火成岩干扰对地震资料信噪比影响的研究

孙雨轩　孙晋玉

摘 要：该研究综合运用复杂地表、近地表分析技术，火成岩屏蔽分析技术等，以高邮凹陷GD地区三维地震采集项目为依托，分析了地表、近地表条件对地震资料信噪比的影响，找出了近地表火成岩干扰是该区地震资料信噪比低的主要原因，进而开展了针对性研究，形成提高地震信噪比技术思路与对策，实现明显改善低信噪比地区地震资料品质的目的。

关键词：高邮凹陷；地震资料信噪比；火成岩干扰；大基距组合

1 概述

地震资料信噪比低是地震勘探急需解决的问题。一般来说，造成地震资料信噪比低的原因主要有两个方面：即复杂地表和近地表条件。复杂地表、近地表主要有：崎岖沙漠地表、崎岖黄土塬地表、崎岖盆地边缘和山前地带、火山灰和孔洞碳酸盐岩地表、复杂近地表低速带、近地表火成岩高速层屏蔽、密集村镇和浅滩水网地表等。不同类型的复杂地表、近地表对地震激发接收、资料信噪比，地震噪音类型等影响是不同的，因而对地震采集和处理技术要求也不同。高邮凹陷是苏北盆地勘探程度较高的含油气凹陷，近年的勘探对象逐渐向低信噪比地震资料区及深凹带岩性圈闭发展。文章依托GD地区三维地震采集项目，对低信噪比地震资料形成的原因进行了解剖析和对策研究。

2 高邮凹陷GD地区地质概况

高邮凹陷GD三维工区位于构造高带，应力作用强，断层发育，构造破碎，地下地质结构比较复杂。火成岩发育分布较广，产生的多次波能量强，对有效反射产生的强干扰，影响了复杂断块构造的成像。特别是层间多次波的速度，接近一次波的速度，对反射波的干扰影响特别大，最终导致地震资料信噪比比较低。

3 GD地区低信噪比地震资料分析

3.1 近地表火成岩发育影响了地震资料的信噪比

高邮凹陷勘探至今，三维地震覆盖了大部分地区，并完成了连片处理。工区内局部有地表和近地表火成岩的分布，造成近地表岩性变化剧烈，单炮激发能量的不一致性；同时由于近地表存在着高速层，不仅产生严重的多次折射，干扰波能量强，还具有强的吸收屏蔽作用，使中深层目的层反射信号弱，单炮质量差严重影响了地震资料的品质。工区内4口井钻遇火成岩，其中三口井都在100m左右钻遇火成岩，另一口井60m左右钻遇火成岩；另外从老地震资料的单炮记录上的高速折射波也可以发现地表、近地表火成岩的发育情况；从地震剖面上看，浅地表火成岩发育区的资料信噪比与周边资料存在明显的分界线，并且由于近地表火成岩的干扰，使得地震剖面浅层反射杂乱，影响了下部地层的地震反射成像。

3.2 近地表火成岩对地震资料影响程度分析

研究地震波在火成岩下的传播特征、分析火成岩对地震波场的影响是火成岩发育区采集方法研究的基础。首先通过分析透射能量来研究高速地层对地震波的屏蔽作用。其次研究火成岩发育区地震散射波产生的原理：火成岩与下覆地层之间的接触面为一强反射界面，从深层来的反射波遇到该界面后会产生散射，使得部分从深层来的反射波又返回到深层，减少了地面接收到的有效地震波能量，造成了下覆反射资料信噪比降低（图1）。

在近地表火成岩发育区，火成岩对下部地层的地震成像影响严重。在地震激发过程中，近地表火成岩不但是一个能量屏蔽层，而且还对地震信号产生畸变干扰和大量散射，导致下传能量减弱及地震波波场复杂，造成地震反射能量弱、地震资料信噪比低，难以有效地进行圈闭识别和构造解释，严重地影响了火成岩发育区的油气勘探。

以上研究表明，火成岩发育区，往往是地震资料低信噪比区。例如，在江苏探区金湖凹陷的BT地区、高邮凹陷的DY、CA地区以及XW探区发育有浅、中层多套火成岩，造成了地震资料的“低分辨率、低信噪比和低连续性”特点，严重制约了这些地区油气勘探发现进程。

4 近地表火成岩地震采集研究

4.1 近地表火成岩分布调查研究

4.1.1 采用瞬变电磁法。瞬变电磁法就是利用线圈或电极观测断电后的涡流场（称为“二次场”）的时间特性，以研究地下的电性结构情况，达到地质勘探的目的。它具有探测深度大、位置分辨率高；测深分辨率高、不受接地电阻影响等优点，特别适合高阻覆盖地区进行探测，研究浅层至中深度的地电结构。在全工区利用小折射和微测井进行近地表结构普查的基础上，在近地表火成岩发育区根据瞬变电磁法的调查结果，在微测井可探测深度内进行微测井加密，确定近地表火成岩（微测井可探测深度内）的厚度、深度。对瞬变电磁法勘测深度数据进行了一维反演，反演结果可以看出瞬变电磁法的勘测深度可以达到300m，反演结果没发现高阻地层。瞬变电磁法试验结论是：勘探深度可以满足我们要求的300m，但是由于火成岩属于高阻岩层，而瞬变电磁法勘探对高阻反映不如低阻的敏感，高阻分辨率较低，因此难以满足调查火成岩分布范围和埋深的要求。

