蠡縣斜坡巖性油氣藏提高分辨率采集技術(shù)

張學(xué)銀，李海東，曹雄偉，金海福，程展展，周 璐

（1.中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司華北物探處，河北 任丘 062552；2.中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司國際部，河北 涿州 072750）

1 引言

華北油田有冀中、二連浩特、巴彥河套、山西、蘇里格5大探區(qū)，礦權(quán)面積約61245km2，地震地質(zhì)條件復(fù)雜，油藏類型復(fù)雜多樣，發(fā)現(xiàn)了復(fù)雜構(gòu)造、地層巖性、潛山及內(nèi)幕油藏。隨著“兩寬一高”技術(shù)的推廣應(yīng)用，勘探老區(qū)巖性油氣勘探持續(xù)取得新發(fā)現(xiàn)［1，2］。饒陽凹陷蠡縣斜坡是華北油田富油凹陷的勘探老區(qū)，油藏類型多，以構(gòu)造—巖性和巖性圈閉為主［3，4］，成藏條件較為復(fù)雜，是典型的巖性油氣藏。近年來，該區(qū)取得了勘探新突破，發(fā)現(xiàn)規(guī)模整裝控制，預(yù)測石油地質(zhì)儲量達(dá)5000×104t級。蠡縣斜坡地表地下地震地質(zhì)條件復(fù)雜，斷距小、儲層厚度薄、地層巖性圈閉落實難度大［5］，以往的地震資料頻帶窄，信噪比低，巖性識別難度大。

該區(qū)地震勘探始于1963年，20世紀(jì)90年代經(jīng)歷構(gòu)造油藏勘探高峰，發(fā)現(xiàn)了一批工業(yè)油流井，揭示了多套含油層系，探明高陽油田之后，蠡縣斜坡勘探陷入低谷，2002年開始在蠡縣斜坡進(jìn)行巖性油藏的勘探，但一直沒有取得大的突破［6］。分析其原因，一是長期以來在正向構(gòu)造找油思路指導(dǎo)下，習(xí)慣于圍繞構(gòu)造圈閉做文章，對巖性油藏成藏規(guī)律的研究不夠；二是受勘探技術(shù)手段和條件的制約，缺乏針對“二低二高”（低滲、低豐度、高密度、高黏度）巖性油藏的配套勘探技術(shù)，采集資料的分辨率達(dá)不到識別較薄厚度尾砂巖的需求。

2014年以來，針對低滲、低豐度砂泥巖薄互層巖性油藏的地質(zhì)特點(diǎn)，深化石油地質(zhì)規(guī)律研究，積極探索先進(jìn)、適用的勘探技術(shù)。通過強(qiáng)化觀測系統(tǒng)，優(yōu)化激發(fā)、接收參數(shù)等技術(shù)手段，提高了地震資料的分辨率。建立地質(zhì)模型方式由以往構(gòu)造勘探只建立大套反射層，進(jìn)化為按照地層沉積層序的關(guān)系，在大套反射層內(nèi)細(xì)致刻畫薄砂體，有利于巖性勘探觀測系統(tǒng)的設(shè)計和分析；井炮覆蓋次數(shù)由以往構(gòu)造勘探的40～80次提高到320次以上，有利于薄砂體弱信號的接收，從而提高資料信噪比。本文研究了基于“炮點(diǎn)貢獻(xiàn)率”的炮點(diǎn)設(shè)計方法，實現(xiàn)了屬性均勻的炮點(diǎn)設(shè)計；激發(fā)方式由以往的單一井炮激發(fā)變更為井炮、可控震源聯(lián)合激發(fā)，可控震源是對井炮無法實施區(qū)域的有效補(bǔ)充，本文研究了多域互補(bǔ)高密度寬方位采集技術(shù)，有利于彌補(bǔ)大型村鎮(zhèn)障礙物造成的淺層資料缺失，保障了資料品質(zhì)和完整性；接收方式由以往檢波器串改成單支寬頻檢波器接收，接收的反射信息頻帶更寬，有利于提高資料分辨率，本文通過理論研究及實際資料分析，給出了單串、單支檢波器覆蓋次數(shù)關(guān)系計算公式。本次研究通過以上采集技術(shù)的實施，提高了巖性油氣藏勘探的分辨率，識別了3～5m厚度的尾砂巖，資料對井誤差大幅度降低，為冀中坳陷巖性油氣藏地震采集提高分辨率提供了技術(shù)支撐，形成了巖性油氣藏提高分辨率采集的配套技術(shù)。

