周曉冀 楊智超 杜文軍 王雪梅 巫 駿 敬龍江

中國石油東方地球物理勘探有限責任公司西南物探分公司

0 引言

中國南方海相頁巖氣藏高效開發(fā)依賴于高精度三維地震資料[1]，經(jīng)濟技術(shù)一體化的三維觀測系統(tǒng)決定了三維地震資料的品質(zhì)和投資成本，而覆蓋密度參數(shù)是影響三維觀測系統(tǒng)技術(shù)和經(jīng)濟性的關(guān)鍵參數(shù)[2]。四川盆地的瀘州區(qū)塊是中國南方海相頁巖氣藏勘探開發(fā)的重點區(qū)域，該區(qū)塊地腹為高陡背斜和寬緩向斜相間發(fā)育的構(gòu)造格局，向斜部位構(gòu)造平緩，地震資料信噪比較高，但背斜構(gòu)造起伏較大，兩翼常伴隨發(fā)育較大傾軸逆斷裂，構(gòu)造復(fù)雜造成地震波場復(fù)雜；背斜構(gòu)造對應(yīng)地表出露石英砂巖和灰?guī)r等硬質(zhì)巖層，原始單炮記錄干擾較重。地表和地腹雙復(fù)雜因素疊加造成構(gòu)造主體信噪比較低，偏移成像難度較大。近年來瀘州區(qū)塊滾動實施了多塊頁巖氣三維地震，按照“兩寬一高”的技術(shù)思路，采用寬方位、較高密度的三維觀測系統(tǒng)，取得了較好的效果，三維地震資料品質(zhì)得到大幅度提高[3]。但同時，較高覆蓋密度的觀測系統(tǒng)也帶來了較大的投資壓力，優(yōu)化觀測系統(tǒng)覆蓋密度關(guān)鍵參數(shù)，優(yōu)選技術(shù)經(jīng)濟一體化的觀測系統(tǒng)方案成為復(fù)雜區(qū)頁巖氣三維地震勘探的重點。為此，利用瀘州區(qū)塊三維實際資料開展覆蓋密度退化處理試驗，研究適合該區(qū)塊的覆蓋密度及其相關(guān)參數(shù)。

1 影響覆蓋密度的因素

三維地震勘探中，觀測系統(tǒng)是由排列模板和模板的滾動方式共同決定的，排列模板確定了激發(fā)點距，接收點距，接收線距，接收線條線、接收點總數(shù)以及激發(fā)點和接收點的相對位置關(guān)系等參數(shù)，排列模板一旦確定，則三維觀測系統(tǒng)的面元大小、最大縱距、最大非縱距、最大炮檢距、橫縱比等參數(shù)就隨之確定；而模板的滾動方式?jīng)Q定了縱向的激發(fā)線距和橫向的模板滾動距，從而能夠確定觀測系統(tǒng)的縱、橫向覆蓋次數(shù)以及總覆蓋次數(shù)。面元大小、覆蓋次數(shù)、接收線距、炮檢距等參數(shù)是三維觀測系統(tǒng)的基本參數(shù)[4-6]，除此之外，由基本參數(shù)還衍生出一些重要的其他參數(shù)，覆蓋密度就是其中一個非常重要的參數(shù)，相對其他參數(shù)，覆蓋密度更能夠體現(xiàn)三維觀測系統(tǒng)的技術(shù)性和經(jīng)濟性[7-8]。

覆蓋密度，亦稱炮道密度或采樣密度，定義為單位面積內(nèi)總的覆蓋次數(shù)，單位面積通常是指1 km2，一次覆蓋實質(zhì)上也等同于一個炮檢對，因此覆蓋密度又定義為1 km2內(nèi)炮檢對的總和，單位是：道/km2，計算公式如下：

另外，覆蓋密度也可以定義為炮密度與儀器實際接收道數(shù)的乘積：

因此：

由公式（1）可知，覆蓋密度不僅和三維觀測系統(tǒng)的覆蓋次數(shù)有關(guān)，還與面元大小有關(guān)。

眾所周知，地震成果資料的信噪比與三維觀測系統(tǒng)的覆蓋密度成正相關(guān)，尤其在低信噪比地區(qū)，地震成像品質(zhì)隨覆蓋密度的增加而逐漸改善。另一方面，依據(jù)公式（4）覆蓋密度又與炮密度和排列模板總接收道數(shù)有關(guān)，更高的覆蓋密度就意味著更多的設(shè)備投入和更高的勘探成本，因此綜合技術(shù)經(jīng)濟一體化考慮，覆蓋密度不是越高越好，尤其在頁巖氣藏勘探開發(fā)中，如何在解決地質(zhì)問題的前提下有效控制地震勘探成本，優(yōu)選適用性參數(shù)，已成為業(yè)界越來越重視的問題[9-11]。

