淺談頁巖氣地震勘探采集方法范文

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［摘要］利川地區(qū)涉及利川復(fù)向斜、中央復(fù)向斜等二級構(gòu)造單元，志留系龍馬溪組泥頁巖氣埋深適中，是尋找頁巖氣的有利區(qū)帶。復(fù)雜多變的地震地質(zhì)條件是制約該區(qū)頁巖氣勘探的主要因素：地形切割劇烈、地表巖性變化較大，激發(fā)和接收條件差；加之?dāng)嗔寻l(fā)育，構(gòu)造變形強(qiáng)烈，構(gòu)造接觸帶反射波組特征不明顯，基本為雜亂反射。在研究生產(chǎn)資料和試驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上，從降低不同激發(fā)條件下資料品質(zhì)的差異性，保證能量、頻率的一致性、如何降低干擾波的影響，提高資料的信噪比、提高復(fù)雜構(gòu)造區(qū)的成像效果，特別針對影響該區(qū)頁巖氣勘探的敏感因素尋找突破口，以達(dá)到圓滿完成地質(zhì)任務(wù)的目的。

［關(guān)鍵詞］頁巖氣；地震地質(zhì)條件；干擾波；構(gòu)造成像；地震采集方法

近年來，國內(nèi)地球物理專家對非常規(guī)油氣勘探開展大量的科研工作，提出了一系列適合頁巖氣的地震勘探技術(shù)。頁巖氣勘探也如火如荼地進(jìn)行著，各項(xiàng)目均提出了查明志留系、寒武系地層的埋深、厚度及分布情況，為頁巖氣勘探評價(jià)提供依據(jù)的地質(zhì)任務(wù)要求。研究人員通過開展生產(chǎn)試驗(yàn)和資料分析研究，提出了利川地區(qū)頁巖氣地震資料采集方法。主要通過地震勘探技術(shù)方法提高地震資料信噪比，滿足頁巖層埋深、厚度、空間展布特征；根據(jù)波組特征識別優(yōu)勢頁巖層帶；獲取高保真地震勘探資料，為后期屬性分析做好鋪墊。

1地震采集的主要技術(shù)問題

1．1研究區(qū)基本特點(diǎn)

研究區(qū)位于湖北省利川市境內(nèi)，屬于典型的南方山地地形地區(qū)。區(qū)內(nèi)山地、峽谷、山間盆地及河谷平川相互交錯，呈南部、北部高、中部低、東部向西部傾斜的總體形態(tài)。利川地區(qū)表層地震地質(zhì)條件復(fù)雜，地表出露巖性主要包括寒武系、奧陶系、二疊系、三疊系灰?guī)r，石炭、泥盆系泥頁巖，志留系、侏羅系砂巖等。從以往表層結(jié)構(gòu)調(diào)查資料的分析來看，研究區(qū)低降速層在橫向上速度和厚度的變化不太劇烈，高速層速度比較穩(wěn)定。在該區(qū)已獲得的地震剖面資料表明，研究區(qū)三疊系至志留系反射信號較強(qiáng)，特征明顯，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)追蹤。而高陡背斜帶，因構(gòu)造變形和斷層分割作用，地震波場復(fù)雜，地震成像問題十分嚴(yán)重。通過對以往資料分析，認(rèn)為地震資料在能量、頻率等方面的差異問題（圖1），以及復(fù)雜地震地質(zhì)條件區(qū)地震資料成像方面有待進(jìn)一步加強(qiáng)提升。1．2主要技術(shù)問題利川地區(qū)施工主要技術(shù)問題：一是不同激發(fā)條件下資料品質(zhì)的差異性，無法保證能量、頻率的一致性；二是該地區(qū)干擾波發(fā)育，如何有效降低干擾波的影響，提高資料的信噪比；三是如何提高復(fù)雜構(gòu)造區(qū)的成像效果，圓滿完成地質(zhì)任務(wù)。

2技術(shù)方法

2．1優(yōu)選激發(fā)點(diǎn)位

頁巖氣勘探過程中，為了便于準(zhǔn)確識別泥頁巖，確定含氣泥頁巖，要確保地震反射能量和信號的保真度，而受地形、巖性、構(gòu)造等多方面因素的影響，地震檢波器接收到的地震反射波存在較大差異，要求在勘探的過程中努力保證地震反射波能量和頻率的一致性。在利川地區(qū)，滿足頁巖氣勘探的要求，解決巖性的影響，保證地震資料的一致性，關(guān)鍵在于保證三疊系、二疊系灰?guī)r的激發(fā)能量，提高二疊系灰?guī)r的激發(fā)頻率。

