提高沙漠地區(qū)地震采集質(zhì)量實踐與技術(shù)

彭存?zhèn)}

（中國石化勝利油田分公司石油工程監(jiān)督中心，山東東營 257000）

沙漠沙層巨厚松軟，地形變化大，蜂窩狀、壟裝沙丘連綿起伏，不同的沙丘形態(tài)、起伏規(guī)模和沙層厚度，對地震資料品質(zhì)影響的程度不同，沙漠地區(qū)近地表巨厚的沙層對地震采集技術(shù)帶來了特有的挑戰(zhàn)：（1）巨厚松散沙層對地震波的吸收、衰減作用強烈；（2）沙層中激發(fā)產(chǎn)生的干擾嚴(yán)重，主要是面波、折射、散射等；（3）地震波傳播速度低，帶來的靜校正、組合接收等高等問題；（4）沙漠地形起伏帶來的靜校正問題比較突出；（5）相對均一沙層，表層結(jié)構(gòu)相對簡單；（6）沙漠區(qū)潛水面的變化規(guī)律——存在比較穩(wěn)定的潛水面（高速層）；（7）沙漠區(qū)對施工組織方法、生產(chǎn)生活保障系統(tǒng)和地震采集裝備有更高的要求。

雖然沙漠區(qū)對地震采集來說困難多，但問題明確、簡單，便于采取針對性的技術(shù)措施。如沙漠地區(qū)的靜校正問題就解決得較好了，沙漠地區(qū)的激發(fā)問題對于常規(guī)勘探目標(biāo)來說也基本解決。沙漠的激發(fā)、接收問題是制約提高沙漠地震資料品質(zhì)的瓶頸[1]，如圖1所示。

1.沙漠地震采集觀測系統(tǒng)的優(yōu)化

觀測系統(tǒng)設(shè)計是沙漠地震采集的核心技術(shù)[2]。觀測系統(tǒng)設(shè)計中主要應(yīng)用還是基于射線追蹤的正演模擬軟件：（1）中國—KLseis的2D、3D模型軟件；（2）美國—Greenmount的Grip2.5D、3D模型；（3）加拿大—OMNI“三維設(shè)計”軟件；（4）捷克—seis系列模擬軟件；（5）法國CGG公司：“二維、三維設(shè)計”工作站版；（6）以色列Paradigm公司：“二維、三維設(shè)計”

基于波動方程的正演模擬軟件：（1）中國—東方公司的波動方程正演模擬系統(tǒng) V1.0；（2）中國—同濟大學(xué)的SWPS地震波傳播數(shù)值模擬軟件；（3）加拿大—Tesseral 2D 全波場模擬軟件；（4）國外許多研究機構(gòu)開發(fā)的模型正演應(yīng)用軟件。

波動對于一般沙漠地區(qū)二維觀測系統(tǒng)的設(shè)計主要還是依據(jù)射線追蹤理論，以CMP疊加為目的，根據(jù)地質(zhì)任務(wù)要求，結(jié)合沙漠地區(qū)低信噪比特點，在分析透前期資料的基礎(chǔ)上，采用高迭次、小道距、較長排列、中間放炮的方法。方程模擬能真實地反映斷層附近反射波、繞射波以及能量的衰減等動力學(xué)的信息，能反映能量變化情況。

沙漠地震二維采集觀測系統(tǒng)設(shè)計—道距：小道距對深層的斷裂的繞射波反映比較清楚，除提高斷裂帶成像效果外，還有一個原因就是沙漠地區(qū)地震反射的優(yōu)勢接收段長度在7000m左右，更遠(yuǎn)的偏移距數(shù)據(jù)由于動?；?、初至干擾等原因難以有效利用。沙漠地震二維采集觀測系統(tǒng)設(shè)計—寬線：寬線觀測系統(tǒng)對地質(zhì)體的照明是較好，照射盲區(qū)的范圍小。所以在構(gòu)造復(fù)區(qū)域的疊加信噪比高，成像效果好，寬線在信噪比、分辨率、偏移成像上優(yōu)于普通二維，但成本很高。在信噪比很低的沙漠地區(qū)，小面元采集應(yīng)與高的迭次、較密的炮、道密度相匹配，才能取得好的效果。

盡可能地消除采集腳?。翰杉_印可以分為兩類。

（1）劇烈起伏的沙漠地表條件，引起地震資料振幅、信噪比等屬性隨地表條件的變化而變化，形成采集腳印。優(yōu)化激發(fā)參數(shù)，使沙丘不同部位激發(fā)能量、子波、信噪比盡量接近，可以很大程度減少腳印。

