基于地下鹽穴儲氣庫的高精度三維地震采集關鍵技術

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(1.中國石油集團東方地球物理公司華北物探處，河北滄州 062552；2.中國石油集團渤海鉆探工程有限公司第二錄井分公司，河北滄州 062552)

目前我國地下儲氣庫分布極不均衡，已建成的25座地下儲氣庫中有24座油氣藏型儲氣庫分布在長江以北地區[1-3]。長江三角洲及東南沿海地區缺少適合建庫的油氣藏構造，但鹽層資源豐富，而鹽穴地下儲氣庫具有庫容量大、采氣能力強、使用率高的特點，因此是這兩個地區的研究重點。中國石油目前在江蘇、河南、湖北等省部署實施了地震勘探，完成儲氣庫三維地震勘探項目6個，滿覆蓋面積374.21 km2。本文以YY鹽穴儲氣庫三維地震勘探為例，根據鹽穴儲氣庫的地質需求，重點對影響地震資料信噪比和分辨率的采集參數面元、覆蓋次數、接收線距和激發參數進行研究，形成一套適合于儲氣庫勘探要求的高精度三維地震采集技術。

1 鹽礦地震勘探難點

1.1 YY鹽礦構造概況

YY鹽礦位于JH盆地東北部YY凹陷內，該凹陷包括曾店向斜、三汊埠向斜、應城向斜和皂市鼻狀構造4個次一級構造單元。YY鹽礦位于應城向斜內。

1.2 鹽層分布

YY鹽礦現已探明鹽群80余個，石鹽數百層，最大厚度達910 m，頂面埋深292.34～678.29 m，目的層深度為300～1 400 m。鹽群分布穩定，以層狀為主，鹽層厚度一般在3～8 m之間。由邊部向盆地中心鹽層層數增多、總厚加大、隔夾層數量及厚度減小，因此建庫區選在盆地沉積中心。

1.3 地表概況

工區位于江漢平原東部，地勢北高南低，西北部丘陵地帶地形起伏較大，東南部相對平坦。區內分布有村鎮、農田、河流、魚塘等。交通發達，車流量大。地表巖性以膠泥為主，局部地區表層存在礫石區、沙礫區。表層結構為3層，低降速帶厚2.5～12.5 m，局部變化劇烈。低速層速度為250～1 050 m/s，降速層速度為900～1 500 m/s，高速層速度為1 600～2 600 m/s。

1.4 地震資料要求

(1)反射結構清晰，內幕地層反射清楚，斷點清晰。資料能清晰反映上覆蓋層構造特征，尤其是上覆蓋層內部斷層的分布情況，要求三維地震資料能識別6～12 m斷距的斷層、分辨6～8 m的單層厚度。

(2)做好疊前時間偏移及各種速度分析，研究速度的區域變化規律，確定均方根速度及層速度，建立準確的速度模型。處理后的資料應具備寬頻特征，目的層主頻達50～85 Hz，偏移不改變波組特征，從而提高振幅在韻律層研究中的可靠性。

(3)對斷距大于5 m的斷裂、裂縫能做出解釋評價；主要目的層地質界面、厚度地震地質要素的預測數據誤差小于3‰。

1.5 地震勘探難點

(1)精度高。三維地震資料要求能夠識別6～12 m斷距的斷層、6～8 m的單層鹽層；處理后的資料目的層主頻達50 Hz、頻寬6～120 Hz。

(2)表層結構復雜，表層速度及巖性橫向變化快，靜校正問題突出。

(3)地表條件復雜，村莊密集，道路縱橫，干擾嚴重，炮、檢點的規則布設困難，保證淺層資料完整性困難。

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2 地震采集技術

2.1 基于目標勘探的觀測系統設計

長江三角洲及東南沿海地區鹽層資源豐富，鹽層具有總厚度大、單層厚度小、可集中開采層段含有大量夾層的特點[4]，地震資料必須能夠精確追蹤6～8 m的單層厚度、準確識別層間夾層及6～12 m斷距的小斷層，能夠區分橫向巖性變化，對單層鹽層的密封性、穩定性進行評價；具有較高分辨率和良好的波組特征，觀測系統面元應小于17 m(表1)。

圖1a、1b、1c分別為10 m、20 m、30 m線元單炮及F-K譜。從單炮對比分析，道距越小，對各種信息的采樣能力越強，30 m道距單炮的面波出現了假頻的現象。從F-K譜對比看，10 m道距單炮能夠保護90 Hz以內信息不受線性干擾的影響，20 m道距單炮可以保護45 Hz以內信號，而30 m道距單炮線性干擾嚴重。

所以為了保護高頻信息，應采用較小的道距進行數據采集。選擇合適的接收線距有利于速度分析及DMO分析，根據工區主要目的層產狀，接收線距應小于160 m(表1)。

表1 面元計算結果及接收線距計算統計Table 1 Statistical of bins computed results and receiving line interval computed results

采集腳印會造成在地震成像中出現地層結構模式發生規律性變化的假象[5]，主要影響因素是炮線間距和接收線間距大小、排列片滾動距和覆蓋次數分布等[6]。結果顯示(圖2、圖3)：接收線距及滾動線數越小，采集腳印越小。因此觀測系統設計選擇接收線距小于160 m、滾動1條接收線。

圖2 不同接收線距采集腳印對比Fig.2 Comparison of acquisition footprints with different receiving line intervals

圖3 不同滾動線數采集腳印分析Fig.3 Comparison of acquisition footprints with different rolling line numbers