2 退化方案設(shè)計

利用實際資料開展參數(shù)退化處理試驗，要確保對比因素的單一性，即設(shè)計退化方案上除對比參數(shù)外保持其他參數(shù)盡可能不變，從而保證參數(shù)的退化處理結(jié)果具有可比性[12-13]。覆蓋密度的退化方案是通過在三維觀測系統(tǒng)中抽取激發(fā)線的方式來實現(xiàn)，抽取激發(fā)線由于改變了縱向覆蓋次數(shù)，從而改變總覆蓋次數(shù)和覆蓋密度，這種方式能夠確保三維觀測系統(tǒng)基本的排列模板不變，面元大小、最大偏移距、橫縱比等參數(shù)均保持不變，保證了對比因素的單一性[14-16]。

表1是瀘州區(qū)塊頁巖氣三維覆蓋密度退化處理方案，通過抽炮排列共設(shè)計了6種覆蓋密度退化方案，將覆蓋密度由原始的52.5×104道/km2逐步退化為 45.0×104道 /km2、42.0×104道 /km2、35.0×104道 /km2、28.0×104道 /km2、21.0×104道 /km2共 6種不同覆蓋密度三維觀測系統(tǒng)。

表1 瀘州區(qū)塊頁巖氣三維覆蓋密度退化處理方案展示表

3 基于疊前偏移成像的覆蓋密度評價

覆蓋密度退化處理試驗首先是試驗數(shù)據(jù)的選區(qū)，試驗區(qū)的大小要能夠滿足疊前偏移孔徑的要求[17]。然后將試驗區(qū)范圍內(nèi)的道集數(shù)據(jù)輸出并重新加載，按照覆蓋密度退化方案對道集數(shù)據(jù)進行抽取，形成不同覆蓋密度的道集數(shù)據(jù)分別進行疊前偏移處理，將疊前偏移處理成果進行定性和定量評價，定性評價主要針對偏移成像效果，定量評價則是評價偏后數(shù)據(jù)的能量、頻率、信噪比等屬性，最后綜合評價結(jié)果優(yōu)選該區(qū)最優(yōu)的覆蓋密度參數(shù)[18-20]。

圖1是不同覆蓋密度疊前偏移剖面成像效果的對比，隨著覆蓋密度的下降，疊前偏移剖面淺層構(gòu)造成像逐漸變差，當覆蓋密度低于28.0×104道/km2，1.5 s以上的淺層構(gòu)造形態(tài)模糊不清，資料信噪比較低、干擾較重。對于1.5 s以下的中深層構(gòu)造偏移成像，有效反射波組特征較明顯，同相軸能量較強，偏移剖面構(gòu)造成像差異相對較小。

圖1 不同覆蓋密度疊前偏移剖面圖

圖2是不同覆蓋密度三維疊前偏移振幅水平切片，隨覆蓋密度的降低，有效反射成像效果明顯變差，有效反射同相軸變得模糊不清，與剖面分析結(jié)果一致，當覆蓋密度低于28×104道/km2，在振幅水平切片上信噪比較低，有效反射連續(xù)性明顯變差。

圖2 不同覆蓋密度疊前偏移振幅切片圖

圖3是不同覆蓋密度疊前偏移平均振幅和主頻分布曲線圖，從6種不同覆蓋密度平均振幅分布曲線看，隨著覆蓋密度的增加，優(yōu)勢平均振幅值介于400～500時趨于穩(wěn)定，覆蓋密度大于28.0×104道/km2的5種覆蓋密度平均振幅曲線形態(tài)趨于一致，差異較小。而當覆蓋密度為21.0×104道/km2時，由于疊前偏移數(shù)據(jù)信噪比較低，較強能量的噪聲引起優(yōu)勢平均振幅向高端移動。因此從平均振幅的定量分析認為28.0×104道/km2覆蓋密度是較為明顯的門檻值。從6種不同覆蓋密度的主頻分布曲線看，雖然略有差異，但總體分布較為一致，因此主頻的定量分析認為6種不同覆蓋密度偏移成果沒有明顯的差別。

圖3 不同覆蓋密度平均振幅和主頻分布曲線圖

圖4是不同覆蓋密度疊前偏移數(shù)據(jù)信噪比平面分布圖，結(jié)合色標可見不同覆蓋密度的疊前偏移數(shù)據(jù)信噪比分布有一定差異，試驗區(qū)內(nèi)中部主體構(gòu)造信噪比相對較低，兩翼平緩構(gòu)造區(qū)信噪比相對較高，并且隨著覆蓋密度的降低，信噪比呈下降趨勢。

圖4 不同覆蓋密度疊前偏移信噪比平面分布圖

圖5是信噪比隨覆蓋密度變化曲線圖，趨勢上信噪比是隨覆蓋密度的增加而提高的，當覆蓋密度大于42.0×104道/km2，曲線向上變化趨緩，即隨著覆蓋密度的增加信噪比增加變得緩慢。綜合前面的成像效果定性評價和振幅、頻率、信噪比定量評價，認為瀘州區(qū)塊頁巖氣三維地震觀測系統(tǒng)覆蓋密度選擇在42.0×104道/km2較為合適。