（2）與觀測系統(tǒng)參數(shù)有關(guān)的采集“腳印”，其根本原因是空間采樣不足[3]、不連續(xù)、不均勻。數(shù)據(jù)處理時（主要是在偏移時）就會帶來噪音——“腳印”。橫向滾動距離、炮線距、接收線距和觀測形式是影響采集“腳印”的幾個主要參數(shù)；采用較小的滾動距、炮線距、接收線距有利于減少采集腳印。

方位角的分布：寬方位觀測相對于窄方位來說具有炮檢距、方位角均勻；有利于不同角度研究地質(zhì)體，利于AVO、裂縫分析等；有利于穩(wěn)定、全面接收來自地下反射點能量；多方向性有利于多次波衰減等優(yōu)勢。但也存在近道資料少，動校拉伸較大；受表層影響，靜校正求解相對困難，受各項異性的影響速度分析難度大等問題。尤其是在低信噪比、地形起伏劇烈的沙漠地區(qū)，如果達(dá)不到高密度的炮、道布設(shè)，迭次低、炮檢距不均勻時處理過程產(chǎn)生的采集腳印會更嚴(yán)重。小束線的滾動距離，能使各個面元接收到的地球物理信息盡可能一致，有效地減弱 “采集腳印”問題，改善靜校正的耦合效果，提高儲層預(yù)測的準(zhǔn)確率。

總之，采用較高的覆蓋次數(shù)，縮小接收線距和炮線距，增加空間采樣點，以提高縱橫向分辨率；采用較寬的方位角觀測，保留一定繞射波尾巴長度，歸位準(zhǔn)確，提高構(gòu)造成像精度。

2.沙漠地震采集表層結(jié)構(gòu)調(diào)查技術(shù)

沙漠地區(qū)的表層調(diào)查非常重要，不僅是為了提供靜校正參數(shù)，更是井深設(shè)計的依據(jù)，不僅要考慮初至?xí)r間，還要考慮波形變化。目前，利用微測井資料研究表層地震子波振幅頻率的變化[4]提取吸收衰減參數(shù)，進(jìn)一步改善沙漠資料是主要方向。

根據(jù)微測井波形記錄，沙漠地區(qū)內(nèi)存在厚度不一的低頻層（從記錄的波形可以識別）一般在沙丘低部位存在，可能與欠壓實作用有關(guān)。

沙丘曲線：選取工區(qū)典型高大沙丘，在高大沙丘兩端低洼處布設(shè)2個炮點。在2個炮點分別布設(shè)微測井、激發(fā)淺井各一口，沿沙丘起伏較大的方向布設(shè)排列，排列采用小道距接收（3m～5m）。道數(shù)根據(jù)沙丘的大小而鋪設(shè)，橫跨沙梁。激發(fā)點在接收排列的兩端各布設(shè)1口。激發(fā)采用小藥量（2kg～4kg）激發(fā)，激發(fā)井深2m～4m，以保證初至起跳干脆。再根據(jù)根據(jù)沙丘厚度和對應(yīng)的垂直時間擬合出厚度和對應(yīng)的垂直時間的關(guān)系曲線，制作成沙丘曲線量板，如圖2所示。

表層吸收衰減調(diào)查：單井、雙井法通過這項試驗求取的吸收衰減補償參數(shù)應(yīng)用到后續(xù)的處理中，取得了一定的效果。

3.沙漠地震采集激發(fā)技術(shù)

激發(fā)深度優(yōu)化：高程、表層結(jié)構(gòu)調(diào)查和解釋，高速層內(nèi)低頻段的解釋，分區(qū)、分段井深試驗。

激發(fā)藥量優(yōu)化：分區(qū)、分段藥量試驗，藥量隨沙層厚度增加而增加。

激發(fā)點位優(yōu)選：避高就低，采取避高就低的措施時一般是垂直測線偏移，針對提高分辨率勘探選擇的調(diào)諧深度就要小；如果針對提高深層能量勘探的調(diào)諧深度就要大。

關(guān)于低頻段的認(rèn)識：沙漠區(qū)表層普遍存在一個厚度不一的低頻段（潛水面埋藏較淺區(qū)域壓實作用小時尤其突出），低頻段內(nèi)激發(fā)的記錄頻率低；采取加密微測井、增加雙井微測井、微測井波形記錄綜合解釋等手段準(zhǔn)確掌握低頻段的展布，避開低頻段激發(fā)[5]。小藥量多炮垂直疊加既能滿足提高分辨率的頻率要求又能通過疊加彌補能量不夠，是一種提高分辨率和信噪比的有效手段。多井組合的單炮記錄能量、信噪比高于單井記錄，但資料的主頻變低，頻寬變窄，成本也是很高。

