華北探區(qū)潛山勘探地震采集技術(shù)進(jìn)展

李海東，孫 毅，王金寬，陳敬國(guó)，王冬雯，裴愛華，李默涵，翟紅穎，李小艷.

(1.中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理公司華北物探處，河北任丘 062552；2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，遼寧阜新 123000)

1 華北探區(qū)潛山類型及勘探概況

華北探區(qū)地處冀中坳陷，潛山類型可分為地貌潛山和構(gòu)造潛山兩大類，潛山油氣藏類型可分為單斷式潛山油氣藏、斜坡型潛山油氣藏、斷階式潛山油氣藏、侵蝕性潛山油氣藏四大類[1-4]。這些潛山油氣藏不但規(guī)模大、儲(chǔ)量高,而且大部分油田都有潛山油氣藏或潛山構(gòu)造背景，其儲(chǔ)量占到其已探明油氣藏儲(chǔ)量的一半以上，勘探潛力巨大。

如圖1所示，1986年以前，華北油田還處于大型潛山勘探階段，勘探方式采用非地震及二維地震的方式。1986—2002年，華北油田開始進(jìn)入中、小潛山階段，也正式邁入了三維勘探階段。2003年以后，隨著勘探程度的不斷深入,區(qū)域內(nèi)埋藏淺、規(guī)模大、容易發(fā)現(xiàn)的潛山頂面塊狀油氣藏大多數(shù)已經(jīng)被鉆探發(fā)現(xiàn)。隨后發(fā)現(xiàn)規(guī)模儲(chǔ)量的難度越來越大，對(duì)地震勘探的技術(shù)要求也在不斷提高，隱蔽型深潛山、潛山內(nèi)幕等油氣藏正逐漸成為潛山勘探的重點(diǎn)方向[5]。

圖1 華北油田勘探開發(fā)進(jìn)程

2 潛山及內(nèi)幕地震采集技術(shù)進(jìn)展

受潛山成因的影響，通常潛山面非均質(zhì)性較強(qiáng)、潛山頂面較為破碎，冀中地區(qū)潛山地層傾角變化較大、斷裂發(fā)育，上述因素反映在地震資料上即深層反射信噪比低，能量弱；斷層、斷點(diǎn)不清楚；潛山內(nèi)幕反射能量弱、反射信息雜亂無章。

此外冀中地區(qū)人口密集，地表?xiàng)l件復(fù)雜，部分潛山構(gòu)造位于城區(qū)附近，加大了潛山勘探激發(fā)參數(shù)的選取以及炮、檢點(diǎn)均勻布設(shè)的難度，一定程度影響了潛山及內(nèi)幕的資料品質(zhì)(資料成像差、資料缺失等問題)。例如，2003年之前，潛山三維地震采集表層調(diào)查并不作為井深設(shè)計(jì)的依據(jù)，往往采用24m或27m固定井深激發(fā)的方式，并未充分考慮表層結(jié)構(gòu)的變化對(duì)激發(fā)影響大這一因素，造成激發(fā)的地震子波、能量不穩(wěn)定，資料品質(zhì)差異較大(圖2)。

圖2 2003年以前三維采集共炮檢距剖面

由此形成了三個(gè)階段的潛山勘探地震采集技術(shù)歷程。

2.1 二維地震采集

1970—1990年代，冀中坳陷還處在大、中、小型潛山勘探階段，地震勘探以二維為主，該時(shí)期地質(zhì)目標(biāo)較為明顯，地質(zhì)任務(wù)相對(duì)簡(jiǎn)單，從表1來看，該時(shí)期針對(duì)潛山的二維勘探，多采用炸藥固定激發(fā)，單線、短排列的接收方式。進(jìn)入2000年，隨著地質(zhì)目標(biāo)逐漸轉(zhuǎn)向深層，對(duì)地質(zhì)體刻畫精度有所要求，二維地震采集技術(shù)攻關(guān)的關(guān)鍵參數(shù)也在逐漸改變：觀測(cè)系統(tǒng)的排列長(zhǎng)度在逐漸增大，道距逐漸減小，激發(fā)方式由傳統(tǒng)的井炮向可控震源轉(zhuǎn)變，形成了以寬線、長(zhǎng)排列、高覆蓋、寬頻帶，可控震源為代表的新時(shí)期潛山二維地震采集技術(shù)(表1)。