2．1．1激發(fā)能量提高地震反射波的能量可以從提高激發(fā)藥量和優(yōu)選激發(fā)速度兩個方面努力（圖2）。砂巖速度在（2800～4000）m／s之間，當(dāng)激發(fā)藥量的提高，能量提升較快。灰?guī)r速度在（3000～5700）m／s之間，當(dāng)激發(fā)藥量提高時，能量改善不明顯。針對急需改善資料品質(zhì)的三疊系、二疊系灰?guī)r來說，藥量16kg基本達(dá)到飽和狀態(tài)，隨著藥量的增加，能力改善已經(jīng)不明顯，甚至適得其反。

2．1．2激發(fā)頻率以往的研究成果表明，表層速度較穩(wěn)定時，資料頻率受井深影響較小，如塊狀灰?guī)r；表層速度變化較大時，資料頻率受井深影響較大，如風(fēng)化破碎灰?guī)r、碎屑巖、砂泥巖等。隨著井深的不斷增加，圍巖速度的增大，激發(fā)頻率不斷提高。通過以上分析，認(rèn)為井深因素是影響單炮頻率的敏感因素，激發(fā)藥量對單炮頻率有一定的改善作用。表層風(fēng)化層較厚的區(qū)域，根據(jù)表層調(diào)查結(jié)果，保證在高速層內(nèi)激發(fā)，能夠有效拓寬頻帶寬度，保證激發(fā)頻率。在保證激發(fā)井深的前提下，試驗(yàn)考核分析灰?guī)r區(qū)重點(diǎn)在于藥量的考核。受地形影響，地震波能量存在較大的差異。一般情況下，地形平緩區(qū)域單炮各偏移距能量均較強(qiáng)。地形高陡區(qū)域，單炮能量散失較快，部分能量轉(zhuǎn)化為干擾波。單炮頻率特征也存在一定的變化，主要原因?yàn)椴煌匦螀^(qū)沉積環(huán)境差異較大，如陡坡帶往往破碎較為嚴(yán)重，多為松散礫石堆積。為了保證資料能量和頻率的一致性，一方面，采集方面通過科學(xué)選擇激發(fā)因素、優(yōu)選激發(fā)巖性和激發(fā)井位等所獲資料在能量和頻率上均衡。另一方面，處理方面應(yīng)加強(qiáng)后期的一致性處理。

2．2干擾波分析研究

在地震資料采集過程中，一般通過有效的技術(shù)方案和嚴(yán)格的野外施工兩方面控制和消除干擾波。在技術(shù)方案確定過程中，通過科學(xué)論證和嚴(yán)細(xì)試驗(yàn)，優(yōu)選激發(fā)因素，保證激發(fā)能量，壓制背景干擾；保證激發(fā)速度，降低激發(fā)面波；嚴(yán)格悶井質(zhì)量，避免激發(fā)聲波。優(yōu)選處理方法，通過水平疊加、頻率濾波、混波、二維濾波、相干加強(qiáng)等處理手段降低干擾波對地震資料的影響。已有的研究成果表明，影響組合壓噪效果的主要因素除組合基距、組合形式外，還包括組內(nèi)距、檢波器數(shù)量、組內(nèi)高差等。根據(jù)以往的研究成果，同道檢波器組合高差不應(yīng)大于反射波視周期的1／4。在低信噪比地區(qū)，可以放寬限制，高差引起的時差不超過視周期的1／2。區(qū)內(nèi)高速頂界面一般比較平坦，引起道內(nèi)時間延遲的主要原因是低降速帶內(nèi)反射波傳播的時間差。低降速層速度在500m／s～1800m／s，不同的速度、頻率對組合高差的要求不一。滿足最淺目的層主頻30Hz左右和全區(qū)不同低降層速度的要求，達(dá)到反射波視周期1／4的要求，組合高差小于4．2m。滿足1／2的要求，組合高差應(yīng)小于8．4m。綜上所述，認(rèn)為對于喀斯特地貌區(qū)、地形切割劇烈區(qū)、巖性劇烈變化區(qū)，次生干擾嚴(yán)重發(fā)育，資料信噪比不高的區(qū)域，單一的采用Inline或是Crossline方向的線性組合不能有效地壓制干擾波。根據(jù)干擾波的特點(diǎn)確定合理的組合參數(shù)，采取大面積組合壓制干擾波。

2．3復(fù)雜構(gòu)造區(qū)成像問題

利川地區(qū)跨越利川復(fù)向斜、中央背斜帶等主要構(gòu)造單元。構(gòu)造過渡帶和斷裂帶附近地層高陡，陡產(chǎn)狀地層成像困難，地層反射信息缺失嚴(yán)重，難以滿足頁巖層識別的需求。