2 區(qū)域概況

蠡縣斜坡位于饒陽凹陷的西部，高陽低凸起的東翼，是一個西抬東傾、北東向的繼承性寬緩沉積斜坡［6］，西以高陽斷裂為界，東鄰任西洼槽、肅寧洼槽、大王莊潛山構(gòu)造帶，北抵雁翎潛山構(gòu)造帶，南至劉村深澤低凸起，面積約2000km2。

作為勘探老區(qū)，該地區(qū)已探明雁翎、劉李莊、高陽、西柳4個油田，斜坡帶發(fā)育河流相、湖相兩大沉積體系，儲層十分發(fā)育，儲集體類型主要為砂巖，其次為碳酸鹽巖。主要發(fā)育沙三上亞段、沙二段和沙一下亞段等含油層系。本區(qū)1986年開始二維地震勘探，測網(wǎng)密度已達(dá)1km×1km～2km×4km，測線長度為11340km；三維地震勘探共計14塊，滿覆蓋面積達(dá)到了2135.17km2。

蠡縣斜坡的勘探難點(diǎn)為：一是本區(qū)以巖性油氣藏為主，發(fā)育含油層系多，發(fā)育7套含油層系、5套儲蓋組合，砂泥巖薄互層幅度低、規(guī)模小、斷層多，砂體追蹤難度大，要求資料有較高的信噪比和分辨率。二是地表條件復(fù)雜，提高分辨率難度大。干擾源多，要保證資料信噪比，做到保真保幅，滿足低幅度小型斷塊圈閉準(zhǔn)確落實的需求難度大；障礙物多，要保證觀測系統(tǒng)屬性均勻及炮點(diǎn)布設(shè)難度大。

3 關(guān)鍵采集技術(shù)

針對本區(qū)勘探難點(diǎn)制定以下技術(shù)路線：采用基于層序地層模型正演的觀測系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)，獲得寬頻帶、高密度的地震資料，滿足構(gòu)造—巖性解釋對地震采集原始資料的要求；采用基于屬性均勻的炮點(diǎn)設(shè)計技術(shù)，保證地震采集數(shù)據(jù)屬性均勻；采用高保真拓頻接收技術(shù)，獲得寬頻帶、高密度的地震資料；采用安全環(huán)保井震聯(lián)合施工技術(shù)，保證綠色環(huán)保施工的同時獲得高密度、寬頻的地震資料。

3.1 基于層序地層模型正演的觀測系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)

由于蠡縣斜坡是一個大型低緩斜坡，沙一段沉積期辮狀河三角洲在斜坡內(nèi)分布十分穩(wěn)定，但不同沉積類型的砂體規(guī)模與疊置特征存在差異，這影響了儲集體的規(guī)模與連通性。因此，沉積體系控制蠡縣斜坡油氣藏的規(guī)模及其展布規(guī)律。

以往地質(zhì)模型建立以大層建模為主，目前按照地層沉積層序的關(guān)系，在大層內(nèi)建立薄砂體（含油砂體、含水砂體），基于此模型分析設(shè)計參數(shù)能否分辨薄互層、小砂體，為觀測系統(tǒng)設(shè)計提供依據(jù)（圖1）。

圖1 地質(zhì)模型的建立Fig.1 Establishment of geological models

基于層序地層模型，從不同線元自激自收剖面及正演單炮看（圖2），小線元有利于薄儲層的識別、壓制噪聲、儲層預(yù)測和資料精細(xì)解釋，因此該區(qū)巖性勘探需采用較小的面元，面元不大于25m×25m。

圖2 不同線元正演的自激自收剖面Fig.2 Self－shooting and self－receiving profiles of different linear elements forward

通過照明分析，對比不同覆蓋次數(shù)，得出高覆蓋薄互層底界照明能量較足，有利于薄儲層、小砂體的識別。同時從不同排列長度的照明分析看，排列長度影響目的層的成像，一般排列長度達(dá)到目的層深度的1.5倍即可。

蠡縣斜坡近年來的三維勘探均采用25m×25m的面元（表1），井炮覆蓋次數(shù)由以往的40次提高到320次，可控震源覆蓋次數(shù)達(dá)到了360次以上，覆蓋密度由以往的3.2萬次／km2提高到了50萬次／km2以上，橫縱比由以往的0.3提高到了0.75以上，在冀中居民密集區(qū)實現(xiàn)了高密度、寬方位采集。由以往的構(gòu)造勘探到目前的巖性勘探，面元、覆蓋次數(shù)、橫縱比都得到了提高。