為保證地震資料具有較高的信噪比，重點應保證主要目的層段有足夠的覆蓋次數[7]。圖4是不同覆蓋次數的新老分頻剖面，老資料線元25 m、30次覆蓋，而新資料線元10 m、72次覆蓋。除去不同線元因素外，高覆蓋次數剖面的信噪比提升明顯。當覆蓋次數為72次時，地震資料淺、中、深目的層信噪比均較高，即在小面元的基礎上，覆蓋次數應選擇在72次以上。

圖4 不同覆蓋次數分頻剖面(BP:60～120 Hz)Fig.4 Frequency division sections of different folds(BP:60～120 Hz)

根據論證結果，設計以下觀測系統：

(1)采用小面元觀測系統，提高對小斷層及鹽層的分辨能力。

(2)選擇較高覆蓋次數，保證地震資料具有較高的信噪比。

(3)進行小接收線距、小滾動距、寬方位觀測，減小采集腳印，保證成像效果。

(4)加強觀測系統均勻性、波場連續性及噪聲壓制能力的分析，保證地震數據具有良好的疊前時間偏移屬性。

2.2 基于多方位觀測、混源激發的特觀技術

特觀是指與常規的地震勘探方法不同，或與最初的設計方法不同的觀測方法技術。尤其以井—震聯合施工為基礎的特觀最為常見[8]。針對工區中部東馬坊及化工廠大型連片特殊“禁炮區”，單一的井炮或可控震源都無法實施，覆蓋次數嚴重偏低且淺層資料缺失。由此創新采用了縱橫向加密小排列多方位觀測的特觀方案，運用城外加密炮點、城內道路可控震源激發、城中空地布設炮點的井炮—可控震源聯合激發(圖5，黃色為可控震源激發點，紅色為井炮激發點)，既保證了淺層資料完整性，又有效降低可化工廠禁炮區對三維數據體的影響，取得較好的效果。

圖5 禁炮區內不同激發點分布示意Fig.5 Distribution of different excitation points in prohibited area

2.3 提高資料品質的激發技術

2.3.1 基于拓展頻寬的選巖性激發

根據不同巖性的含水性、致密性差異形成速度差異，優選在較高速度層中激發、有利于拓展資料的頻帶[9]。從圖6激發井深試驗資料分析，隨著井深增加，反射波逐漸減弱，在淺層膠泥層中激發高頻端具有較高的信噪比，從而確定了以下激發井深設計原則：①激發巖性，淺層穩定的膠泥層；②膠泥層速度大于1 300 m/s；③膠泥厚度足夠。當無法滿足上述條件時，采用高速頂下1～3 m激發。

圖6 不同井深及巖性激發單炮分頻記錄(BP：50～100 Hz)Fig.6 Single shots with different well depth and lithology(BP：50～100 Hz)

2.3.2 基于地震波頻率特性的小藥量激發

理論上地震波能量隨著激發藥量的增加而增強，但激發藥量增加會導致地震波頻率降低[10]。從不同藥量激發單炮分頻記錄(圖7)來看，對埋藏較淺的目的層，激發藥量增加使地震波頻率降低明顯，為保證目的層具有較寬的頻寬，應選擇0.25 kg小藥量激發。

圖7 不同藥量激發單炮分頻記錄(BP：60～120 Hz)Fig.7 Single shots with different charge(BP：60～120 Hz)

2.3.3 基于阻抗耦合的選藥型激發

從提高分辨率角度而言，炸藥類型的選擇既要滿足阻抗耦合的要求，又要求初始子波具有較寬的頻帶范圍和足夠的下傳能量。本區表層激發圍巖與不同炸藥的阻抗比分析(表2)顯示，乳化炸藥與圍巖的阻抗比接近1，更適合于高分辨率勘探，所激發的地震能量最強[11]。根據試驗單炮分析(圖8)，乳化炸藥層間反射信噪比較高，子波形態最好。

表2 不同炸藥類型與表層激發圍巖阻抗耦合表Table 2 Impedance coupling table for different types of explosives and surface rocks

圖8 不同類型炸藥激發單炮相關子波分析Fig.8 Correlation wavelet of single shots excited by different types of charges

3 應用效果

采用上述采集技術獲取的原始地震資料進行精細處理解釋后，新三維數據體信息豐富、分辨率高、歸位準確，得到了不同鹽群間50～200 m的分布范圍。目的層波組特征明顯，巖層構造形態顯示清楚，建庫有利構造區清晰可見(圖9)，通過精細解釋得到了8條斷距小于10 m的斷層，與井資料對比分析結果顯示(表3)，成圖絕對誤差為0～2 m，相對誤差小于3‰，達到了地質任務的要求。通過次凹綜合評價，評價出I類目標1個，初步評價出有利目標區面積10.42 km2，為落實建庫目的層段及范圍提供了有利依據。

表3 成圖精度誤差統計Table 3 Statistical list of mapping accuracy error

圖9 數據體切片效果Fig.9 Effect of slice of data volume

4 結論

(1)小面元、寬方位、高密度空間對稱采樣有利于提高地震波成像精度。較小的接收線距和滾動距有利于壓制采集腳印，減小偏移噪聲；小藥量選巖性激發、小組合接收有利于拓展資料頻寬，是得到高分辨率地震資料的基礎。

(2)高覆蓋有利于壓制隨機干擾，提高資料的信噪比，重點要保證不同目的層的有效覆蓋次數。

(3)靈活采用多方位觀測、井震混源激發的特

觀技術是城區及含有危險源化工廠等“禁炮區”成功實施三維地震勘探的關鍵。