表1 歷年潛山二維地震攻關(guān)代表性采集關(guān)鍵參數(shù)

2015年，在楊村地區(qū)開展了針對(duì)楊稅務(wù)深層潛山及內(nèi)幕的二維地震勘探技術(shù)攻關(guān)，該項(xiàng)目采用了當(dāng)時(shí)正在推廣應(yīng)用的高精度可控震源實(shí)施激發(fā)，基于長(zhǎng)排列、高覆蓋次數(shù)進(jìn)行采集。圖3是該區(qū)新、老二維地震勘探技術(shù)攻關(guān)資料效果對(duì)比，從圖中可以明顯看出，新的攻關(guān)資料效果較之老資料在信噪比、分辨率上都有顯著提高，不僅潛山頂面形態(tài)較為清晰，深層的潛山內(nèi)幕反射信息也更加豐富。

圖3 楊村地區(qū)新、老二維地震勘探疊加剖面對(duì)比

2.2 常規(guī)三維地震采集

1990年代末，隨著華北探區(qū)勘探成果構(gòu)建的冀中坳陷油氣資源分布框架的大致成型，基于區(qū)域性的、精細(xì)地質(zhì)要求的一次、二次三維地震勘探也掀起了熱潮。此時(shí)，華北探區(qū)中、小型潛山勘探也已進(jìn)入中后期，潛山油氣藏開發(fā)呈疲軟態(tài)勢(shì)，年產(chǎn)量?jī)H占華北油氣藏年產(chǎn)量的20%左右，急需勘探成果支持潛山油藏開發(fā)轉(zhuǎn)型，因此相應(yīng)的三維地震采集技術(shù)得到推廣普及應(yīng)用。

華北探區(qū)的三維采集技術(shù)攻關(guān)根據(jù)攻關(guān)目標(biāo)，以2003年為界，分為兩個(gè)階段：2003年以前，多是針對(duì)2.5 s以上目的層、較大圈閉及構(gòu)造開展的一次三維技術(shù)攻關(guān)；2003年以后，以針對(duì)3.2 s以上目的層、小圈閉及構(gòu)造，要求潛山面更加清晰的二次三維技術(shù)攻關(guān)為主。

2003年以前一次三維采集方案的特點(diǎn)為較大面元、低覆蓋次數(shù)、大滾動(dòng)線距、固定井深激發(fā)(表2)，從實(shí)施效果來看(圖4)，能夠落實(shí)大型潛山，但內(nèi)幕成像差，且深潛山存在多解性，地震數(shù)據(jù)屬性分析精度低。

2003年以后二次三維采集多采用較小面元、較高覆蓋次數(shù)、逐點(diǎn)設(shè)計(jì)井深激發(fā)，但對(duì)深潛山及內(nèi)幕勘探來說，仍然存在著覆蓋次數(shù)不足、最大炮檢距稍小、縱橫比較低、滾動(dòng)距較大的問題(表2)。雖然通過該類采集方案落實(shí)了多個(gè)潛山帶，但從資料上(圖4)看，潛山局部信噪比低，深、小潛山及內(nèi)幕成像效果差。

表2 2003年前、后潛山三維地震攻關(guān)關(guān)鍵參數(shù)表

圖4 2003年前、后三維地震勘探技術(shù)攻關(guān)資料效果對(duì)比

2.3 目標(biāo)三維采集

伴隨著華北探區(qū)潛山油氣藏勘探歷史的變遷，華北探區(qū)潛山及內(nèi)幕地震勘探技術(shù)的探索與研究工作也已開展了50多年。在此期間，針對(duì)由華北探區(qū)潛山復(fù)雜地表、地下地震地質(zhì)條件引起的勘探技術(shù)難點(diǎn)，開展了大規(guī)模的集合潛山區(qū)勘探的新老采集方案分析、資料分析、模擬正演分析的工作，從中剖析影響潛山資料采集的關(guān)鍵因素，在不斷地攻關(guān)試驗(yàn)項(xiàng)目研究過程中，目前，已形成了一套較為成熟的，由“基于潛山構(gòu)造特征的觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)”“基于潛山資料品質(zhì)的激發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)” “復(fù)雜地表區(qū)觀測(cè)系統(tǒng)實(shí)施技術(shù)”組成的適合華北探區(qū)潛山三維勘探采集的成熟配套技術(shù)。