表1 蠡縣斜坡典型觀測系統(tǒng)Table 1 Typical observation system of Lixian Slope

3.2 基于屬性均勻的炮點(diǎn)設(shè)計

冀中勘探區(qū)居民密集，地表障礙物多，炮點(diǎn)設(shè)計難度大，主要存在屬性不均勻、冗余加炮多、設(shè)計效率低等難題。采用就近偏移、均勻偏移來保證觀測系統(tǒng)屬性均勻，采用基于“炮點(diǎn)貢獻(xiàn)率”的炮點(diǎn)加密來減少冗余加炮。均勻偏移原則：縱向上炮點(diǎn)按照道距整數(shù)倍進(jìn)行偏移，橫向上炮點(diǎn)按照接收線距整數(shù)倍進(jìn)行偏移，保持炮點(diǎn)屬性基本不變，保證觀測系統(tǒng)屬性均勻?；凇芭邳c(diǎn)貢獻(xiàn)率”的炮點(diǎn)加密方法是：選擇未達(dá)到設(shè)計要求的面元，反向計算對該面元有貢獻(xiàn)的炮點(diǎn)，若某一炮點(diǎn)對選擇區(qū)內(nèi)的N個面元有貢獻(xiàn)，則標(biāo)記該炮點(diǎn)的貢獻(xiàn)度為N，N越大，該炮點(diǎn)對選擇區(qū)面元的貢獻(xiàn)度越大，選擇貢獻(xiàn)度大的炮點(diǎn)加炮，達(dá)到使用較少的炮點(diǎn)滿足設(shè)計要求的目的（減少冗余炮）。與目前主流設(shè)計軟件偏移結(jié)果相比，該方法偏移后觀測系統(tǒng)屬性更加均勻。

3.3 高保真拓頻接收技術(shù)

蠡縣斜坡是構(gòu)造、巖性勘探，要求對薄砂體、特殊巖性段、尾砂巖等巖性圈閉進(jìn)行精細(xì)雕刻，需要高分辨率的地震資料。同時，冀中地區(qū)干擾源較多、資料信噪比低，需要提高資料的信噪比。檢波器組合能夠壓制噪音，提高信噪比，但是受幾何因素和組合效應(yīng)的影響，保真度較差［7－10］。單支接收較組合接收頻帶較寬，低頻信息更豐富，對于高分辨率地震勘探來說，單支接收的反射信息較為可靠。

如果對一個工區(qū)，已知現(xiàn)有原始炮集的信噪比和地質(zhì)任務(wù)要求最終成果需達(dá)到的信噪比，則可以計算出資料采集中需要的覆蓋次數(shù)［11］為：

式中：nrequired為采集中需要的覆蓋次數(shù)（次）；（s／n）required為疊加剖面期望的信噪比；（s／n）raw為原始炮集的信噪比。

由式（1）可得出單串接收、單支接收的覆蓋次數(shù)為：

式中：nstr為單串的覆蓋次數(shù)（次）；npoint為單點(diǎn)的覆蓋次數(shù)（次）；（s／n）required為疊加剖面期望的信噪比；（s／n）strraw為原始單串接收炮集的信噪比；（s／n）pointraw為原始單支接收炮集的信噪比。

由式（2）和式（3）可得單支接收的覆蓋次數(shù)經(jīng)驗公式為：

式中，npoint為單點(diǎn)的覆蓋次數(shù)（次）；Qi為工區(qū)資料品質(zhì)系數(shù)；Ei為工區(qū)外部環(huán)境系數(shù)；（s／n）strraw為原始單串接收炮集的信噪比；（s／n）pointraw為原始單支接收炮集的信噪比。

其中，

式中，Ei為工區(qū)外部環(huán)境系數(shù)；Pi為單炮記錄上外部環(huán)境干擾影響的道集百分比；Oi為地表檢波器耦合條件。

資料品質(zhì)系數(shù)與勘探區(qū)塊以往成果資料的信噪比、地質(zhì)識別度、分辨率等因素相關(guān)［12］。當(dāng)成果剖面信噪比大于0.8、準(zhǔn)確識別上下盤地層、斷層、潛山面、沉積特征的剖面大于90%為Ⅰ類地區(qū)，資料品質(zhì)系數(shù)Qi取值為1。當(dāng)成果剖面信噪比小于0.8大于0.6、準(zhǔn)確識別上下盤地層、斷層、潛山面、沉積特征的剖面小于90%大于60%為Ⅱ類地區(qū)，資料品質(zhì)系數(shù)Qi取值為1.1。當(dāng)成果剖面信噪比小于0.6、準(zhǔn)確識別上下盤地層、斷層、潛山面、沉積特征的剖面小于60%為Ⅲ類地區(qū)，資料品質(zhì)系數(shù)Qi取值為1.2。蠡縣斜坡的資料品質(zhì)為Ⅰ類地區(qū)、Ⅱ類地區(qū)。

