiáng)，主頻較高，頻帶較寬；奧陶系激發(fā)能量較強(qiáng)，主頻適中。通過(guò)不同巖性、不同井深、不同藥量的激發(fā)試驗(yàn)，取得了合理的激發(fā)參數(shù)。區(qū)內(nèi)NZ24線(xiàn)地質(zhì)模型正演時(shí)間剖面與現(xiàn)場(chǎng)處理的地震時(shí)間剖面對(duì)比表明，該區(qū)通過(guò)試驗(yàn)確定的觀測(cè)系統(tǒng)及施工參數(shù)可以獲得高質(zhì)量的地震數(shù)據(jù)，保障后續(xù)處理及解釋取得良好效果。

頁(yè)巖氣；二維地震勘探；地質(zhì)模型；貴州山區(qū)

0 引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，常規(guī)油氣已不能滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。而作為清潔能源，我國(guó)頁(yè)巖氣資源潛力巨大，開(kāi)發(fā)前景廣闊，已經(jīng)引起重視。

二維地震勘探在頁(yè)巖氣地質(zhì)調(diào)查中起到了關(guān)鍵的作用，但中國(guó)頁(yè)巖氣有利區(qū)多處于山地和丘陵等復(fù)雜地表區(qū)，如四川、貴州主要存在碳酸鹽巖(灰?guī)r、白云巖)出露問(wèn)題，地層硬度大，脆性高，不利于地震彈性波的生成，對(duì)于激發(fā)能量有較強(qiáng)的屏蔽作用。

在這類(lèi)復(fù)雜地區(qū)進(jìn)行二維地震勘探需要針對(duì)區(qū)內(nèi)地表?xiàng)l件，選擇施工方式，精心試驗(yàn)，做好方法論證，才能保證采集效果。

1 貴州某頁(yè)巖氣區(qū)塊概況

貴州某頁(yè)巖氣區(qū)塊位于貴州中北部的黔北山地-高原之南，地勢(shì)北高南低，地形起伏大，巖溶地貌分布較廣。區(qū)內(nèi)海拔最高1 500m，芙蓉江河谷的海拔最低450m，平均海拔在900m，地形起伏相對(duì)高差為200-400m(圖1)。

全區(qū)多懸崖峭壁，二維地震測(cè)線(xiàn)平均高差達(dá)400m，很多地方坡度超過(guò)40°，部分地震測(cè)線(xiàn)無(wú)法直接通過(guò)(圖2)。

頁(yè)巖氣地震勘探工作的目的層主要為寒武系牛蹄塘組中的富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖，平均厚度30m，另外奧陶系的五峰組和志留系的龍馬溪組的黑色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖也是本次勘探的主要目的層位。牛蹄塘組中富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖厚度大、分布范圍廣， 但埋藏較深，且埋藏深度變化較大(1 000～4 000m)；志留系龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖埋藏較淺(0～2 500m)，局部賦存，但地層厚度大，是地震勘探的另一重點(diǎn)目的層位。

圖1 工作區(qū)地形立體圖Figure 1 Relief model of working area

圖2 工作區(qū)地表?xiàng)l件照片F(xiàn)igure 2 Photos of surface condition in working area

2 主要難點(diǎn)分析及解決措施

2.1 主要難點(diǎn)分析

①地表起伏劇烈，為典型的喀斯特地貌。巖性變化大，主要有松散土層覆蓋區(qū)、白云巖、灰?guī)r出露區(qū)、溶洞發(fā)育區(qū)，低降速層速度、厚度橫向變化大，導(dǎo)致地震資料的信噪比差異大，地震激發(fā)條件較差。

②大部分地段為基巖出露區(qū)，檢波器無(wú)法正常埋置。松散層覆蓋區(qū)也不利于檢波器的鋪設(shè)，導(dǎo)致檢波器與大地耦合效果不好，記錄有效信號(hào)能量弱，背景干擾重。

