高密度寬方位地震采集技術(shù)在四川盆地內(nèi)江—大足區(qū)塊頁巖氣勘探中的應(yīng)用

邱 健 鄭馬嘉 安 輝 黃 平 楊夢薇

中國石油西南威遠(yuǎn)東頁巖氣作業(yè)分公司

四川盆地內(nèi)江—大足區(qū)塊是中國石油天然氣集團(tuán)公司與英國碧辟勘探中國有限公司合作勘探的頁巖氣區(qū)塊。該區(qū)塊目的層志留系下統(tǒng)龍馬溪組埋藏較深（3 500～4 200 m），已有地震資料的觀測系統(tǒng)覆蓋次數(shù)較低，最大炮檢距較小，難以滿足深層海相頁巖氣勘探的要求，存在以下3大問題：①方位角窄、地震資料的縱橫向分辨率不夠，目的層段難以開展疊前裂縫預(yù)測研究；②斷裂歸位不準(zhǔn)，影響優(yōu)質(zhì)頁巖靶體的鉆遇率；③深度預(yù)測不準(zhǔn)確，難以利用地震資料對水平井靶體進(jìn)行精細(xì)描述，影響水平井的準(zhǔn)確入靶。因此，2016年在該區(qū)塊實(shí)施了高密度寬方位三維地震采集，獲得了具有方位角信息的道集資料，有利于疊前反演，使裂縫預(yù)測、提取地層速度和各向異性參數(shù)成為可能，為頁巖氣勘探開發(fā)提供了更加準(zhǔn)確、可靠的基礎(chǔ)資料。

1 高密度寬方位地震采集定義

1.1 高密度地震采集

高密度地震采集技術(shù)就是指炮點(diǎn)密度和接收點(diǎn)密度大幅提高的油氣勘探技術(shù)[1]。其野外采集使用單個(gè)數(shù)字檢波器單點(diǎn)接收，然后在室內(nèi)處理時(shí)進(jìn)行組合。其采集、處理和解釋各環(huán)節(jié)都采用了當(dāng)今最先進(jìn)實(shí)用的技術(shù)，具有覆蓋次數(shù)高、采集面元小、炮檢距分布均勻等特點(diǎn)，是一個(gè)系統(tǒng)工程。衡量三維地震是否為高密度的主要參數(shù)是道密度（道密度=面元個(gè)數(shù)/km2×覆蓋次數(shù)），當(dāng)?shù)烂芏冗_(dá)到常規(guī)三維地震勘探的4倍以上時(shí)就可以稱為高密度三維地震勘探。

高密度地震勘探在野外實(shí)行高密度空間采樣，采用單點(diǎn)接收、小面元觀測，同時(shí)對各種干擾波和有效波進(jìn)行高密度采樣，避免采集過程中因?qū)Ω对肼暥褂行盘?hào)受到損害，并避免野外組合接收對有效高頻信息的損壞，較好地保護(hù)了高頻信息，保證了反射信號(hào)的原始性和豐富性，室內(nèi)利用不同的組合方式來提高信噪比和分辨率，以滿足不同的地質(zhì)目標(biāo)要求[1]。

高密度采集和常規(guī)采集最大的不同是野外不壓制干擾波，實(shí)行對干擾波和有效波的無損采樣。高密度采集資料具有較高的信噪比、分辨率和保真度，是解決頁巖氣精細(xì)勘探的有效手段。

1.2 寬方位地震采集

三維地震采集基本采用束線狀觀測系統(tǒng)，束線呈條形，其橫向排列寬度與縱向排列長度之比稱為縱橫比，當(dāng)縱橫比大于0.5時(shí)為寬方位地震勘探，當(dāng)縱橫比小于0.5時(shí)為窄方位地震勘探。寬方位地震采集的目的是獲取觀測方位、炮檢距和覆蓋次數(shù)盡可能分布均勻的三維地震數(shù)據(jù)體[2]。通常通過增加接收線數(shù)和增大接收排列來實(shí)現(xiàn)。但這種采集方式的成本也較高。與窄方位角采集相比，寬方位采集在各向異性介質(zhì)條件下，振幅隨炮檢距和方位角變化明顯，在改善地下地質(zhì)體照明度、衰減相干噪聲和多次波、改善速度分析精度和成像效果以及裂縫預(yù)測等方面具有諸多優(yōu)勢[3]。

