黃土塬地震資料采集方案優(yōu)化與應(yīng)用探析

劉成立

（中海油田服務(wù)股份有限公司物探事業(yè)部，天津 300459）

黃土塬又稱(chēng)黃土平臺(tái)、黃土桌狀高地，塬是中國(guó)西北地區(qū)群眾對(duì)頂面平坦寬闊、周邊為溝谷切割的黃土堆積高地的俗稱(chēng)，黃土塬表層地質(zhì)復(fù)雜，由于黃土疏松，彈性差，速度低，被認(rèn)為是地震勘探上世界級(jí)難題。我國(guó)陜西省是黃土塬分布的中心區(qū)域，該區(qū)域天然氣及煤層氣資源量大，為推動(dòng)陜西省相關(guān)區(qū)塊的油氣以及煤層氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)度，大量油氣公司在陜西黃土塬區(qū)域部署地震勘探采集任務(wù)。本文通過(guò)討論黃土塬地震勘探實(shí)際項(xiàng)目，介紹了提高黃土塬地震采集資料質(zhì)量的建議。

1 黃土塬地震勘探難點(diǎn)

本項(xiàng)目區(qū)域位于陜西省榆林市境內(nèi)，地處鄂爾多斯盆地東緣，為典型的黃土塬地貌，地表經(jīng)長(zhǎng)期侵蝕切割形成塬、梁、峁、坡、溝的復(fù)雜地形，河流溝系多以樹(shù)枝狀分布，大部分溝系為黃土沖溝，溝系流水屬季節(jié)性流水，沖溝中兩岸地勢(shì)陡峭。該區(qū)汛期易發(fā)生滑坡、塌方現(xiàn)象，特別是區(qū)域內(nèi)多為土路，降雨會(huì)沖毀道路，使交通條件更為惡化，合理的施工季節(jié)窗選擇對(duì)施工安全和施工效率都會(huì)產(chǎn)生很大影響[1]。

1.巨厚的黃土地形起伏劇烈，近地表巖性變化快，不同區(qū)域激發(fā)接收差異大，表層巨厚黃土層吸收衰減嚴(yán)重，主頻低，頻帶窄，靜校正問(wèn)題突出。工區(qū)地形復(fù)雜，地勢(shì)起伏變化劇烈。地表被較厚的黃土覆蓋，并被后期雨水、河流沖刷得支離破碎，溝壑縱橫，形成了樹(shù)枝狀沖溝及塬、梁、峁、坡獨(dú)特黃土山地地貌，相對(duì)高差達(dá)到了20m～300m，黃土塬區(qū)低降速帶厚度在0m～100m 之間。在川道和溝底低降速帶厚度相對(duì)較薄。低速層在300～800m/s，巖性為黃土，干黃土厚度多在3m～9m；降速層在700～1500m/s，巖性為紅土與含水粘泥層互層并存在礫石層；高速層在2000～4700m/s，巖性為基巖風(fēng)化層和基巖。

2.黃土塬高程變化劇烈，表層巖性變化快，低降速帶厚，吸收衰減嚴(yán)重，頻帶窄，激發(fā)參數(shù)選擇難。

3.巨厚的黃土層對(duì)反射上來(lái)的有效能量也有強(qiáng)烈的吸收作用，使得地震記錄的信噪比極低。

4.鑒于地表?xiàng)l件復(fù)雜，溝壑縱橫，炮點(diǎn)排列布設(shè)困難，地震勘探技術(shù)設(shè)計(jì)困難。

5.黃土塬地表起伏劇烈、地下巖性復(fù)雜多變，姜石礫石發(fā)育，炮點(diǎn)設(shè)計(jì)難、鉆井難度大。

2 以往資料分析

近年的二維采集施工主要沿溝設(shè)計(jì)彎線采集，測(cè)線分散、成網(wǎng)性差、測(cè)網(wǎng)密度稀，測(cè)網(wǎng)閉合誤差較大，僅能控制大的構(gòu)造變化。同時(shí)彎曲測(cè)線地下CDP 離散，反射點(diǎn)偏移歸位差，影響構(gòu)造準(zhǔn)確解釋和反演精度[2]。

