宽方位角地震勘探技术评述_张军华

2007年10月石油地球物理勘探第42卷 第5期

*山东省东营市中国石油大学(华东)地球资源与信息学院,257061本文于2006年11月26日收到。

#综述#宽方位角地震勘探技术评述张军华* 朱 焕 郑旭刚 王 伟 周振晓 钟 磊(中国石油大学(华东)地球资源与信息学院)张军华,朱焕,郑旭刚,王伟,周振晓,钟磊.宽方位角地震勘探技术评述.石油地球物理勘探,2007,42(5):603~609

摘要 本文通过文献调研,阐述了国内外宽方位角勘探的发展现状,明确了宽方位角的定义、并给出了部分应用实例。文中列举了宽方位采集中对覆盖次数、面元、最大炮检距、最小炮检距等采集参数的设计要求,并列出了国内外几种常用的宽方位角观测系统。在此基础上指出了宽方位角处理存在的主要问题,介绍了方位角旅行时间校正、视各向异性动校正、基尔霍夫求和法三维DMO、方位角速度谱分析等宽方位角处理方法,并给出了一个简单的处理流程。关于宽方位角采集资料的解释,文中建议用好相干、振幅、相位等常见地震属性外,应尝试使用复合地震属性。

关键词 宽方位角 各向异性 观测系统 裂缝 断层

1 引言现今的三维地震勘探基本上采用束线状观测系统,束线呈条形,其横向(排列宽度)与纵向(排列长度)之比较小,这种观测方式统称窄方位勘探。随着勘探开发日益向精细化发展,油气勘探的重点已逐渐转向小幅度构造油气藏、地层油气藏和岩性油气藏。窄方位角勘探面对这样的勘探任务已经有些力不从心,于是万道地震仪应运而生。目前万道地震仪已应用于实际生产,基于MEMS数字检波器的点激发和点接收的小空间采样的Q采集系统也开始使用,并且随着微机集群的推广应用,宽方位角资料的处理成本已经大大下降。客观需求、万道地震仪和数字检波器的应用以及小空间采集技术的出现,都为采用宽方位角地震勘探创造了客观条件。关于宽方位角勘探的技术问题,曾经有过比较激烈的学术争论[1]。经过几年的探索和实践,关于宽方位角采集基本上已形成共识[2~4]:①宽方位角采集进行全方位观测,可增加采集照明度,获得较完整的地震波场;②宽方位角采集可研究振幅随炮检距和方位角的变化(AVOA)、地层速度随方位角的变化(VVA),增强了识别断层、裂隙和地层岩性变化的能力;③炮检对的三维叠前成像轨迹是椭球,宽方位角具有更高的陡倾角成像能力和较丰富的振幅成像信息;④宽方位角地震还有利于压制近地表散射干扰,提高地震资料信噪比、分辨率和保真度。但宽方位采集毕竟成本较高,并不是每一个地方都适合[1],真正需要做宽方位角采集的是地质前景看好、裂缝比较发育或岩性变化比较大的地区。

2 宽方位角勘探的国内外发展现状通常宽、窄方位角观测系统的定义是:当横(排列宽度)、纵(排列长度)比大于015时,为宽方位角采集观测系统;当横(排列宽度)、纵(排列长度)比小于015时,为窄方位角采集观测系统。图1为方位角统计分布图。窄方位角设计在接收横测线方向上大炮检距的数据时是不成功的;而宽方位角设计在每一个方位角上都是均匀采集。宽方位角地震勘探本身就是一种三维地震勘探技术,它是伴随三维地震勘探技术的进步而派生发展起来的,其主要理论依据是地震各向异性。对此,国外许多学者做了很深入的研究。Williams等人指出,各向异性会引起频率、振幅、断裂成像、速度和相 604 石油地球物理勘探2007年

位等地震信息的变化[5]。Cordsen等人认为,宽方位角采集的横向不同覆盖次数过渡带要比窄方位角小,因此它比窄方位角更容易跨越地表障碍物和地下阴影带[2]。关于速度和处理成像方面,Cambois等人认为:以往由于方向各向异性的影响,人们认为窄方位角好;但如今方位各向异性现象逐步被人们认识,它可以提供更多的储层信息[6]。MuLuo等人还用树脂玻璃制作了150mm(长)@150mm(宽)@50mm(高)的裂缝物理模型,并研究了0b、45b和90b角的道集数据,并很好地展示了裂缝的方位特征[7](图2),其中图2d表示炮检线垂直裂缝时,裂缝得到了很好的检测。

如前所述,关于宽方位采集国外已经做了许多深入的理论研究。考虑到成本等因素,此种观测方式实际多应用于海上勘探。2003~2004年,卡塔尔西方国际石油公司在其近海/IddelShargi0地区完成了中东第一块宽方位4C地震[8]。资料采集时使用海底电缆技术,覆盖次数达到240次,面元大小为9.4m@25m,工区总道数达到10亿道。经过处理后得到了8个方位角的P波和PS波数据集。由于宽方位角资料具有很高的信噪比和丰富的波场信息,所以很好地解决了该区特殊的地质问题(该区油藏为低幅度背斜构造,油气受细小的、近垂直的小断层和裂缝控制)。2006年在美国新奥尔良SEG年会上,有多篇宽方位角的文章,反映的都是墨西哥湾Maddog油田的勘探实例。该区2004~2005年由BP完成宽方位采集任务,属于深水勘探,水深达2300m,采用宽方位拖缆技术进行采集,解决的地质问题是成像较难的盐丘油藏[9]。国内宽方位角采集几乎是与国外同步的。近年来,已有多个油田进行了宽方位角三维勘探。如新疆油田拐19区、胜利油田罗42区、大庆油田肇源南、吐哈油田胜北地区、江苏油田苏北地区、冀东油田老爷庙地区分别进行了陆上或浅海宽方位角三维地震勘探试验,取得了较好的勘探效果[10~15]。在老爷庙地区,采用12线24炮观测系统(纵向10次,横向6次),进行了宽方位角采集,其炮检距和方位角分布较好,其纵横比约为1.0。采用这种观测系统主要是针对老爷庙地区地震资 第42卷 第5期张军华等:宽方位角地震勘探技术评述605