外部環(huán)境系數(shù)與地表檢波器耦合條件、外部環(huán)境干擾源影響原始資料范圍相關(guān)［13］。近地表介質(zhì)的疏松程度會影響檢波器的耦合效果［14－17］，抗拉力指標(biāo)是衡量檢波器耦合程度的定量化顯示。在華北探區(qū)，將檢波器埋置不同表層介質(zhì)進(jìn)行過大量的抗拉力值試驗，并根據(jù)抗拉力值統(tǒng)計結(jié)果對地表耦合條件進(jìn)行了分類。當(dāng)?shù)乇頇z波器耦合條件較好時（抗拉力值大于5kg），Oi取1；當(dāng)?shù)乇頇z波器耦合條件一般時（抗拉力值大于4kg），Oi取1.1；當(dāng)?shù)乇頇z波器耦合條件差時（抗拉力值大于2kg），Oi取1.2。根據(jù)公式計算，單支接收覆蓋次數(shù)為單串組合接收的3倍左右。

對比冀中坳陷GYX三維單串檢波器組合和單支接收不同覆蓋次數(shù)的疊加剖面（圖3），在同等覆蓋次數(shù)的條件下，單串資料好于單點(diǎn)資料，即單支接收360次以上覆蓋疊加剖面能夠達(dá)到單串接收120次覆蓋疊加剖面的效果，因此，為達(dá)到相同效果的疊加剖面，單支接收到覆蓋次數(shù)需達(dá)到單串組合接收覆蓋次數(shù)的3倍。從定量分析看（圖4），單支接收360次覆蓋剖面的信噪比與單串組合接收120次覆蓋剖面的信噪比基本相當(dāng)，單支接收360次覆蓋剖面的頻寬較單串組合接收120次覆蓋剖面的頻寬較寬。

圖3 單串、單支接收不同覆蓋次數(shù)疊加剖面對比Fig.3 Comparison of different folds profiles between single series and single point

3.4 安全環(huán)保井震聯(lián)合施工技術(shù)

3.4.1 多域互補(bǔ)高密度寬方位采集技術(shù)，保障資料品質(zhì)和完整性

蠡縣斜坡位于河北省人口密集區(qū)，地表障礙物多，單一的井炮采集難以保證資料的完整性。采取炸藥震源與可控震源互補(bǔ)、大藥量與小藥量互補(bǔ)、大排列與小排列互補(bǔ)的井震聯(lián)合施工技術(shù)，可實現(xiàn)高密度、寬方位勘探，保障資料的完整性（圖5、圖6）。

圖5 三維多域互補(bǔ)Fig.53Dmulti－domain complementarity

圖6 井震聯(lián)合激發(fā)得到的剖面Fig.6 Profile obtained by combined wells and vibroseis

雄安新區(qū)全部采用高覆蓋的可控震源施工，其周圍井炮采用大藥量長排列增加震源區(qū)內(nèi)深層反射信息的接收。為了保證雄安新區(qū)資料的品質(zhì)，臺次由2臺1次提高到2臺2次，掃長由12s提高到14s，同時對雄安新區(qū)內(nèi)激發(fā)點(diǎn)進(jìn)行加密，保證資料空白區(qū)的覆蓋次數(shù)由320次提高到600次左右。雄安新區(qū)行政區(qū)外的井炮正常藥量提高到6kg，周邊1.5km范圍內(nèi)的井炮縱向觀測系統(tǒng)由2975－25－50－25－2975變?yōu)?975－25－50－25－3975，增加井炮對雄安新區(qū)的貢獻(xiàn)度。

3.4.2 基于微測井動力學(xué)特征逐點(diǎn)設(shè)計井炮激發(fā)參數(shù)，拓展資料頻寬

分析微測井的主頻、能量動力學(xué)特征，設(shè)計的激發(fā)井深選擇在主頻穩(wěn)定、能量較強(qiáng)的層中，確保激發(fā)能量和頻率響應(yīng)［18－21］。針對古河道發(fā)育、流沙層激發(fā)能量弱的問題，設(shè)計激發(fā)井深及保證能規(guī)避能量弱層，且提高激發(fā)藥量來保證河道區(qū)的資料品質(zhì)。圖7為研究區(qū)不同激發(fā)井深的單炮記錄及頻譜。圖7（a）的微測井能量記錄顯示，23～27m為弱反射層；圖7（b）的單炮記錄分頻BP30～60Hz顯示，25m能量弱層激發(fā)與29～35m能量強(qiáng)層激發(fā)相比，目的層反射信息弱，資料品質(zhì)差，高頻信息衰減，頻帶窄。因此，基于微測井動力學(xué)特征逐點(diǎn)設(shè)計井炮激發(fā)參數(shù)可以拓展資料的頻寬，從而提高分辨率。