2.1 以往二維單炮資料分析

區(qū)內(nèi)主要發(fā)育面波、折射波等規(guī)則干擾，以及環(huán)境噪聲、車(chē)輛干擾等不規(guī)則干擾。不同巖性單炮資料品質(zhì)差異較大，巖石區(qū)激發(fā)的單炮在BP（80～160）Hz還可見(jiàn)到目的層的反射信息，頻帶較寬；紅土區(qū)激發(fā)的單炮在BP（70～140）Hz 可見(jiàn)到較弱目的層的反射信息；黃土區(qū)激發(fā)的單炮在BP（60～120）Hz 難以見(jiàn)到目的層的反射信息，頻帶較窄。為保證不同巖性區(qū)的資料品質(zhì)，本次勘探應(yīng)做好詳細(xì)的表層調(diào)查工作，分區(qū)設(shè)計(jì)激發(fā)參數(shù)。

2.2 以往二維資料與鄰區(qū)三維資料對(duì)比

1.與鄰區(qū)三維地震資料相比，以往二維地震資料信噪比、分辨率低，難以滿足薄儲(chǔ)層刻畫(huà)需求。

2.同一位置，二維資料振幅保真性差、河道特征不清晰，三維資料能夠刻畫(huà)河道反射特征。

3.三維資料最終偏移成果的主頻40Hz，頻寬5Hz～75Hz，二維資料最終偏移成果的主頻約為23Hz，頻寬7Hz～56Hz。主頻較低，頻寬較窄。

2.3 鄰區(qū)三維資料應(yīng)用分析

受到地質(zhì)條件等因素影響，地震資料在應(yīng)用中存在幾方面問(wèn)題，具體表現(xiàn)在：

1.受地表巖性差異及煤礦采空區(qū)等影響，地震資料信噪比偏低，地震保幅性較差。

2.煤層的巖石物理特征為低密度、低速度、低阻抗，形成強(qiáng)反射系數(shù)界面，在地震上表現(xiàn)為強(qiáng)反射。砂巖、氣層受煤層強(qiáng)反射影響，地震響應(yīng)特征難以識(shí)別，地震縱向分辨率不足。

3.疊前道集品質(zhì)差，部分區(qū)域道集AVO 規(guī)律與鉆井不符，影響疊前反演結(jié)果可信度。

2.4 以往資料分析結(jié)論

1.單炮整體能量穩(wěn)定，不同表層巖性單炮資料品質(zhì)差異較大。

2.該區(qū)表層地震地質(zhì)條件復(fù)雜，靜校正問(wèn)題突出。

3.二維資料存在不同批次能量差別大，閉合差問(wèn)題明顯，與三維資料對(duì)比，信噪比、分辨率和保幅性較差，目標(biāo)體刻畫(huà)不清，難以提供有效的勘探數(shù)據(jù)支持。

3 黃土塬地震勘探應(yīng)對(duì)措施

通過(guò)以上資料和工區(qū)地震條件的分析，本區(qū)地震資料主要存在以下問(wèn)題：

1.信噪比較低，構(gòu)造成像效果不佳。

2.主頻低、頻帶窄，分辨率不夠。

3.工區(qū)靜校正問(wèn)題突出，影響成像效果。

在采集技術(shù)參數(shù)方面，本項(xiàng)目聚焦地質(zhì)目標(biāo)，抓住黃土塬的“信噪比低、頻帶窄”的資料特點(diǎn)，主要是采取“高覆蓋、長(zhǎng)排列、寬方位觀測(cè)系統(tǒng)”的采集技術(shù)對(duì)策：