4.沙漠地震采集接收技術(shù)

在多年的沙漠地震采集實踐中，為了改善沙漠區(qū)接收條件，人們進(jìn)行了大量的試驗，付出了艱辛的努力，采取多種措施來解決沙漠中的接收問題。但還沒有像解決沙漠激發(fā)問題那樣收到很大的成效。沙漠地區(qū)的地震采集接收問題仍是地震采集資料質(zhì)量的瓶頸。主要有以下幾個方面：（1）改善沙漠接收條件的探索－檢波器與沙層的耦合；（2）檢波器組合個數(shù)及其組合圖形試驗；（3）檢波器接收頻率；（4) 檢波器組合的連接方式；（5) 數(shù)字檢波器接收；（6) 吸收衰減參數(shù)的求取。

在沙丘起伏較大區(qū)段進(jìn)行“檢波點避高就低”與正常施工的段對比試驗得知，檢波點避高就低沒有炮點避高就低效果明顯。存在地下反射點離散度高，處理中的偏移歸位問題，檢波器埋置加深后未有明顯的改善，不同檢波器個數(shù)組合記錄比較，隨著檢波器個數(shù)增加，目的層品質(zhì)變好，但記錄的頻譜有變窄的趨勢。綜合考慮，檢波器個數(shù)選用24個或36個較好。沙漠區(qū)低頻干擾發(fā)育，降低了深部目的層低頻弱反射的信噪比，放大組合圖形有利于壓制低頻噪音，提高深部反射的信噪比。

5.地震波衰減補償技術(shù)

5.1 沙丘區(qū)表層地震波衰減補償技術(shù)

用粘彈性波動方程[6]把地表接收到的信號延拓到高速層的頂面，完成低降速帶地震資料的補償。目前，沙漠地區(qū)低降速帶品質(zhì)因子野外調(diào)查方法經(jīng)過多次試驗，有一些效果，還需進(jìn)一步完善。

5.2 最佳耦合檢波器系統(tǒng)與數(shù)字耦合反濾波技術(shù)

沙漠地區(qū)由于其地表比較疏松，常規(guī)檢波器很難與地表達(dá)到最佳耦合。利用特殊耦合檢波器采集的單道地震數(shù)據(jù)，結(jié)合常規(guī)耦合檢波器在相同條件下采集的單道地震數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，在多次試驗的基礎(chǔ)上，并應(yīng)用于常規(guī)耦合檢波器采集的野外地震數(shù)據(jù)，得到相當(dāng)于利用特殊耦合檢波器的地震數(shù)據(jù)，取得了一定的效果。

6.沙漠地震記錄分析和監(jiān)控處理技術(shù)

沙漠地震資料的分析評價和監(jiān)控處理技術(shù)是采集技術(shù)的重要內(nèi)容，近年來發(fā)展較快，但是由于沙漠地區(qū)記錄噪聲大，干擾重，如何去偽存真科學(xué)認(rèn)識一些量化的結(jié)果，要與處理手段緊密結(jié)合，軟件的開發(fā)也需要重視。

監(jiān)控處理——現(xiàn)場、施工單位與處理單位并行，采集處理一體化；3個統(tǒng)一：統(tǒng)一量化標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一目的層位，統(tǒng)一分析手段；三者結(jié)合：定性+定量的結(jié)合，點、線、面。4項內(nèi)容：采集單位+現(xiàn)場監(jiān)控處理的結(jié)合，能量分析、頻率分析、噪音分析、子波分析。

7.結(jié)論

高密度三維采集技術(shù)應(yīng)用的瓶頸問題之一就是沙漠地區(qū)高密度激發(fā)的成本太高，可控震源激發(fā)方式應(yīng)該是解決這個問題的好辦法之一。

沙漠地區(qū)的可控震源激發(fā)實際上是在潛水面以上激發(fā)，沙層的吸收衰減補償問題就顯得更為重要，解決沙漠地震波的補償問題后，沙漠可控震源激發(fā)應(yīng)該不是太大的難題。

沙漠可控震源激發(fā)人為障礙少，安全程度高。國外已有大規(guī)模應(yīng)用，技術(shù)難度不大，可以先在平緩沙漠區(qū)試驗。