泌陽凹陷王集地區開發地震采集方案設計研究

張永華，李 鋒，趙雨晴，林社卿，朱艷寶，李 錚

（1．中國石化河南油田分公司勘探開發研究院，河南鄭州450048；2．中國石化石油工程地球物理有限公司華北分公司，河南鄭州 450016；3．中國石化河南油田分公司科技處，河南南陽 473132）

王集地區位于泌陽凹陷北部斜坡帶中部，含油層為古近系核桃園組核二段和核三段。自1976年開始二維地震勘探，于1977年3月，B12井試油獲47 t/d的工業油流，發現王集油田。后來開展常規與高精度三維地震勘探，通過精細的地震地質綜合解釋，發現多個含油斷塊[1-2]，截至2015年底，王集地區已上交探明儲量1825×104t，已進入勘探開發中后期。

隨著勘探開發工作的深入，發現新的含油斷塊難度加大，特別是核三下段地震資料連續性差，斷層雙縫現象嚴重，斷面不清，斷裂解釋存在多解性，低序級斷層無法落實[3]。

為了改善核三段地震資料的信噪比和連續性，提高斷點、斷面成像的精度，落實小斷層及隱伏斷層的分布，尋找有利的斷塊圈閉、斷層巖性圈閉，落實該區剩余資源，需要在王集地區部署開發地震。

1 采集方案難點與措施

研究區經過了多輪地震勘探，本次開發地震的地質任務是搞清研究區低序級斷層的分布、提高中深層核三下段地震資料信噪比，落實復雜小斷塊油藏、斷層巖性油藏。

1.1 技術難題

研究區發育多組方向的斷裂，相互交切使構造極為破碎。現有地震資料深層反射能量弱，反射同相軸不連續，中淺層分辨率較低，無法落實低序級斷層、小砂體和微構造。

（1）深層核三下段資料相對較差，能量弱，反射不連續，反射雜亂，信噪比低，構造主體地震資料解釋存在多解性。

（2）發育多組斷裂，相互交切，斷裂系統復雜，無法搞清復雜斷裂的交切關系。

（3）中淺層分辨率較低，低序級斷層難落實。

1.2 技術措施

為提高復雜小斷塊的成像精度，改善核三下段信噪比及連續性，開展基于成像需求觀測系統優化設計研究，以提高地震資料對小砂體和小斷層的分辨能力[4-5]。

采用基于復雜斷塊群成像的觀測系統優化設計，優化觀測系統屬性并分析疊前成像屬性，優選觀測系統參數。

為了提高核三下段地震資料信噪比，采用基于模型分析與基于融合處理的觀測系統論證技術，有效增加炮密度、增加接收線數、道數和覆蓋次數，從而提高核三下段地震資料品質。

2 采集方案優化設計

在充分考慮研究區構造特征及前期地震采集因素的基礎上，采用基于疊前成像需求的觀測系統設計，優化采集方案。

2.1 觀測系統參數定量計算

2.1.1 面元大小

根據采樣定理，為了避免產生空間假頻和偏移假頻，空間采樣間隔最大不能超過有效信號最小視波長的一半。目的層段最小視波長為44 m，斷裂發育，構造復雜，為提高地震資料縱橫向分辨率，面元應小于20 m。綜合考慮目的層斷裂帶成像要求，面元擬定為12.5 m×12.5 m。

2.1.2 覆蓋次數

從理論上講， 增加覆蓋次數，可提高地震反射資料的信噪比，但當覆蓋次數大到一定數值后，信噪比就沒有明顯的變化。再增加覆蓋次數，既增加勘探成本，也不能提高地震資料信噪比。為了選擇合適的覆蓋次數，利用測井資料，考慮地震波的透反射損失、球面擴散損失和大地吸收損失，定量計算覆蓋次數。根據單炮記錄分析，震源信號的振幅與環境噪聲振幅之比為7.9×105，假設疊加后信噪比為1，則各目的層深度所需覆蓋次數可由下式計算：

式中：Noise為環境噪聲的振幅；A0為震源信號的振幅；TRA（i）為透反射損失、球面擴散與吸收損失。

利用測井資料，通過式（1）計算出各目的層深度對應的覆蓋次數，圖1是覆蓋次數與目的層深度關系，由圖1可知，如果覆蓋次數大于200次，絕大多數地層都能有較強的反射增幅能量。

圖1 覆蓋次數與目的層深度關系

2.1.3 最小炮檢距

在選擇最小炮檢距時，依據炮檢距與疊加特性的關系，選擇最小炮檢距可提高通放帶寬度，有利于提高分辨率。從層析成像反演靜校正處理方面考慮，采用最小炮檢距有利于提高靜校正精度。然而從避免近源強面波及聲波干擾考慮，較大的偏移距有利于避開面波、聲波等干擾。因此，根據王集地區地下地質條件與以往三維采集經驗，最小炮檢距取50 m。

