柴达木盆地三湖地区盐岩区表层调查方法研究

张光德，刘 斌，张志林，何京国，任宏沁

（中国石油化工股份有限公司石油工程地球物理有限公司胜利分公司，山东东营257100）

1 工区概况

三湖地区位于柴达木盆地中北部，横跨三湖坳陷南北。该区北邻红山凹陷、欧南凹陷，东邻诺木洪鼻状构造斜坡带，浅层第四系生物气气藏发育，具有较大的生物气勘探潜力［1］，但表层条件异常复杂，尤其是盐岩区表层异常坚硬，存在很多孔洞，主要呈现龟裂状、微丘状和平坦状［2］三种形态；近地表发育多套盐结晶层，盐晶发育，晶粒间多孔隙，与淤泥、黑泥等填充物形成盐－泥交互层，多达4～5层（图1）。结晶互层厚达几米至上百米，呈现明显的速度反转现象，造成地震资料频率和信噪比低（图2）。分析其主要原因在于：

1）淤泥、黑泥等填充物粘滞性会损耗地震波能量，使地震子波产生振幅衰减、主频降低、频带变窄、相位延迟等现象［3］。

图1 盐岩区典型地质剖面

2）交互层上下两种岩性的密度和速度差别较大，造成地震激发效果差；面波、散射波以及折射波等干扰强，干扰范围大。

以往采用常规的表层结构调查、解释方法以及相应的激发井深设计原则获取的地震资料品质较差，部分地区很难见到有效反射（图3，图4）。

图4 高速层以下激发的单炮记录

2 盐岩区表层结构分析

2.1 结晶互层Q值分析

介质本身所固有的衰减特性通常用Q值表示，它与介质内部的结构特征以及孔隙度、饱和度、压力和渗透率等流体性质密切相关［4－5］。盐岩区结晶互层导致近地表各层介质的Q值存在特殊差异，进而造成激发效果千差万别，弄清该区的近地表特征需要对表层Q值进行深入分析。

Q值与纵波速度关系如下：

式中：Q为品质因子；v为纵波速度；K为常数，不同工区K值不同，一般在3.5左右。

理论研究表明：Q值大，反射能量强；Q值小，反射能量弱；当Q小于4时，能量被严重吸收，资料品质差。

国内外学者提出了很多关于地震波衰减的理论和提取Q值的方法，也有一些学者探索利用地震波反演来提取Q值［6－7］，目前应用较多的为谱模拟频谱比法［8－11］，本区主要采用该方法来计算Q值。

实际介质中，平面简谐波的简化式为

两边取自然对数可得

式中：A0是初始振幅；x为地震道到井口的距离；A（x）是地震波传播了距离x后的振幅；f为地震波频率；k为与频率f无关的常量。

由于地震记录存在噪声，所以其振幅谱极不规则，而干扰波和有效波的子波频谱特征相对容易区分，所以对其频谱进行模拟，然后用于Q值计算。

选用如下类型的地震子波频谱数学表达式：

对地震道作傅氏变换后，在有效频带范围内对其以（4）式所示的子波频谱进行模拟，再对模拟后的频谱按（3）式拟合直线的斜率a1：

求得

对本区实际资料进行了计算，衰减层Q值通常在2～5，盐结晶层一般在6～14，第一高速层、速度反转层、低速层之下一般都在14以上，说明该地区近地表结晶互层，特别是结晶互层内部衰减层吸收衰减非常严重，影响地震记录品质。Q值量化分析的结果同时也表明，根据表层各层介质Q值的差异可以标定盐岩区表层调查的近地表结构分层。

2.2 结晶互层激发模拟

为了研究该区近地表结晶互层对地震资料品质的影响，提取该区实际近地表参数建立地质模型，进行激发模拟。表1为具体近地表参数，图5为近地表模型。

表1 盐岩区近地表参数

模拟结果表明，在结晶互层中第一高速层下方激发时，折射干扰能量强，目标层反射不明显，同相轴连续性较差（图6a）；在结晶互层下方激发时，折射干扰能量相对较弱，有效反射突出，同相轴连续性较好（图6b）。从同一位置实际资料的对比分析可以看出，在第一高速层下方激发时，小道号方向折射及折射多次波干扰严重，基本见不到有效反射（图6c）；但在结晶互层下方激发时，单炮资料品质较好，折射干扰明显减弱，小道号方向有效信息突出，波组特征清晰（图6d）。综合模型和实际资料分析认为，结晶互层会造成地震波浅层折射和中深层多次干扰，在资料采集中应打穿结晶互层激发，提高地震波下传能量。