料信噪比低、多次波发育、火成岩屏蔽、中深层岩性组合差、反射系数小等问题而设计的,冀东油田由于地层倾角大、断层发育、目的层埋藏深,采用高覆盖小面元、宽方位角的采集方法,实现了小油田的二次创业。该区宽方位采集的成功实践,对于中国东部油田的精细勘探有十分重要的借鉴意义。在准噶尔盆地,一般采用10~12线观测系统(纵向10~20次,横向4~6次),排列的纵横比约为0145~0160,主要是针对沙漠施工困难、静校正工作量大,资料信噪比低等情况而设计的。此外,2003年还在川东地区采用了12线48炮(2592道)观测系统(纵向12次,横向6次),排列的纵横比约为0163。该地区的特点是地形起伏大,悬崖绝壁多,森林茂密,地下地质条件复杂,断裂发育,高陡构造多①。特别需要提出的是宽方位角采集在普光气田发现中的作用。2003年,中国石化决定在宣汉)达县地区组织进行第一次宽方位角、高精度全三维地震资料采集。这次采集面积达到456.06km2,炮次工作量11734炮,总投资过亿元,无论是采集规模还是投资规模,在山地三维地震勘探中都可称为/世界第一0。就是这次资料采集,揭开了普光气田神秘的面纱②。①宋玉龙,杨长春.宽方位角三位地震勘探采集技术的现状与进展.http:Mwww.co-sail.com/CN/Manage/discuss/upload/20047306122.pdf②http:Mwww.wuhangas.cn/Html/I2/085130131.htm3 宽方位角采集参数与观测系统的设计3.1 覆盖次数的确定同常规三维观测系统一样,宽方位角观测系统的覆盖次数N依然为纵向覆盖次数NX与横向覆盖次数NY之乘积,即N=NX@NY(1)其中,纵向覆盖次数为NX=M@S2nx(2)式中:M为排列线的接收道数;nx为相邻炮排所跨越的道间隔数;S为一个整系数,单边炮为1,双边炮为2。横向覆盖次数为NY=Lny(3)式中:L为排列线的条数;ny为爆炸线上炮间距(以排列线间距为单位计算)的数目。3.2 面元的确定面元的确定要遵循以下两条原则:(1)满足最高无混叠频率

b=vint4fmaxsin<(4)式中:fmax为最高无混叠频率,即最大有效波频率;vint为上一层层速度;(2)满足横向分辨率,即横向分辨率要满足每个优势频率fdom的波长取2个样点,其表达式为

b=vint2fdom(5)3.3 最大炮检距的设计最大炮检距要满足以下三项要求:(1)满足动校拉伸的要求,即Xmax[t0v2D(6)式中:t0为零炮检距双程反射时间;v为叠加速度;

D=T2-T1T1,T1、T2分别为校正前、后的反射子波时间长度。(2)满足速度分析精度的要求,按动校正公式

$tUx22v2t0

要求,为了获取较高的叠加速度,必须有

较大的炮检距。进一步推导计算表明,最大炮检距应满足

Xmax\t02fdom1(v?Dv)2-1v212(7)

式中Dv为允许的最大速度分析误差。(3)要尽量消除干扰波的影响,对于多次波,最大炮检距应满足

Xmax\2t0f1v22-1v2112(8)

式中:v1为受多次波干扰的一次波速度;v2为多次波速度。3.4 要使反射系数稳定对于水平层状介质模型,则对应第N个界面的某一入射角的炮检距,可由下式给定 606 石油地球物理勘探2007年

XNmax=2ENi=1hitanHi(9)式中:hi和Hi为各层的铅垂厚度和相应的入射角。由上式可知,较大的炮检距对应较大的入射角。而根据佐普里兹方程,当地震波由低波阻抗介质进入高波阻抗介质且入射角等于临界角时,其能量关系式会出现复数项,在临界角附近反射纵波能量会突然变大,形成广角反射,地震波变得非常复杂。据此,最大炮检距所对应的入射角要小于临界角,即最大炮检距不能取得太大,要小于一定的值。3.5 宽方位角采集常用的观测系统海上宽方位角采集常采用多枪多缆观测系统(图3),它可以大大提高采集的效率。图4给出了BP在墨西哥湾Maddog油田进行宽方位采集时一个拖缆片(Tile)中激发点和接收点的分布关系[9]。图5为4个拖缆片组成的一个宽方位角观测系

统图,其激发船航线不变,接收船横向隔1km再施工三次,组成具有32个排列的较宽的排列片(Patch)。

图5 四个拖缆片组成一个宽方位排列片陆上宽方位角采集没有固定的束线关系,一般根据区域的地质情况设计各自的观测系统。如江苏油田在苏北地区采用8线15炮双边放炮宽方位观测系统(图6)[12]。中国石化在FG工区采用12线240炮60次覆盖块状砖墙式观测系统[14]。这类观测系统比较普及,国内外多个油田或工区采用过这种观测系统(图7)。