③出露地層包括寒武系至侏羅系的不同年代地層，出露巖性以碳酸鹽巖為主，這類(lèi)地層硬度大、脆性高，既不利于地震彈性波的生成，又對(duì)地震波有較強(qiáng)的屏蔽作用。

④工作區(qū)內(nèi)地形高差大，局部地勢(shì)較陡，在地勢(shì)較高處激發(fā)時(shí)，易形成側(cè)面反射波。而且相對(duì)高差大影響檢波器組合鋪設(shè)，不利于干擾波的壓制。

⑤工作區(qū)受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的控制，區(qū)內(nèi)褶皺和斷裂發(fā)育，受其強(qiáng)烈擠壓，地層傾角變化較大，地面斷層造成的破碎帶，使地震有效波能量被吸收衰減，同時(shí)產(chǎn)生各種源生和次生干擾波，影響數(shù)據(jù)采集質(zhì)量。

2.2 解決措施

①為保證山地地震勘探施工精度的要求，測(cè)量應(yīng)用了美國(guó)天寶GPS Trimble R8 GNSS，結(jié)合衛(wèi)星圖片，在地震測(cè)線(xiàn)正式施工前按照設(shè)計(jì)要求選擇較佳的點(diǎn)位進(jìn)行放樣，及時(shí)繪制測(cè)線(xiàn)詳細(xì)的地形、地貌草圖，并由施工組整理后進(jìn)行模擬放炮，編寫(xiě)單線(xiàn)施工設(shè)計(jì)，保證地震測(cè)線(xiàn)覆蓋次數(shù)及采集質(zhì)量。

②根據(jù)地表巖性、地形條件有針對(duì)性地選擇點(diǎn)試驗(yàn)與低速帶調(diào)查點(diǎn)位置，并對(duì)試驗(yàn)資料分析，對(duì)不同巖性采取不同的激發(fā)方式，并對(duì)鉆井巖性進(jìn)行詳細(xì)的記錄，為下步資料分析做好基礎(chǔ)資料準(zhǔn)備。炮點(diǎn)布置采取“五避五就”的原則(即“避高就低、避虛就實(shí)、避陡就緩、避干就濕、避危就安”)優(yōu)選點(diǎn)位，在生產(chǎn)過(guò)程中遇到資料變差時(shí)，及時(shí)進(jìn)行資料分析，需要進(jìn)行考核點(diǎn)試驗(yàn)的立即組織技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，在確保野外采集資料品質(zhì)。

③按照施工設(shè)計(jì)的要求，結(jié)合工區(qū)實(shí)際情況，按不同地形制定相應(yīng)的檢波器埋置方案。即農(nóng)田、平地必須挖坑埋置，插緊在硬土上；河灘區(qū)設(shè)置沙袋安插檢波器，或把大卵石刨開(kāi)、換土夯實(shí)插緊；裸露巖石、水泥路面等采取貼泥餅，泥餅保持濕潤(rùn)。

④?chē)?yán)格控制激發(fā)、接收、警戒等重點(diǎn)環(huán)節(jié)，最大程度地降低環(huán)境噪音，提高單炮資料的信噪比，選擇在環(huán)境噪音干擾小的時(shí)段放炮，必要時(shí)安排夜間放炮。

⑤現(xiàn)場(chǎng)配備工作站及相應(yīng)地震數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)當(dāng)天的資料及時(shí)解編并逐炮分析其能量、頻譜；現(xiàn)場(chǎng)資料處理，選擇合適的替換速度、參考面，做好山區(qū)靜校正處理方法、參數(shù)的測(cè)試；每條處理完成后及時(shí)打印時(shí)間剖面，并與正演時(shí)間剖面對(duì)照分析現(xiàn)場(chǎng)處理效果，以監(jiān)控采集質(zhì)量。