圖5 信噪比隨覆蓋密度變化曲線圖

4 小面元低覆蓋和大面元高覆蓋觀測系統(tǒng)對比評價

既然覆蓋密度和面元大小以及面元內(nèi)的覆蓋次數(shù)有關(guān)，相同的覆蓋密度觀測系統(tǒng)可能是大面元高覆蓋也可能是小面元低覆蓋，那究竟是選擇大面元高覆蓋觀測系統(tǒng)還是選擇小面元低覆蓋觀測系統(tǒng)，為此設(shè)計了面元大小和覆蓋次數(shù)不同但覆蓋密度相近的兩套觀測系統(tǒng)進行退化處理試驗。大面元高覆蓋觀測系統(tǒng)采用40 m×20 m的大面元，210次高覆蓋；小面元低覆蓋觀測系統(tǒng)采用20 m×20 m的小面元，112次低覆蓋，如表2所示。

表2 大面元高覆蓋與小面元低覆蓋觀測系統(tǒng)展示表

圖6大面元高覆蓋與小面元低覆蓋疊前偏移剖面成像效果對比圖，圖6-a采用的是大面元高覆蓋觀測系統(tǒng)，圖6-b采用的是小面元低覆蓋觀測系統(tǒng)。對比兩者的成像差異，高覆蓋次數(shù)觀測系統(tǒng)疊前偏移剖面有效反射同相軸能量更強，連續(xù)性更好；而小面元觀測系統(tǒng)橫向分辨率更高，在小斷裂的刻畫方面更好。圖7是大面元高覆蓋與小面元低覆蓋疊前偏移振幅水平切片對比，小面元低覆蓋三維觀測系統(tǒng)的有效反射更清晰連續(xù)，成像效果更好，表明其橫向分辨率更高，橫向刻畫能力更強。

圖6 大面元高覆蓋與小面元低覆蓋疊前偏移剖面成像對比

圖7 大面元高覆蓋與小面元低覆蓋疊前數(shù)據(jù)體水平切片對比圖

圖8是大面元高覆蓋與小面元低覆蓋疊前偏移的振幅、主頻和信噪比平面圖，圖9是大面元高覆蓋與小面元低覆蓋疊前偏移振幅、主頻和信噪比定量分析統(tǒng)計圖，小面元低覆蓋的優(yōu)勢主頻要略高于大面元高覆蓋，在25～30 Hz主頻段，小面元低覆蓋比大面元高覆蓋占比要低9%；而在30～35 Hz主頻段，小面元低覆蓋比大面元高覆蓋占比要高10%；在振幅能量方面，小面元低覆蓋也要略高于大面元高覆蓋；在信噪比方面，則是大面元高覆蓋明顯占優(yōu)，在信噪比2.5以上，大面元高覆蓋相對于小面元低覆蓋要高13%的占比。

圖8 大面元高覆蓋與小面元低覆蓋振幅、主頻、信噪比平面對比圖

圖9 大面元高覆蓋與小面元低覆蓋主頻、振幅能量、信噪比分布曲線圖

定性和定量分析充分說明，在相同的覆蓋密度下，大面元高覆蓋觀測系統(tǒng)能夠提高地震資料的信噪比，有利于復(fù)雜構(gòu)造的成像；而小面元低覆蓋觀測系統(tǒng)則有更高的縱橫向分辨率，對于微幅構(gòu)造和微斷裂的刻畫會更好。因此，在覆蓋密度范圍確定的前提條件下，面元和覆蓋次數(shù)的選擇要根據(jù)地質(zhì)任務(wù)、資料情況綜合分析論證選擇，一般情況下，對于信噪比較高地區(qū)，地質(zhì)任務(wù)以解決微幅構(gòu)造和微斷裂為重點，可以選擇小面元低覆蓋觀測系統(tǒng)；而對于信噪比較低地區(qū)，地質(zhì)任務(wù)以解決構(gòu)造成像為重點，可以選擇大面元高覆蓋觀測系統(tǒng)。

5 結(jié)論

1）開展覆蓋密度參數(shù)退化試驗，綜合定性和定量評價結(jié)果能夠獲得一個兼顧成像效果和經(jīng)濟性的覆蓋密度參數(shù)；疊前偏移成像效果隨著覆蓋密度的增大而逐漸改善，信噪比也隨之提高，振幅、頻率、信噪比的定量評價顯示瀘州區(qū)塊頁巖氣三維地震觀測系統(tǒng)覆蓋密度選擇在42.0×104道/km2較為合適；

2）在覆蓋密度確定的前提下，大面元高覆蓋觀測系統(tǒng)能夠提高地震資料的信噪比，有利于復(fù)雜構(gòu)造的成像，對于信噪比較低的頁巖氣勘探區(qū)，地質(zhì)任務(wù)以改善構(gòu)造成像為重點，可以選擇大面元高覆蓋觀測系統(tǒng)；而小面元低覆蓋觀測系統(tǒng)有更高的縱橫向分辨率，對于微地質(zhì)體的刻畫會更好，對于信噪比較高的頁巖氣勘探區(qū)，地質(zhì)任務(wù)以落實微幅構(gòu)造和微斷裂為重點，可以選擇小面元低覆蓋觀測系統(tǒng)。