1.采用高覆蓋采集，改善疊前偏移效果，提高資料的信噪比，改善目的層成像效果，提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度。

2.采用寬方位觀測(cè)，獲取各方位地震資料信息，滿足OVT 處理要求，有利于小斷裂的識(shí)別、提高小斷層、裂縫和薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度。

3.采用長(zhǎng)排列接收，有利于AVO 分析，更有利于滿足疊前儲(chǔ)層預(yù)測(cè)對(duì)地震資料的要求；接收到深層的反射信息，提高深層的成像效果。

在地震資料采集施工方面，針對(duì)黃土塬地質(zhì)特征，為獲取兩寬一高地震資料，提出五項(xiàng)針對(duì)性對(duì)策。

3.1 構(gòu)建表層結(jié)構(gòu)模型，摸清巖性分布情況

為克服黃土塬巨厚的黃土地形起伏劇烈，近地表巖性變化快，靜校正問(wèn)題突出，本項(xiàng)目全區(qū)搭建2*2km微測(cè)井和0.48*0.48km 巖性調(diào)查網(wǎng)格，在斜坡等巖性過(guò)渡帶加密巖性調(diào)查點(diǎn)，結(jié)合大鉆的近地表資料和往期層析數(shù)據(jù)，構(gòu)建表層結(jié)構(gòu)模型[3]。

1.通過(guò)巖性分級(jí)調(diào)查方式，開(kāi)展全工區(qū)基巖面調(diào)查，精細(xì)表層調(diào)查模型沿沖溝區(qū)域調(diào)查開(kāi)展了基巖出露情況，得出工區(qū)基巖面坐標(biāo)、高程數(shù)據(jù)；通過(guò)基巖面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)收集為基礎(chǔ)，獲得工區(qū)內(nèi)基巖頂界面數(shù)據(jù)；根據(jù)地表高程數(shù)據(jù)及基巖頂界面求得黃土層厚度。

2.通過(guò)已完成的微測(cè)井建立速度、厚度模型，結(jié)合巖性調(diào)查點(diǎn)位數(shù)據(jù)，確定巖性分區(qū)并求取濕黃土埋深。

3.在巖性分界地區(qū)適當(dāng)加密巖性調(diào)查點(diǎn)，合理增加微測(cè)井點(diǎn)，結(jié)合老資料情況進(jìn)行相互印證，優(yōu)化模型。建立精準(zhǔn)的潮濕黃土厚度模型，逐點(diǎn)設(shè)計(jì)激發(fā)因素，確保在含水性較好的濕黃土頂界面下5m 或8m 激發(fā)，提高資料主頻，拓寬資料頻帶[4]。

3.2 精細(xì)化激發(fā)因素試驗(yàn)，優(yōu)選施工參數(shù)

針對(duì)黃土塬高程變化劇烈，表層巖性變化快，低降速帶厚，吸收衰減嚴(yán)重，頻帶窄，激發(fā)參數(shù)選擇難；本項(xiàng)目中精細(xì)化激發(fā)因素試驗(yàn)，優(yōu)選激發(fā)和接收參數(shù)。以提高分辨率為目標(biāo)，確保黃土區(qū)和巖石區(qū)能量和頻帶一致性，細(xì)分薄黃土，開(kāi)展少井、深井參數(shù)試驗(yàn)，拓寬頻帶。在老資料基礎(chǔ)上開(kāi)展了井深、藥量、井?dāng)?shù)等詳細(xì)的對(duì)比試驗(yàn)，共計(jì)完成6 個(gè)點(diǎn)94 炮的試驗(yàn)工作，優(yōu)選適合黃甫地區(qū)三維地震勘探的最佳激發(fā)因素。