2 區(qū)塊概況

內(nèi)江—大足三維地震區(qū)塊位于四川盆地川中隆起帶自流井凹陷東北邊緣與威遠(yuǎn)—龍女寺隆起南緣交匯帶，是川中平緩構(gòu)造區(qū)的一部分，為西南高、東北低的平緩大單斜。志留系下統(tǒng)龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖埋深介于3 500～4 200 m，相對較深。地表出露巖性主要為侏羅系沙溪廟組上段砂泥巖，東北角分布少量侏羅系遂寧組泥巖夾砂巖，激發(fā)接收條件較好。

自1982年至2012年，在自貢、內(nèi)江、大足一帶共實(shí)施了多輪二維地震勘探。2013年9月，該區(qū)塊威206井于井深3 826.0 m（奧陶系寶塔組）完鉆，對龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖進(jìn)行水力壓裂后，獲氣0.58×104m3/d，證實(shí)了龍馬溪組具有較好的頁巖氣資源。

3 地震老資料分析

對2006年采集的覆蓋內(nèi)江—大足區(qū)塊二維地震資料分析認(rèn)為，原始資料信噪比高，主頻在45 Hz左右，反射信號(hào)清楚，資料品質(zhì)較好。主要噪聲類型為面波、異常振幅及交流電干擾，其中強(qiáng)面波干擾是影響資料品質(zhì)的重要因素（圖1）。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造相對簡單，地層平緩，呈現(xiàn)南高北低的單斜構(gòu)造格局，斷層不發(fā)育，僅在三維工區(qū)的南部發(fā)育一條延伸較遠(yuǎn)、斷距較大的斷層。

4 觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則及方法

4.1 設(shè)計(jì)原則

根據(jù)區(qū)塊構(gòu)造特點(diǎn)、目的層埋深和地質(zhì)任務(wù)，在進(jìn)行觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先考慮面元、覆蓋次數(shù)及均勻性、炮檢距和方位角的分布等。

4.2 以往采集參數(shù)分析

工區(qū)及相鄰區(qū)塊以往地震采集覆蓋次數(shù)較低（40～60次），最大偏移距較小。2005年在鄰區(qū)完成的荷包場三維地震覆蓋次數(shù)也較低，由于當(dāng)時(shí)的目的層主要針對三疊系須家河組和嘉陵江組，最大偏移距的設(shè)計(jì)均不能滿足龍馬溪組頁巖氣勘探需要。

4.3 關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)

三維地震采集參數(shù)設(shè)計(jì)，首先要基于表層結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)及地下地質(zhì)構(gòu)造等信息，從面元、最大炮檢距、覆蓋次數(shù)等方面進(jìn)行論證，同時(shí)應(yīng)考慮成本因素，重點(diǎn)從道間距、覆蓋次數(shù)、井深和藥量等方面進(jìn)行優(yōu)化。

4.3.1 面元

面元的確定主要考慮滿足最高無混疊頻率法則和橫向分辨率的要求，各論證點(diǎn)面元論證參數(shù)表見表1。

綜合考慮，本輪地震勘探目的層面元大小應(yīng)小于34 m。

4.3.2 覆蓋次數(shù)

頁巖氣藏裂縫預(yù)測是地震勘探的一項(xiàng)重要任務(wù)，裂縫檢測需要對三維數(shù)據(jù)體進(jìn)行疊前分方位處理，方位角的劃分依據(jù)工區(qū)裂縫發(fā)育組系的多少，要保證每個(gè)方位角內(nèi)的成像品質(zhì)基本一致，除要求三維觀測系統(tǒng)必須保證是寬方位外，還要求每個(gè)方位角內(nèi)的覆蓋次數(shù)至少達(dá)到15次。因此本輪三維地震覆蓋次數(shù)至少在180次以上。

4.3.3 最大炮檢距

最大炮檢距是頁巖氣地震觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的一個(gè)接收參數(shù)，其與目的層埋深、動(dòng)校拉伸、速度分析精度、反射系數(shù)等都有關(guān)系。

綜合對最大炮檢距的分析（表2），設(shè)計(jì)最大炮檢距在5 000 m左右。

圖1 威東—王家場2006WW50線疊加剖面圖

表1 面元尺寸理論計(jì)算表

表2 最大炮檢距選擇的影響因素一覽表

5 觀測系統(tǒng)參數(shù)