2.2 基于地震數值模擬觀測系統參數優選

地震數值模擬是揭示地震波傳播規律的有效手段，可較為準確地模擬反射波的傳播規律。為了更好地分析王集地區地震波傳播特征，采用基于波動方程的有限差分正演模擬， 通過計算機模擬放炮來代替高代價的野外放炮，獲得相關的合成地震記錄和波場快照，分析目的層的反射能量，避免地層傾斜或復雜構造導致無法接收目的層的反射波信息。通過模擬分析確定炮點分布范圍、排列長度，最大限度地提高地震觀測接收效果及成像質量，從而設計更加合理的野外采集方案。

為了進一步分析驗證觀測系統參數，由地質解釋剖面建立地震速度模型，應用波動方程正演軟件進行波場分析和照明分析。采用 5475-25-50-25-5475的觀測系統，在模型的不同部位進行正演模擬分析。

圖2為地層下傾部位和地層上傾部位的模擬單炮記錄，從圖2可以看出各主要目的層反射能量強，反射同相軸信噪比高，深層反射較好。

圖2 不同位置單炮模擬記錄

由于地層傾角為8°～12°，主要目的層反射同相表現為不對稱雙曲線。圖3為波前快照。從波前快照來看，由于受地層傾角和斷裂系統影響，波前發生畸變，擴散不均勻，但淺、中、深層波前均具有較強的反射能量。因此，該觀測系統可以提高深層復雜構造的反射品質。通過波場正演分析，最大炮檢距選擇為3500～4800 m，可以滿足本次勘探需求。

圖3 波場快照

2.3 觀測系統屬性評價

依據采集參數的論證結果和野外地表施工條件確定觀測系統方案。

表 1為優化的觀測系統參數與老觀測系統參數對比。

表1 觀測系統參數對比

為了進一步評價觀測系統的合理性，利用波動方程分析評價觀測系統屬性，優化觀測系統方案。對2種觀測系統的覆蓋次數分布、炮檢距分布、方位角分布、壓制噪聲效果、覆蓋次數等面元綜合屬性進行對比分析。

圖4為新、老觀測系統壓噪能力對比圖，從圖中可以看出，新設計的觀測系統疊加響應與線性噪聲壓制能力優于老觀測系統。新方案靜校正耦合效果較好，采集腳印小，炮檢距、方位角更均勻，成像能量最高，新方案具有高密度全方位采集的特點。

圖4 新（a）、老（b）觀測系統壓噪能力對比

2.4 基于融合處理的采集方案設計

在施工方案設計中，本次檢波線布設在前期觀測系統中的檢波線中間，檢波點錯開6.25 m；炮線布設在前期炮線之間，確保與老資料融合形成6.25 m（縱）×12.5 m（橫）面元。圖5是基于后期融合處理設計的觀測系統與老觀測系統面元中心分布圖，新觀測系統在縱向上與老觀測系統面元錯開成6.25 m，這樣既有利于融合面元處理，又有利于細分面元處理。融合處理后，檢波線距、炮線距減半，近炮信息提高一倍；同時，炮檢距分布更豐富，更均勻，更有利于成像。融合處理提高了覆蓋次數，覆蓋次數達到304次，有利于核三下段地震資料信噪比的提高。圖中紅色線為原面元，紅色圈為原面元為中心點；藍色點劃線為新面元，藍色圈為新面元中心點。

圖5 融合面元中心分布

3 應用效果

基于復雜斷塊群成像和改善核三下段地震資料品質成像需求的觀測系統優化設計研究，為開發地震采集提供了優良的施工方案，按此方案進行開發地震采集，采集到的地震資料波場信息豐富，有利于疊前偏移處理[6-7]。通過疊前去噪、高精度速度建模和偏移成像處理，提高了地震資料信噪比、分辨率及成像精度，改善了地震資料中深層的信噪比和連續性，提高了小斷層、小斷塊及斷層-巖性油藏的識別能力。

圖6是老三維地震資料與本次開發地震剖面對比圖，從圖中看出新采集的開發地震資料比老地震資料的信噪比、連續性、分辨率及斷面的成像精度都有較大的改善。小斷層歸位清晰，斷面清楚，有利于復雜斷塊精細解釋。

圖6 老三維地震（a）與開發地震剖面（b）對比

對研究區 120.00 km2開發地震三維地震資料進行解釋，理順了大小斷層切割關系，識別出斷距較小、延伸距離較短的小斷層，進一步落實了復雜斷塊的構造特征及斷層空間展布和交切關系[8-14]。發現和落實圈閉25個，圈閉面積4.32 km2。部署的CQ6-3C1、EW54、EW55、W18-1等井均獲工業油流。

4 結論

開發地震是在常規地震或高精度三維地震基礎上開展的地震工作，在開發地震方案設計時，不僅采用基于成像觀測系統設計，還應考慮前期采集方案，為后續地震資料的綜合應用提供保證。具體應注意如下幾點：

（1）采用基于波動方程正演模擬方法， 可較為準確地模擬反射波的傳播特征，為設計經濟合理的采集方案提供保證。

（2）有效增加炮密度、接收線數、道數和覆蓋次數，有利于提高核三下段地震資料品質。

（3）重復采集應考慮多期地震資料的應用，在采集方案設計時，考慮前期施工方案，盡量按面元的均一性、一致性的理念進行觀測系統論證，為后續地震資料的融合處理提供保證。

（4）寬方位采集，波場更豐富，更利于疊前偏移，有利于小斷層成像。