3 盐岩区近地表精细调查及分层技术

在我国西部勘探表层结构调查中，小折射和微测井是效果较好、应用也最广泛的两种调查方法。而无论是小折射还是微测井调查方法，只有当界面下部介质的波速大于上部介质的波速，而且波的入射角等于临界角时，才会在上部介质中产生折射波［12］。由于盐岩区普遍存在速度反转层，不满足小折射应用的前提条件，采用小折射方法不能得到第一高速层以下的信息，因此，在该区主要采用微测井进行表层结构调查，并采用三维模式（即面积方式）布设微测井。在1km×1km网格区域，采用三维平面布点的方法，每4km2至少有4个控制点，其它区域保证每4km2有一个控制点。

在微测井解释中，突破以往寻找高速层的常规方法，将激发子波的拾取与运动学、动力学特征分析以及吸收衰减特性研究结合在一起［13］，融合提炼出近地表三步分层法，进行联合解释。从微测井原始记录中提取近地表子波特性，如振幅、频率、相位等，分析近地表速度和厚度变化情况；结合理论研究成果，量化分析Q值的变化规律；结合岩心分析结果、近地表地质剖面等，获取近地表岩性信息。

1）在初至时间和波形、能量变化的约束下，利用微测井解释结果进行初步分层（图7）；

2）结合工区表层Q值研究成果，作二次分层（图8）；

3）与岩性取心及井口附近的地质剖面作对比分析，进行最终多约束分层。

以上3步分层结果为盐岩区地震激发井深设计提供了可靠的数据。

4 基于盐岩区精细近地表分层的激发井深设计技术

盐岩区表层普遍存在衰减层，Q值一般为2～5，吸收衰减非常严重，造成地震资料的频率和信噪比低，需寻找最佳的井深、药量以及激发方式等，激发出较强能量和较高频率的地震波。其中，选择最佳激发井深和激发岩性至关重要。

在以往地震采集的常规井深设计中，一般在高速层顶界面以下1／4波长处激发［14］。但盐岩区近地表普遍存在结晶互层，其沉积类型主要有以下3种：

1）多套不同时期结晶盐岩持续沉积，内部含少量淤泥，淤泥成层性差，一般厚度相对较小；

2）淤泥层与结晶盐岩有规律地依次间隔沉积，形成交互层，一般有3～6个小层，厚度在几十米至上百米；

3）以上两种沉积方式同时出现，形成复合交互层，厚度较大，局部高达100m以上。

针对这种特殊的复杂近地表地质条件，采用了基于盐岩区精细近地表分层的激发井深设计技术，制定出新的井深设计原则。

无结晶互层时，激发井深应等于高速层顶界面深度与1／4波长及药柱长度的总和（具体井深根据现场试验确定）；

存在结晶互层时，位于第一高速层、速度反转层、低速层之下激发。如在工区中部，近地表结晶互层为第二种类型，淤泥层与结晶盐层一次间隔沉积，存在3套高速层和1套衰减层，其深度分别为15，20，25，30m，采用衰减层以下5m，井深35m处激发，提高了地震波下传能量，最大限度地减少了结晶互层对地震资料品质的影响。

5 效果分析

采用以上表层结构调查方法及相应的井深设计技术，确定了本区最佳激发井深。图9为盐岩区利用常规井深设计原则（优化前）和本文研究制定的设计原则（优化后）所采集的单炮原始记录，对比分析可以看出，后者相对前者在频率和信噪比等方面都有了显著提高，浅、中、深目的层同相轴连续性明显变好。图10为工区不同表层区域地震剖面对比图，可以看出，优化后采集的盐岩区地震资料整体信噪比较高，全区主要目的层反射信号清晰，同相轴连续性较好，第四系构造带细节特征刻画较清晰。

6 结束语

复杂盐岩区地震采集是一个全新的难题，通过表层精细调查在结晶互层区优选最佳激发井深是该区地震资料品质突破的关键。本文研究表明：

1）结晶互层对高频地震信号的屏蔽、散射以及吸收作用是该区地震资料低频现象的主要原因；

2）研究近地表吸收衰减的Q值定量分析有助于盐岩区特殊表层结构条件下的微测井资料分层解释；

3）结合微测井初至时间、波形、能量以及Q值变化进行精确分层是盐岩区表层结构调查的关键技术；

4）在表层精确分层和激发模拟分析的基础上，基于结晶互层的激发井深设计技术可以提高盐岩区地震波下传能量和地震采集资料的信噪比。

本文研究总结的表层结构调查方法及相应的井深设计技术已经在实际应用中取得了较好的效果，可在冻土层等类似地区推广应用。

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