針對該區(qū)地震、地質(zhì)條件，結(jié)合對前期采集方案和資料的分析，在觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用較小面元，以提高縱橫向分辨率，確保小斷層識(shí)別精度；采用較寬的方位和較高的覆蓋次數(shù)，以滿足分方位處理要求，利于進(jìn)行各向異性研究；同時(shí)考慮共中心點(diǎn)面元覆蓋次數(shù)均勻穩(wěn)定，并從激發(fā)參數(shù)、接收參數(shù)以及觀測系統(tǒng)3方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

因此，野外采集設(shè)計(jì)了束狀正交規(guī)則18線14炮252道觀測系統(tǒng)，觀測系統(tǒng)面元20 m，總覆蓋次數(shù)324次（表3）。

同以前三維觀測系統(tǒng)相比，本次觀測系統(tǒng)有3方面的優(yōu)點(diǎn)： ①覆蓋次數(shù)及炮道密度高，保證處理資料的信噪比，有利于開展構(gòu)造精細(xì)研究；②較小的面元尺寸，有利于提高目標(biāo)地質(zhì)體的分辨精度；③全方位觀測，有利于開展裂縫預(yù)測研究。

表3 三維地震觀測系統(tǒng)參數(shù)一覽表

6 高密度寬方位三維地震采集

圖2 微測井調(diào)查低速層速度分布圖

高密度寬方位三維地震采集的高效實(shí)施首先要做好精細(xì)表層結(jié)構(gòu)調(diào)查，優(yōu)化激發(fā)、接收參數(shù)。

6.1 表層結(jié)構(gòu)調(diào)查

通過表層結(jié)構(gòu)調(diào)查，確定低速層厚度，確保在高速層以下的最佳巖性中激發(fā)，取得最佳資料。表層結(jié)構(gòu)調(diào)查工作以微測井為主，同時(shí)結(jié)合巖性錄井的方法進(jìn)行。微測井井點(diǎn)采用不均勻布置原則，在地表復(fù)雜區(qū)加密，在地表簡單區(qū)域適當(dāng)抽稀。

通過模型建立，獲得了工區(qū)低速層的厚度和速度圖。圖2是低速層速度分布圖，可見工區(qū)南部的低速層速度偏高，介于700～900 m/s；工區(qū)北部，低速層速度略低，介于600～800 m/s，巖性都屬于表土層。

圖3是速度低于1 700 m/s的地層厚度分布圖，工區(qū)北部區(qū)，速度低于1 700 m/s地層厚度普遍在5m以內(nèi)；工區(qū)南部區(qū)，速度低于1 700 m/s地層厚度普遍介于3～7 m，部分區(qū)域達(dá)到11 m。

6.2 激發(fā)、接收參數(shù)試驗(yàn)

地震波在傳播過程中，由于地層的吸收衰減、波場的發(fā)散等會(huì)對保真度造成影響外，激發(fā)因素和接收因素也是影響保真度的重要因素。所以在采集時(shí)應(yīng)選擇合適的激發(fā)藥量和井深，并且采樣間隔不能過大，否則會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的頻譜發(fā)生畸變，最終影響地震資料的保真度。在保證一定信噪比的前提下盡量減少藥量，以拓寬地震波的頻帶，確保地震資料有較高的信噪比和分辨率。

井深變化對主頻的影響非常明顯。理論上激發(fā)點(diǎn)在強(qiáng)波阻抗界面下1/4的低速帶波長處時(shí)，虛反射與有效波同相疊加能夠產(chǎn)生振幅與頻率較高的子波。由于低速帶波長難以精確確定，激發(fā)井深要根據(jù)地質(zhì)任務(wù)并通過試驗(yàn)來確定[4-7]。

通過對試驗(yàn)資料的分析認(rèn)為，試驗(yàn)資料能量適中，同相軸連續(xù)性好，資料品質(zhì)較高，最終采用井深8 m、藥量2 kg的激發(fā)參數(shù)。

通過單炮及分頻掃描，對比GTDS-10H和20DX-10檢波器效果，認(rèn)為GTDS-10H檢波器對拓寬頻帶、提高分辨率效果明顯，最終采用GTDS-10H單點(diǎn)檢波器進(jìn)行采集。

圖3 速度低于1 700 m/s對應(yīng)地層厚度分布圖

6.3 施工參數(shù)