2.3.1 基于潛山構(gòu)造特征的觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

潛山面非均質(zhì)性強(qiáng)、內(nèi)幕反射能量弱，且冀中地區(qū)地層傾角較大，潛山區(qū)域斷裂構(gòu)造較為發(fā)育(斷層走向多向性)，對(duì)資料的成像精度要求高，因此從提高覆蓋次數(shù)出發(fā)，在潛山地層傾角變化大、斷裂發(fā)育的區(qū)域設(shè)計(jì)長(zhǎng)排列、寬方位的觀測(cè)系統(tǒng)，確保各方位信息的有效接收[6、7]。

2.3.2 基于潛山資料品質(zhì)的激發(fā)設(shè)計(jì)

華北探區(qū)表層結(jié)構(gòu)橫向變化較為劇烈，通過采取“收集水文資料、巖性取芯、潛水面調(diào)查、小折射、微測(cè)井”等多種方法聯(lián)合調(diào)查的方式對(duì)區(qū)域內(nèi)的潛水面控制點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)，從而確保把控全區(qū)的表層情況。隨后，在上述精細(xì)表層結(jié)構(gòu)調(diào)查的基礎(chǔ)上進(jìn)行逐點(diǎn)設(shè)計(jì)井深，充分利用微測(cè)井資料的動(dòng)力學(xué)特征，追蹤出最佳巖性進(jìn)行激發(fā)，資料能量的均衡性、穩(wěn)定性及頻率較以往都有了明顯的提高。

2.3.3 基于復(fù)雜地表區(qū)觀測(cè)方案優(yōu)化

華北探區(qū)潛山勘探除了受表層地震地質(zhì)條件的影響，還受到該探區(qū)所處的復(fù)雜人文地理環(huán)境的制約。該探區(qū)多數(shù)潛山勘探區(qū)涉及城、鎮(zhèn)及廠礦區(qū)，在這些區(qū)域，相關(guān)技術(shù)實(shí)施條件會(huì)受到制約，特別是大型城、礦密集區(qū)，常規(guī)采集勘探方法難以實(shí)施，導(dǎo)致資料缺失嚴(yán)重，影響富油凹陷的整體評(píng)價(jià)；同時(shí)城、鎮(zhèn)區(qū)高樓林立，人口密集，給地震勘探的施工也帶來了極大安全隱患。

針對(duì)上述城、鎮(zhèn)及廠礦區(qū)復(fù)雜地表?xiàng)l件引起的問題，首先采用“城礦區(qū)近地表障礙物綜合調(diào)查技術(shù)”，根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)對(duì)地下管線的探測(cè)定位結(jié)果，避免在管線正上方施工的情況，有效地降低了安全風(fēng)險(xiǎn)[6]；其次，對(duì)于無法規(guī)避的地面障礙物引起的資料品質(zhì)差、資料缺失等問題，采用“三域互補(bǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)”，即“大排列與小排列互補(bǔ)”“大藥量與小藥量互補(bǔ)”“炸藥震源與可控震源互補(bǔ)”。

在城區(qū)無法實(shí)施布設(shè)炮點(diǎn)的區(qū)域，采用小排列加密的方式，保證該區(qū)的覆蓋次數(shù)；在城區(qū)內(nèi)適當(dāng)?shù)夭捎眯∷幜考ぐl(fā)，以保證淺層的資料品質(zhì)，同時(shí)在城區(qū)外圍采用大藥量激發(fā)彌補(bǔ)中、深層的資料品質(zhì)；特別是對(duì)于安全要求較高的區(qū)域，采用炸藥震源與可控震源相結(jié)合的方式，確保激發(fā)效果。

華北探區(qū)先后開展了2010年鳳河營(yíng)潛山三維、2012年南馬莊潛山三維、2013年澤42潛山三維的目標(biāo)區(qū)三維技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目，深入開展了寬頻、寬方位、高覆蓋地震采集技術(shù)攻關(guān)，提高了縱橫向分辨率，解決了深潛山及內(nèi)幕、凸起潛山和內(nèi)幕以及控山斷層成像效果差的問題。該類目標(biāo)區(qū)技術(shù)攻關(guān)采用20 m×20 m的小面元，覆蓋次數(shù)72～225次，最大炮檢距3 500～4 500 m，滾動(dòng)線距僅為1條排列，橫縱比在0.35～1，覆蓋密度提高到18～60萬次/km2，潛山內(nèi)幕成像效果顯著提高，3.2 s以下潛山內(nèi)幕信息仍然清晰、連續(xù)(圖5)。