3 二維地震野外采集方法

3.1 采集參數(shù)試驗(yàn)及確定

通過(guò)全區(qū)踏勘，試驗(yàn)點(diǎn)選擇在不同年代的出露地層(圖3)。通過(guò)對(duì)二疊系、奧陶系、志留系、寒武系等不同地層的單炮記錄分析可知，寒武系灰?guī)r激發(fā)單炮記錄頻率低，有效波均方根振幅顯示能量較弱，單炮面波、線(xiàn)性干擾較重，說(shuō)明寒武系灰?guī)r對(duì)激發(fā)能量的屏蔽吸收較嚴(yán)重；二疊系與志留系激發(fā)能量強(qiáng)，主頻較高，頻帶較寬；奧陶系激發(fā)能量較強(qiáng)，主頻適中(圖4、圖5、圖6)。

圖3 試驗(yàn)點(diǎn)位置選擇示意圖Figure 3 A schematic diagram of test point selection

圖4 不同年代地層激發(fā)單炮記錄對(duì)比Figure 4 Comparison of single-shot records of strata with different ages

圖5 不同年代地層激發(fā)單炮主頻對(duì)比Figure 5 Comparison of single-shot master frequencies ofstrata with different ages

圖6 不同年代地層激發(fā)單炮能量對(duì)比Figure 6 Comparison of single-shot energies of stratawith different ages

除在不同年代的出露地層做了激發(fā)試驗(yàn)以外，還在不同巖性(灰?guī)r、頁(yè)巖、砂巖)做了激發(fā)試驗(yàn)。

激發(fā)試驗(yàn)也做了井深試驗(yàn)與藥量試驗(yàn)。井深試驗(yàn)采用藥量10.0kg，分別進(jìn)行井深為8、10、12、14、16、18、20m的激發(fā)效果對(duì)比試驗(yàn)。藥量試驗(yàn)井深16m，分別進(jìn)行藥量為4.0、6.0、8.0、10.0、12.0、14.0kg的激發(fā)效果對(duì)比試驗(yàn)。

通過(guò)系統(tǒng)的點(diǎn)試驗(yàn)和微測(cè)井工作，結(jié)合試驗(yàn)記錄固定增益、能量、信噪比、頻時(shí)、時(shí)頻等因素考慮綜合分析，認(rèn)為：

①二疊系出露區(qū)巖性較復(fù)雜，總體激發(fā)條件較好，在非灰?guī)r出露區(qū)采用激發(fā)井深14m，激發(fā)藥量為8kg；在灰?guī)r出露區(qū)采用激發(fā)井深16m，激發(fā)藥量10kg。

②志留系、奧陶系、寒武系出露區(qū)，激發(fā)條件較差，多為碳酸鹽巖出露，對(duì)地震波能量屏蔽作用較強(qiáng)；在這類(lèi)地區(qū)采用激發(fā)井深16m，激發(fā)藥量為10kg。

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合微測(cè)井解釋成果，確定每條地震測(cè)線(xiàn)井深以及藥量，對(duì)單線(xiàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行合理優(yōu)化。

根據(jù)試驗(yàn)，確定地震采集參數(shù)為：觀測(cè)系統(tǒng)6 000-20-0-20-6 000；接收道距20m；激發(fā)炮距60m；覆蓋次數(shù)100次；接收道數(shù)600道；最小炮檢距20m；最大炮檢距6 000m。儀器型號(hào)428XL數(shù)字地震儀； 采樣間隔1ms；前放增益12dB；記錄長(zhǎng)度5s；記錄格式SEG-D。

3.2 二維地震采集效果分析

圖7是NZ24線(xiàn)地質(zhì)模型正演時(shí)間剖面，與現(xiàn)場(chǎng)處理的地震時(shí)間剖面(圖8)對(duì)比， 現(xiàn)場(chǎng)處理地震時(shí)間剖面除了在向斜軸部受回轉(zhuǎn)波干擾有效波波形紊亂以外，整條剖面有效波形態(tài)與正演時(shí)間剖面形態(tài)相似，說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)處理流程正確、參數(shù)選擇合理，能夠正確地指導(dǎo)野外生產(chǎn)。