通過試驗(yàn)最終確定了激發(fā)接收等施工參數(shù)。

激發(fā)方式：單井激發(fā)；

激發(fā)井深： 8 m；

激發(fā)藥量：2 kg；

炸藥類型：高能乳化炸藥；

檢波器型號(hào)：GT DS-10H；

組合方式：單點(diǎn)；

儀器型號(hào)：Sercel 428XL數(shù)字地震儀；

記錄格式：SEG-D；

采樣率：2 ms；

記錄長度：6 s；

低截頻：3 Hz，

高截頻：400 Hz。

6.4 采集施工時(shí)效

該項(xiàng)目共投入GT DS-10H檢波器10 000道、采集站12 400道，實(shí)際生產(chǎn)24 d，日均1 058.89炮。

6.5 現(xiàn)場實(shí)時(shí)質(zhì)量控制

高密度三維地震勘探采用高效激發(fā)必然產(chǎn)生海量地震數(shù)據(jù)，大幅提高的生產(chǎn)日效和劇增的海量數(shù)據(jù)對傳統(tǒng)的質(zhì)量監(jiān)控方法提出了挑戰(zhàn)。

針對高效采集的實(shí)際要求，質(zhì)量監(jiān)控要實(shí)現(xiàn)觀念上的突破，不以單炮記錄論成敗，保證激發(fā)、接收、傳輸、數(shù)據(jù)記錄等過程中設(shè)備狀況處于受控狀態(tài)，不再強(qiáng)調(diào)一般噪聲的警戒，避免記錄的回放、高抽樣密度的頻率掃描監(jiān)控等，這樣才能從根本上保證質(zhì)量的高效生產(chǎn)[8-9]?，F(xiàn)場質(zhì)量控制要實(shí)現(xiàn)3個(gè)轉(zhuǎn)變；①從監(jiān)控結(jié)果向監(jiān)控過程轉(zhuǎn)變；②從日檢一次設(shè)備向?qū)崟r(shí)檢測設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)變；③從人工指揮生產(chǎn)向自動(dòng)化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。在質(zhì)量控制上，由于放炮速度快、接收排列多，利用儀器車回放監(jiān)視記錄進(jìn)行實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)控已經(jīng)無法實(shí)現(xiàn)[10-11]。

利用e-SQC pro及川慶物探公司開發(fā)的SeisAQC軟件同時(shí)對采集資料進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保了單炮能量及炮檢關(guān)系正確。

6.6 采集質(zhì)量分析

6.6.1 新老單炮對比

選取三維地震炮點(diǎn)50321225.2與2006WW 51線1485.5炮點(diǎn)的單炮數(shù)據(jù)進(jìn)行對比（圖4）。可見新采集資料同相軸連續(xù)，頻帶有所拓寬，10～80 Hz均能見到有效反射。

6.6.2 剖面對比

選取三維地震Inline240線與工區(qū)內(nèi)2006WW 56線疊加剖面和做對比（圖5）?？梢姳据喰虏杉S剖面信噪比及分辨率較老資料更高，構(gòu)造細(xì)節(jié)刻畫更清楚，層間信息更豐富。

7 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）高密度勘探技術(shù)采用小面元，提高了空間采樣率，減少了空間假頻，同時(shí)高覆蓋次數(shù)有利于壓制噪聲，因而具有進(jìn)一步提高分辨率和改善信噪比的能力[12]。

2）通過高密度寬方位地震技術(shù)可以獲得高品質(zhì)的地震資料，對尋找“甜點(diǎn)”區(qū)，改善勘探開發(fā)效果，以及指導(dǎo)水平井鉆井及壓裂改造，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3）從本輪單炮資料來看，能量適中，信噪比較高，頻帶4～80 Hz都可見到有效反射信息，證明本次采用井深8 m、2 kg藥量的激發(fā)參數(shù)合適，能夠滿足本次頁巖氣勘探的地質(zhì)任務(wù)。

4）在保證獲得高品質(zhì)地震資料采集方案的前提下，頁巖氣地震勘探開發(fā)采集參數(shù)應(yīng)盡量節(jié)約成本，重點(diǎn)考慮道間距、覆蓋次數(shù)、井深和藥量等方面的優(yōu)化。

圖4 新老三維地震單炮分頻掃描對比圖

圖5 2016Inline240與2006WW56線疊加剖面對比圖

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