圖5 二次三維與目標(biāo)三維地震勘探技術(shù)攻關(guān)資料效果對(duì)比

3 深潛山及內(nèi)幕勘探地震采集技術(shù)攻關(guān)方向

3.1 潛山及內(nèi)幕地震勘探需求分析

隱蔽型潛山的定義不僅局限于其在地質(zhì)上的復(fù)雜性，更多是指其相對(duì)于目前的勘探技術(shù)來說，發(fā)現(xiàn)與認(rèn)知的難易程度[8]。近年來，隨著思想解放、精細(xì)研究、模式創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步，積極預(yù)探隱蔽型深潛山及潛山內(nèi)幕油氣藏已成為未來華北探區(qū)潛山勘探的重要方向，至2014年，相繼發(fā)現(xiàn)了牛東1超高溫深潛山油氣藏、長(zhǎng)3古儲(chǔ)潛山內(nèi)幕油氣藏等多個(gè)隱蔽的富集高產(chǎn)潛山油氣藏，展現(xiàn)出該領(lǐng)域的良好勘探前景。

根據(jù)目前的研究成果，如表3，冀中坳陷的隱蔽型潛山可分為深潛山及凸起潛山兩大類，其中深潛山以楊稅務(wù)潛山為代表，規(guī)模較小(一般不超過5 km2)、埋藏較深(4 000～5 000 m以下)、類型復(fù)雜(潛山內(nèi)幕、潛山坡)，對(duì)于地震勘探來說，目標(biāo)層系多，是深化勘探的重要方向；該區(qū)凸起潛山以束鹿西斜坡潛山帶為代表，雖然埋藏較淺(1 000～2 000 m)、但類型復(fù)雜，潛山面及潛山內(nèi)幕面巖性變化大。

表3 隱蔽型潛山及內(nèi)幕地球物理特征參數(shù)

表3中，無論是深潛山還是凸起潛山，其潛山及內(nèi)幕地震資料主頻低、頻帶窄，高頻成分缺失，資料信息豐富性降低[9、10]。潛山面相較于潛山內(nèi)幕來說，是一個(gè)較強(qiáng)的波阻抗界面，對(duì)地震波的下傳有一定影響，使得潛山內(nèi)幕(深潛山)反射信息能量弱、信噪比低。特別是對(duì)于埋深在大于4 600 m的深潛山勘探來說，常規(guī)的三維地震勘探技術(shù)(通常對(duì)埋深4 000 m以上的目的層勘探有效)難易達(dá)到地質(zhì)要求。以南馬莊潛山目標(biāo)三維為例，設(shè)計(jì)最大炮檢距4 582 m，潛山內(nèi)幕埋深6 000多米，最大炮檢距較短，針對(duì)深層潛山內(nèi)幕速度分析精度不夠，深部位地層資料畫弧現(xiàn)象嚴(yán)重，潛山內(nèi)幕深層地層的成像存在多解性(圖6)。

另一方面，受潛山面強(qiáng)波阻抗的影響，地震剖面無法真實(shí)反映潛山面巖性的變化，對(duì)解釋工作易造成誤導(dǎo)。如圖7，分頻剖面上，晉古18、晉7鉆遇東營(yíng)組對(duì)應(yīng)的地震資料1.0 s左右的波組特征有較為明顯差異，預(yù)示著兩口井所鉆遇地層應(yīng)該存在著明顯的地震相差異，然而從偏移成果剖面圖8上看，該處為一強(qiáng)波阻抗特征界面，無法反映出巖性變化引起的波組特征變化。