2．3．1成像問題分析利用射線追蹤、波動方程模擬、照明分析等多種方法分析復(fù)雜構(gòu)造帶地震資料成像困難的原因，力求找到問題的根本。2．3．1．1射線追蹤法當(dāng)?shù)貙觾A斜、地表起伏的情況下，地震反射已經(jīng)不能滿足水平疊加理論，地下反射點(diǎn)位置發(fā)生偏移（圖3）。常規(guī)的基于水平層狀介質(zhì)的覆蓋次數(shù)分析已經(jīng)不能滿足設(shè)計(jì)的需要，正常的設(shè)計(jì)無法保證覆蓋次數(shù)的均勻性。構(gòu)造平緩位置地下層位反射信息齊全；斷裂帶附近，構(gòu)造高陡位置，一次覆蓋存在反射盲區(qū)；在構(gòu)造復(fù)雜區(qū)地震反射存在覆蓋次數(shù)的缺失。2．3．1．2波動方程模擬法通過波動方程模擬發(fā)現(xiàn)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)單炮能量散失較快，能量轉(zhuǎn)化為干擾波，直接影響目的層的成像（圖4）。在構(gòu)造平緩帶，模擬單炮可看到清晰的反射同向軸。在構(gòu)造復(fù)雜帶，模擬單炮中產(chǎn)生了大量干擾波，有效反射信息模糊不清。2．3．1．3照明分析方法照明分析是分析復(fù)雜構(gòu)造區(qū)成像效果的有效手段（圖5）。高陡構(gòu)造帶照明分析表明構(gòu)造復(fù)雜區(qū)單炮能量下傳困難，特別是存在斷裂的情況下，反射波能量大部分被斷面屏蔽。在復(fù)雜構(gòu)造區(qū)目的層反射的成像效果難以滿足采集要求。研究人員認(rèn)為解決復(fù)雜構(gòu)造區(qū)成像困難的根本在于保證覆蓋次數(shù)和覆蓋能量，關(guān)鍵在于克服覆蓋次數(shù)缺失、能量散失和能量屏蔽等問題。

2．3．2解決方案1）采樣點(diǎn)密度改善（圖6）。不同激發(fā)位置，目的層反射信息差異較大，相鄰激發(fā)點(diǎn)或是間隔激發(fā)點(diǎn)之間存在互補(bǔ)關(guān)系，通過加密激發(fā)點(diǎn)設(shè)計(jì)能夠保證目的層的實(shí)際覆蓋。2）接收信息豐富度改善。當(dāng)?shù)貙硬环纤綄訝罱橘|(zhì)的情況下，反射波傳播路徑復(fù)雜多變。在構(gòu)造復(fù)雜區(qū)，通過增加排列長度，接收更多有效反射信息，保證覆蓋次數(shù)和能量。然而，針對利川地區(qū)可采頁巖氣勘探埋深目的層較淺的情況，盲目增大偏移距只會造成成本的浪費(fèi)，偏移距達(dá)到一定程度（圖7），資料品質(zhì)改善不明顯，利川地區(qū)偏移距最大基本達(dá)到6000m即可。

3應(yīng)用效果分析

剖面整體品質(zhì)較好，從剖面上看目的層無缺失，三疊系到志留系地層層間信息豐富，信噪比高。地下構(gòu)造較為平緩的區(qū)域，各反射目的層的反射相位連續(xù)性較好，波組特征清晰，易于連續(xù)對比追蹤；在地下構(gòu)造高陡或是斷裂發(fā)育區(qū)域，反射層位連續(xù)性較差，反射能量較弱量比較強(qiáng)。通過對比不同年度采集獲得的地震剖面，認(rèn)為隨著儀器設(shè)備的更新、覆蓋次數(shù)的增加，剖面信噪比和反射相位連續(xù)性均有顯著提升，較以往老資料有較大改善（圖8）。

4認(rèn)識與建議

1）在利川地區(qū)，通過優(yōu)選激發(fā)因素能夠改善不同地震地質(zhì)條件下資料的頻率和能量特性，實(shí)現(xiàn)頻率能量的一致性。2）在利川地區(qū)，對于喀斯特地貌區(qū)、地形切割劇烈區(qū)、巖性劇烈變化區(qū)，次生干擾嚴(yán)重發(fā)育，資料信噪比不高的區(qū)域，采取大面積組合是壓制干擾波的有效方法。3）采用加密激發(fā)、接收點(diǎn)，增加接收道數(shù)能夠保證覆蓋次數(shù)和覆蓋能量，改善復(fù)雜構(gòu)造帶資料品質(zhì)。但必須考慮到道距、炮距的減小使得隨機(jī)干擾相干性加強(qiáng)，而面元道集內(nèi)傳播路徑差異變小，使利用疊加壓制相干干擾和隨機(jī)干擾的統(tǒng)計(jì)效應(yīng)降低。

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作者：謝丹 單位：中石化地球物理有限公司武漢勘查公司