南陽凹陷魏崗礦區三維地震觀測系統設計研究

趙雨晴

（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 450000）

隨著勘探開發工作的深入，早期三維地震資料無法滿足復雜小斷塊、復雜巖性、構造–巖性油氣藏勘探的需求。在勘探開發程度高的地區開展二次地震采集是勘探開發工作的必然需求，而在油氣田采油區、生活區，地下輸油管線密集、地面樓房林立，許多密集建筑群無法進行人工震源激發，造成激發點空炮，影響地下目的層地震反射信息的采集。因此，需要研究密集建筑物下方目的層段地震反射信息的地震采集觀測系統設計。

針對城鎮進行地震資料采集，前人做了大量的研究工作，并取得了一定的勘探效果[1–2]。這些研究通常是在密集建筑群兩側沿接收線正、反兩個方向加密激發點施工，沒有考慮增加接收道數對覆蓋次數的貢獻。當礦區范圍較大時，這些方法無法保證目的層段覆蓋次數。本文基于目的層分析，按照炮道互換原理，采用增加接收道數的方法在礦區施工，保證了目的層段地震反射信息采集的完整性，取得了較好的地震采集效果。

1 地震資料采集技術難點

魏崗礦區是油田職工生活和工作的基地，地下為南陽凹陷魏崗鼻狀構造帶。魏崗鼻狀構造帶處在牛三門生油次洼與東莊生油次洼之間，是油氣運移指向區，1971年在該構造帶上發現了魏崗油田。鼻狀構造主體部位為應力集中區，發育北東、北東東與北西向多組斷裂[3–4]。地面建筑物密集，給地震資料采集造成諸多難點。

1.1 地表條件復雜

礦區建筑密集，民居最窄處僅3～5 m，大部分道路寬度不超過8 m。采油作業設施較多，工業電網、地下管網密集。

1.2 地下構造條件復雜

目的層埋藏較深，鼻狀構造帶主體部位是應力集中區，斷裂發育、構造破碎。斷塊油藏規模較小，圈閉面積僅為0.1～0.5 km2。側向上油層受斷塊局限，具有斷塊含油高度小、含油條帶窄的特點，含油高度一般為50～80 m，含油寬度一般為80～160 m，垂向上油藏呈“牙刷式”分布。

2 技術方法

針對礦區地表建筑物密集、勘探目的層構造復雜的特點，設計觀測系統時，既要考慮地下地質目標的特點，又要考慮地表施工的復雜性。在現場踏勘的基礎上，通過分析計算激發點和接收點，盡量消滅淺層地震資料缺口，保證目的層段覆蓋次數、炮檢距分布均勻。

2.1 定量計算觀測系統參數

（1）正演模擬確定面元。根據研究區斷裂發育、構造復雜的特點，利用目的層解釋層位、斷層數據與垂直地震剖面（VSP）測井速度建立地質模型。通過正演模擬對比分析，在滿足橫向分辨率和目標地質體識別要求的情況下，確定面元大小[5–6]。

（2）覆蓋次數定量分析。覆蓋次數是壓制干擾，提高地震資料信噪比的重要參數，在一定的范圍內，覆蓋次數與信噪比呈正相關關系。為了確定覆蓋次數，依據礦區內測井數據和前期原始單炮地震記錄，通過計算得到魏崗地區覆蓋次數與地下反射深度的對應關系，以此確定覆蓋次數[7–8]。目的層深度所需覆蓋次數可由下式計算：

式中：ci為覆蓋次數，整數；Anoise為環境噪聲的振幅,無量綱；Asignal為震源信號的振幅, 無量綱；TRAi為透反射損失、球面擴散與吸收損失。

2.2 道替換炮法

道替換炮法就是在礦區進行地震采集，當激發點無法放炮激發時，在激發點位布設檢波器，在接收點布設炸藥震源（如圖1）。圖1是激發點位與接收點位互換原理圖，圖中C代表建筑物。正常情況下、相對地下反射點P,在B1點激發在A1點接收、在B2點激發在A2點接收，如果B2點遇到房屋建筑等情況、不能激發時,可以把B2的激發點變成接收點，A2的接收點變成激發點，以保證地下目的層覆蓋次數不變。

圖1 激發與接收互換原理

2.3 增加接收道數法

在地面建筑物比較集中的地區，不能在原設計點設置較多激發點位時，那就應盡可能地多放置接收道，達到滿足地下目的層段覆蓋次數的要求。圖2說明在激發點數減少時，通過增加接收道數，使目的層段覆蓋次數相同。圖2a是表示CD反射段為60 m、激發點距為40 m，接收道數為32道，道間距10 m的觀測系統圖；圖2b是ef反射段也是60 m、激發點距為20 m，接收道數為16道，道間距10 m的觀測系統。用圖2a觀測方式施工完成地下60 m反射段4次覆蓋次數采集任務，需要9炮；用圖2b觀測方式只需要6炮，說明激發炮減少時，可適當增加接收道數能夠達到相同的采集效果。