1.按照“黃土厚度分區(qū)、坡度分區(qū)、巖性分區(qū)”的原則差異化設(shè)計(jì)。

2.按照“五避五就”原則，優(yōu)先在優(yōu)質(zhì)炮點(diǎn)區(qū)布設(shè)激發(fā)點(diǎn)。

3.宏觀上確保炮點(diǎn)分布均勻，根據(jù)需要適當(dāng)加密炮點(diǎn)。

4.以提高分辨率為目標(biāo)，加強(qiáng)試驗(yàn)，以點(diǎn)、線試驗(yàn)為基礎(chǔ)，優(yōu)選激發(fā)和接收參數(shù)。在分析總結(jié)以往老項(xiàng)目試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，優(yōu)選激發(fā)巖性、井深和組合井?dāng)?shù)，開(kāi)展試驗(yàn)工作。將薄黃土（H ＜50m）進(jìn)一步細(xì)分，優(yōu)化激發(fā)參數(shù)；紅土區(qū)細(xì)分為干、濕紅土。

3.3 依托科學(xué)的觀測(cè)系統(tǒng)，提高資料信噪比

針對(duì)巨厚黃土層對(duì)反射上來(lái)的有效能量也有強(qiáng)烈的吸收作用，使得地震記錄的信噪比極低問(wèn)題，本項(xiàng)目依托科學(xué)的觀測(cè)系統(tǒng)利用節(jié)點(diǎn)儀在采集作業(yè)中的優(yōu)勢(shì)，在黃土山地采用“高密度”采集，利用“兩寬一高”的采集方法，在保證資料信噪比的前提下，提高資料分辨率，滿足勘探開(kāi)發(fā)地質(zhì)需求。

3.4 充分利用調(diào)查成果，合理設(shè)計(jì)炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)

針對(duì)地表?xiàng)l件復(fù)雜，溝壑縱橫，炮點(diǎn)排列布設(shè)困難，地震勘探技術(shù)設(shè)計(jì)困難。

本項(xiàng)目采用陸地節(jié)點(diǎn)設(shè)備作為采集設(shè)備，減少檢波點(diǎn)布設(shè)困難，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)高清航測(cè)衛(wèi)片與盡職調(diào)查成果的利用，合理設(shè)計(jì)炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)，克服地震勘探技術(shù)設(shè)計(jì)困難[5]。

1.基于高清航測(cè)衛(wèi)片與盡職調(diào)查成果，加強(qiáng)工區(qū)巖性分析，以“提高目的層地震分辨率”為導(dǎo)向逐點(diǎn)設(shè)計(jì)炮點(diǎn)，預(yù)設(shè)計(jì)合理炮點(diǎn)方案。

2.在較寬溝壑區(qū)及溝底增加井炮及震源，通過(guò)室內(nèi)外分析論證，保證點(diǎn)位均勻、淺層資料無(wú)缺口。

3.針對(duì)黃土山地區(qū)鉆井施工難題開(kāi)展針對(duì)性攻關(guān)。細(xì)分區(qū)域，在塬頂、上半坡、下半坡等部位提前完成巖調(diào)點(diǎn)，進(jìn)行巖性和時(shí)效記錄。

4.采用可控震源對(duì)人口、城鎮(zhèn)、具備震源施工條件道路及廠區(qū)密集區(qū)域及時(shí)采用可控震源，達(dá)到滿覆蓋要求。

3.5 準(zhǔn)確制定鉆井方案，全力保證鉆井質(zhì)量

針對(duì)地表起伏劇烈、地下巖性復(fù)雜多變的不利因素，保證鉆井質(zhì)量是獲取優(yōu)質(zhì)資料的關(guān)鍵。本地區(qū)巖性復(fù)雜多變，黃土、紅土、巖石、礫石交互出現(xiàn)，鉆井施工難度大，為保證項(xiàng)目鉆井工序順利開(kāi)展，按照工區(qū)巖性以及鉆機(jī)適應(yīng)性進(jìn)行細(xì)致分區(qū)，把鉆機(jī)分配方案落實(shí)到工區(qū)具體位置、保質(zhì)保量確保鉆井工序生產(chǎn)節(jié)奏[6]。