圖7 不同激發(fā)井深資料分析Fig.7 Analysis of different shooting depth data

3.4.3 基于大噸位低頻可控震源實現(xiàn)拓頻

從子波分析看，較寬倍頻程掃描能夠減少旁瓣，改善縱向分辨率，提高反演精度。

井炮和震源激發(fā)原始單炮能量、頻率、相位及子波一致性處理差異明顯［22－26］。因此，可控震源采集時進(jìn)行井震一致性試驗，為能后期處理可控震源、井炮子波整形提供基礎(chǔ)。可控震源進(jìn)行最小相位化處理，消除可控震源激發(fā)子波零相位的問題，滿足反褶積假設(shè)。做好地表一致性處理，消除由于激發(fā)或接收因素不同造成子波的振幅、頻率、相位等差異（圖8），以適應(yīng)尋找薄層砂體及巖性圈閉的需要。

圖8 一致性處理前后對比Fig.8 Profiles before and after consistency processing

4 勘探效果

圖9為新老三維深度偏移成果對比。由圖9可知，新采集資料的頻帶更寬，波組特征更明顯，信噪比更高，斷層斷點(diǎn)成像效果更好。

圖9 新老三維深度偏移成果對比Fig.9 Comparison between new and old 3Ddepth migration results

本次研究通過寬方位高密度地震采集，極大地提高了資料品質(zhì)，新資料分辨率明顯提高，尾砂巖發(fā)育的區(qū)域，地震響應(yīng)明顯，識別了3～5m厚度的尾砂巖，對比測井資料最大相對誤差0.7%。利用新采集的三維地震資料，在蠡縣斜坡外帶新發(fā)現(xiàn)12個有利目標(biāo)，預(yù)測資源量達(dá)4190×104t，證實該區(qū)具有良好的勘探前景。

5 結(jié)論

本文通過應(yīng)用關(guān)鍵采集技術(shù)的應(yīng)用，在蠡縣斜坡取得了較好的效果，得出以下結(jié)論：

1）基于層序地層模型正演的觀測系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)，有利于識別薄砂體，對提高巖性油氣藏地震采集的地震資料分辨率具有很大的作用，可以在巖性油氣藏地震采集中廣泛應(yīng)用。

2）在冀中復(fù)雜地表區(qū)采用“基于屬性均勻的炮點(diǎn)設(shè)計技術(shù)”和“安全環(huán)保井震聯(lián)合施工技術(shù)”是完成地質(zhì)任務(wù)、保證資料完整性、提高資料分辨率的重要手段，今后需根據(jù)本文的技術(shù)思路，優(yōu)化算法，完善炮點(diǎn)設(shè)計軟件，保證屬性均勻，以達(dá)到操作便捷、人機(jī)交互良好的目的。

3）頻寬、信噪比是保證巖性勘探成功的重要因素。有一定的信噪比是精確成像的基礎(chǔ)，在保證信噪比的前提下，可采用單支接收、寬頻激發(fā)的方式采集，以提高地震資料的分辨率。

4）本文通過理論研究及實際資料分析，給出了單串、單支檢波器覆蓋次數(shù)關(guān)系計算公式，便于同類型地區(qū)根據(jù)以往單炮信噪比、資料品質(zhì)、環(huán)境噪音、地表耦合條件估算單支接收的覆蓋次數(shù)。

5）多域互補(bǔ)高密度寬方位采集技術(shù)，通過炸藥震源與可控震源互補(bǔ)、大藥量與小藥量互補(bǔ)、大排列與小排列互補(bǔ)的井震聯(lián)合施工技術(shù)，實現(xiàn)了高密度、寬方位勘探，保障了淺層資料的完整性，提高了深層反射能量，為高分辨率資料提供了基礎(chǔ)條件。建議今后深化研究冀中探區(qū)超深目標(biāo)區(qū)巖性勘探規(guī)?；煽卣鹪床杉倪m用性，形成超深目標(biāo)區(qū)弱成巖高分辨率技術(shù)。