圖7 NZ24線(xiàn)地質(zhì)模型正演時(shí)間剖面Figure 7 Forward seismic profile of NZ24 line

圖8 NZ24線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)處理時(shí)間剖面Figure 8 Field processing time profile of NZ24 line

4 結(jié)論

在貴州山區(qū)進(jìn)行頁(yè)巖氣地震勘探工作，由于地震地質(zhì)條件復(fù)雜，需要對(duì)工作區(qū)存在的采集難題進(jìn)行認(rèn)真分析研究，根據(jù)地表?xiàng)l件嚴(yán)格選擇有代表性的試驗(yàn)點(diǎn)位，做好表層結(jié)構(gòu)調(diào)查；針對(duì)不同巖性采用相應(yīng)的成井工藝，選擇對(duì)應(yīng)的井深、藥量，是提高資料品質(zhì)的關(guān)鍵。

在頁(yè)巖氣地震勘探中，充分利用已有區(qū)域地質(zhì)資料進(jìn)行詳細(xì)分析，建立地質(zhì)模型，做模擬分析，合理選擇有利的激發(fā)參數(shù)，對(duì)保障野外地震數(shù)據(jù)采集質(zhì)量也是至關(guān)重要的。

[1]《頁(yè)巖氣地質(zhì)與勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐叢書(shū)》編委會(huì).中國(guó)頁(yè)巖氣藏地質(zhì)理論研究新進(jìn)展[M].北京：石油工業(yè)出版社,2009.

[2]鄒才能等.非常規(guī)油氣地質(zhì)[M].北京:地質(zhì)出版社,2013.

[3]云美厚.對(duì)鎮(zhèn)巴雜山地地震采集的思考[J].石油地球物理勘探,2006,41(5):505.

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[5]楊貴祥.復(fù)雜山地地震采集理論與實(shí)踐[D].成都：成都理工大學(xué),2006.

[6]錢(qián)榮鈞,復(fù)雜地區(qū)地震勘探所面臨的主要技術(shù)問(wèn)題及對(duì)策[J]勘探家,1997,2(4):51-54.

[7]張鍵,劉建儀,劉豇瑜,等.頁(yè)巖的地球物理特征研究.重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,14(5):96～99.

[8]張金川,金之鈞,袁明生.頁(yè)巖氣成藏機(jī)理和分布[J].天然氣工業(yè),2004,24(7):15-18.

ShaleGas2DSeismicProspectingDataAcquisitionTechnologyandEffectinGuizhouMountainousArea

Wu Leibin, Wu Youxin and Cao Limin

(Geophysical Prospecting and Surveying Team, Anhui Bureau of Coal Geological Exploration, Suzhou, Anhui 234000)

The shale gas seismic prospecting in the Guizhou mountainous area has faced many difficulties: since large surface elevation differences, different age strata outcropped and large area carbonate rock distribution bring about many problems in seismic data acquisition. According to reconnaissance, put the test points on Permian, Ordovician, Silurian and Cambrian outcrops. The single-shot record analysis has shown that the Cambrian limestone single-shot record has low frequency, weak effective wave energy, heavy single-shot ground roll and linear noise; Permian and Silurian shot energy strong, master frequency higher, wave band wider; Ordovician shot energy stronger, master frequency moderate. Through shot tests of different lithology, well depths and charge quantities have acquired reasonable shot parameters. Comparison of Line NZ24 geological model forward time section and site processed seismic time section has shown that through the test determined field setup and operation parameters can acquire high quality seismic data, guarantee subsequent processing and interpretation obtain good effects.

shale gas; 2D seismic prospecting; geological model; Guizhou mountainous area

武磊彬(1975—)，男，安徽宿州人，高級(jí)工程師，從事地球物理勘探的研究與應(yīng)用。

2017-08-01

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.09.14

1674-1803(2017)09-0074-05

A

責(zé)任編輯：孫常長(zhǎng)