1.根據(jù)工區(qū)巖性情況，提前準(zhǔn)備洛陽(yáng)鏟加配破石鏟、炮筒，氣動(dòng)鉆加配螺旋短鉆桿，風(fēng)鉆加配泥漿泵，跟管鉆加配套管，以及四輪鉆、拖拉機(jī)鉆等不同鉆機(jī)。

2.結(jié)合工區(qū)巖性調(diào)查結(jié)果，根據(jù)鉆機(jī)性能以及地形情況，詳細(xì)制定鉆機(jī)分配方案，落實(shí)到具體位置（樁號(hào)點(diǎn)位、激發(fā)方式、鉆機(jī)類(lèi)型），鉆井任務(wù)分配前，派遣專(zhuān)人對(duì)鉆機(jī)分配方案進(jìn)行核實(shí)調(diào)整，確保鉆機(jī)分配方案可靠有效。

3.鉆井過(guò)程中，井監(jiān)現(xiàn)場(chǎng)檢查，確認(rèn)鉆機(jī)分配合理性，遇到特殊情況及時(shí)上報(bào)，進(jìn)行鉆機(jī)類(lèi)型調(diào)整。

4.洛陽(yáng)鏟：適用于黃土層、薄料姜石層和薄膠泥層，無(wú)法處理厚度大的膠泥和料姜石層、較大顆粒的料姜石層，可用于塬頂、坡體高部位。

5.山地鉆：適用于需鉆進(jìn)基巖的區(qū)域，可用于坡、溝部位鉆井。

6.氣動(dòng)鉆：適用于料姜石層和硬膠泥層，可用于坡、溝部位鉆井，還可用于塬頂洛陽(yáng)鏟無(wú)法穿透的情況。

7.跟管鉆：適用于河灘容易垮塌區(qū)域，需套管固定井口。

8.水鉆：適用有礫石河床。

4 地震資料分析與認(rèn)識(shí)

1.本項(xiàng)目開(kāi)展了詳細(xì)的表層結(jié)構(gòu)調(diào)查，查明區(qū)內(nèi)巖性分界和潮濕黃土頂界面，保證在潮濕黃土內(nèi)、膠泥層或巖下激發(fā)，針對(duì)不同的巖性分布選用合適鉆具，確保本區(qū)鉆井成井達(dá)到設(shè)計(jì)要求，保證激發(fā)效果，是獲得好資料的關(guān)鍵。

2.通過(guò)詳細(xì)踏勘工區(qū)，本項(xiàng)目采用全節(jié)點(diǎn)和獨(dú)立激發(fā)采集模式，提高采集任務(wù)完成效率。

3.二、三維資料對(duì)比及應(yīng)用效果表明，本項(xiàng)目三維資料在成像精度、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

黃土塬地震勘探由于表層地質(zhì)復(fù)雜，黃土疏松，彈性差，速度低，被認(rèn)為是地震勘探上世界級(jí)難題，主要難點(diǎn)表現(xiàn)在表層巨厚黃土層吸收衰減嚴(yán)重，主頻低，頻帶窄，靜校正問(wèn)題突出，激發(fā)參數(shù)選擇難，因溝壑縱橫，巖性復(fù)雜多變，炮點(diǎn)排列技術(shù)設(shè)計(jì)困難，鉆井難度大，使得地震記錄的信噪比極低。本項(xiàng)目通過(guò)構(gòu)建準(zhǔn)確的表層結(jié)構(gòu)模型，摸清巖性分布情況，精細(xì)化激發(fā)因素試驗(yàn)，優(yōu)選施工參數(shù)，同時(shí)依托科學(xué)的觀測(cè)系統(tǒng)，準(zhǔn)確制定鉆井方案，提高資料信噪比，最終取得了優(yōu)質(zhì)的地震資料。