圖2 接收道數與激發炮數不同而覆蓋次數相同的觀測方式

2.4 變動激發點位置法

激發點遇到障礙物時，通過地表勘測對激發點位與接收點位進行變動，以獲得目的層段相同地球物理點的反射信息。圖3中激發點A為原設計點位，由于地表障礙物的存在不能在A點處激發，可把激發點A移到附近可以激發的X點處，使原激發點A與新激發點X的距離為D。為了保證目的層段反射點位置不變、通過測量構建使XB垂直AC，盡量使AB兩點之間距離是道間距整數倍，BX兩點之間的距離是接收線距整數倍，按式（2）、（3）計算。接收點以地層反射點P為對稱點移到D點，這樣采集所得到的地下反射點分布位置與原設計點是一致的。

圖3 激發點位移動后地震反射原理

式中：AB為原激發點沿主測線方向到新激發點在主測線上垂直投影點的距離，m；k1為道間距整數倍系數；k2為接收線距整數倍系數；ΔX為道間距，m；BX為新激發點到垂直于過原激發點主測線方向的距離, m；ΔY為接收線距，m。

3 應用實例

魏崗礦區的三維地震采集集中于南陽凹陷魏崗鼻狀構造帶主體部位，含油層位為古近系核桃園組核二段和核三段。通過二維地震資料解釋，在魏崗鼻狀構造上部署的N6井于1971年9月試油自噴日產油72.2 t，從而發現了魏崗油田。為了落實魏崗構造帶斷鼻、斷塊構造特征，于1993—1994年，在魏崗區塊部署了面元為30.0 m×25.0 m，覆蓋次數24次，總道數240道的常規三維地震。通過地震資料解釋與部署鉆探發現了新的含油斷塊，截止2014年底，在魏崗地區探明地質儲量922×104t。隨著勘探工作的深入，發現新的含油斷塊難度越來越大[9–10]，需要進行高精度三維地震采集工作，落實復雜小斷塊與斷層巖性圈閉，于2015年在魏崗礦區部署了150 km2的高精度三維地震采集。

針對魏崗鼻狀構造帶斷裂復雜的特點，利用該區塊地震解釋層位、斷層與VSP地震測井信息建立地質模型，采用基于正演模型及波動方程分析技術進行參數論證，優選面元大小與排列長度。利用W10井的測井資料，通過式（1）計算各目的層深度與覆蓋次數對應值，優選覆蓋次數。根據計算與綜合分析，確定的魏崗礦區三維觀測系統主要參數分別為：炮點距25 m、接收點距25 m、面元12.5 m×12.5 m、縱橫比0.48，覆蓋次數144次，觀測系統為24L20S240T。

針對地表復雜的特點，利用衛星圖片及地形圖對區塊內建筑、管網、道路等進行了精細測量。區塊內建筑群面積為15.0 km2，縱向最大距離為3.0 km，橫向最大距離達到4.5 km。如果不進行特殊的觀測系統設計，地表地震資料缺口最大可達3.0 km，嚴重影響到中淺層地震資料信噪比。因此，制作大比例尺電子地圖，為激發點、接收點位置選擇提供依據。

利用大比例尺測量地形地物圖，在密集建筑群之間的空地，按照式（2）和式（3）將建筑物內激發點偏移到區塊內綠化帶及周邊區域。為了減小淺層資料缺口，結合礦區內部公共綠化帶區域、適當加密炮點。

礦區內激發點空缺較多，可同時采用多布設接收道的施工方法。在橫向上增加接收線，縱向上增加接收道。變觀施工時以共深度反射點進入礦區開始變觀，到CDP點移出礦區為止，分別從縱向上和橫向上進行變觀設計。根據礦區地表實際情況，橫向上在原排列右邊增加4條接收線，原排列兩邊增加2條接收線，原排列左邊增加4條接收線的三種施工方案。

在油田礦區內通過三維地震采集方案優化設計，地震采集實施后地震資料信噪比、分辨率明顯提高。圖4為魏崗礦區新老采集剖面對比圖，從圖可以看出，斷裂成像精度較老資料有明顯提高，老資料不能識別的小斷層在新采集的地震剖面上成像清晰，礦區范圍內中淺層缺口也得到有效彌補。

圖4 新（a）、老（b）采集剖面對比

4 結束語

在地下構造復雜的大型礦區進行高精度三維地震采集，需要在精細踏勘的基礎上，按照炮道互換原理，采用有針對性的野外觀測系統設計，才能保證地下地震反射信息的有效采集。在觀測系統設計時應注意如下幾點。

（1）針對地下構造復雜的特點，根據正演模擬技術和覆蓋次數定量計算、確定面元大小及目的層覆蓋次數。

（2）利用衛星圖片及地形圖，通過實地測量，獲得地表建筑物、管線等精確的地理信息，制作大比例尺電子地圖。根據地形圖分析障礙對地下目標的影響，設計激發點、接收點，將礦區內炮點偏移加密到礦區周邊，礦區內以道補炮，進行變觀設計。

（3）利用接收道替換激發炮法、增加接收道數法與變動激發點位置法進行觀測系統設計。