圖6 不同方法得到的速度譜效果對(duì)比

圖7 高頻純波數(shù)據(jù),頻掃30～60 Hz

圖8 偏移成果剖面

3.2 深潛山及內(nèi)幕勘探地震采集技術(shù)攻關(guān)方向

近年來，針對(duì)華北探區(qū)隱蔽型潛山的地震勘探技術(shù)攻關(guān)工作正在逐步走上正軌，通過多年來對(duì)該區(qū)隱蔽型潛山及內(nèi)幕勘探難點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，目前已明確了其技術(shù)攻關(guān)的實(shí)施思路：即在常規(guī)潛山勘探的技術(shù)基礎(chǔ)上，以其深度、介質(zhì)特性、資料特征等方面與常規(guī)潛山的差異為切入點(diǎn)，開展隱蔽型潛山勘探巖性、速度建模等方面的專題研究，形成針對(duì)不同潛山類型的觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)方法[10-13]；同時(shí)，考慮到潛山區(qū)域特有的復(fù)雜的地表?xiàng)l件(地表障礙物、人口密集)，開展 “高效”“安全”“環(huán)?！钡呐涮准夹g(shù)。

基于上述思路，目前正開展或籌備著多項(xiàng)針對(duì)隱蔽型潛山的二次以及目標(biāo)區(qū)三維的技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目。例如，華北探區(qū)廊固凹陷楊稅務(wù)—泗村店一帶潛山規(guī)模大，高點(diǎn)埋深在4 600～4 750 m，構(gòu)造幅度為260～400 m。此外，該區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)、路網(wǎng)、水網(wǎng)、經(jīng)濟(jì)作物等各種障礙區(qū)大且密集，占總施工面積的48.9%。F

2017年針對(duì)類似潛山，開展了包括“兩寬一高”技術(shù)、“混采實(shí)施”技術(shù)、“綠色勘探”技術(shù)為主體的技術(shù)攻關(guān)籌備工作。考慮到隱蔽型潛山(深潛山)埋深深、類型復(fù)雜(凸起潛山)，僅有的弱反射信息難以精準(zhǔn)成像的實(shí)際情況，將觀測(cè)系統(tǒng)橫縱比由以往的0.5提高到1.0，實(shí)現(xiàn)真正意義上的寬方位，甚至是全方位；同時(shí)，覆蓋密度也大幅度提升，以解決深層資料能量弱、信噪比低的問題；在城區(qū)內(nèi)布設(shè)檢波點(diǎn)連線困難的區(qū)域，采用無線節(jié)點(diǎn)接收，在城區(qū)外采用有線檢波器接收，一方面保證了地震資料的接收效果，另一方面有效解決了由于有線儀器設(shè)備資源量占用大、生產(chǎn)效率低、安全風(fēng)險(xiǎn)高等難題；增加可控震源震感測(cè)試，以便根據(jù)地面設(shè)施情況，科學(xué)合理設(shè)計(jì)炮點(diǎn)及每一個(gè)炮點(diǎn)的激發(fā)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)“綠色”作業(yè)[14-16]。

4 結(jié)論

(1)華北探區(qū)潛山具有類型多、分布廣、構(gòu)造復(fù)雜的特點(diǎn)，并且該探區(qū)的潛山油氣藏不但規(guī)模大而且儲(chǔ)量高，勘探潛力巨大，有必要針對(duì)該區(qū)潛山勘探開展地震采集技術(shù)深化研究。

(2)華北探區(qū)潛山勘探經(jīng)歷多個(gè)階段，呈現(xiàn)勘探目標(biāo)由常規(guī)潛山轉(zhuǎn)向深潛山、潛山內(nèi)幕，地震采集由二維向三維轉(zhuǎn)變、常規(guī)向精細(xì)拓展、精細(xì)向目標(biāo)延伸，施工方式由粗放轉(zhuǎn)向精細(xì)、由炸藥轉(zhuǎn)向綠色勘探等特點(diǎn)。

(3)目前已形成了一套較為成熟的，由基于潛山構(gòu)造特征的觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、基于潛山資料品質(zhì)的激發(fā)設(shè)計(jì)、復(fù)雜地表區(qū)觀測(cè)系統(tǒng)實(shí)施、多期采集垂直觀測(cè)等技術(shù)組成的適合華北探區(qū)復(fù)雜地表潛山三維地震采集的配套技術(shù)。

(4)結(jié)合深潛山及內(nèi)幕勘探地質(zhì)需求和實(shí)際情況，建議下一步開展包括“兩寬一高”技術(shù)、“混采實(shí)施”技術(shù)、“綠色勘探”技術(shù)為主體的技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的高精度高效“綠色”勘探。