4.1.2 采用微测井调查法。基于瞬变电磁法试验结论，调整了火成岩调查方法，采用以微测井调查方法为主，辅以工区内钻井、测井资料以及老资料的单炮折射位置和时间来确定工区火成岩分布和埋深。在近地表火成岩发育区，布设较密测网（0.5km×0.5km）进行微测井调查。分析近地表火成岩（近地表结构）调查资料，本区低降速带较为稳定，基本在5m左右进入高速层，高速层速度2000～3000m/s之间；主要岩性胶泥（0～25m左右）、蚀变泥岩（20～50m之间），局部发育近地表火成岩，埋深在20～50m之间。火成岩经地质研究切片鉴定为辉绿岩、玄武岩；蚀变泥岩含砾泥岩和泥质砂砾岩，激发岩性较差。最后根据微测井调查结果，勾画出50m深度以内的近地表火成岩发育区域，为下步试验奠定了基础。

4.2 火成岩发育区激发技术研究

4.2.1 大基距组合激发技术。组合井激发由于其能通过一定的组合面压制干扰，提高资料信噪比，已经得到了普遍认可。平面波理论认为，入射波能量分别分配在反射界面产生的反射纵波、横波及透射纵波和横波上。反射纵波系数和透射纵波系数是由界面上下介质的速度、密度以及入射波的入射角决定的，界面上下介质的阻抗差越大，反射纵波系数就越大，而透射纵波系数就越小，火成岩与围岩阻抗差较大，因此造成透射波能量弱。而大基距组合井激发时，其波阵面接近平面波前，此时入射角较小，接近于垂直入射，而垂直入射透射能量最强，因此大基距组合井能够激发出能量较强的地震波。

4.2.2 火成岩发育区的激发试验。根据大基距组合激发技术理论和火成岩模拟模型激发结论，在近地表火成岩调查的基础上，开展针对火成岩的激发试验；对工区内的主要激发岩性进行试验，指导野外井深（图2）。

4.2.3 激发试验资料分析。试验点一，激发岩性是胶泥，近地表火成岩不发育。从单炮对比、固定增益显示以及单炮分频扫描对比来看，胶泥激发能量好，8kg药量激发的资料比6kg激发的资料稍好，井深的变化对资料基本没有影响。试验点二，主要是进行胶泥、蚀变泥岩的激发岩性对比。从单炮对比、固定增益显示以及单炮分频扫描对比来看，胶泥激发能量比在蚀变泥岩中激发能量好，井深的变化对资料基本没有影响。试验点三，主要是在近地表火成岩发育区，进行火成岩上、中、下的激发试验和大基距组合井试验。

4.2.4 火成岩上、岩中、岩下激发试验资料分析。首先，分析火成岩下激发的资料，从单炮对比、单炮分频扫描对比来看火成岩岩下激发资料激发能量较岩中激发强，但仍不理想，目的层反射不清楚、连续；其次，分析岩中激发的资料，随着药量的增加能量逐渐加强，但火成岩中激发的资料整体较差，基本看不到反射；第三，分析岩上激发的资料，岩上激发岩性是胶泥，因此激发效果较好，能够见到反射但不太清楚。对比岩上激发、岩中激发和岩下激发的单炮，发现岩上激发的效果相对较好，反射较为清楚；频谱分析，火成岩上、岩中、岩下激发频宽基本相当，岩中、岩下激发振幅值较低，岩上激发低频振幅值较高；说明岩上激发低频能量强，有利于激发能量穿透火成岩，传递到火成岩下；从单井能量分析来看，岩下激发能量强于岩中激发，但弱于岩上激发（图3）。

因此，对于近地表火成岩发育区，能打穿火成岩越深越好，当存在多套火成岩无法打穿时，优选激发岩性尤为重要。

4.2.5 大基距组合井激发试验资料分析。对比火成岩岩上激发单井和大基距组合井激发的单炮，可以发现，大基距组合井激发效果好；其中9井组合的激发效果最好，地震反射较为清晰连续，在3井、5井组合的单炮上也能见到较为清楚的地震反射，但5井组合效果比3井组合好。前面大基距组合激发的理论已经阐明较多的组合井数或较大的组合可以得到能量更加聚焦的波束，大基距组合激发试验结论与此相符。火成岩区采用了大基距组合9井激发。我们把大基距9井组合激发的单炮和同点的新老单井生产炮资料进行了对比，可以看出大基距组合激发的单炮能量强，信噪比高，主要目的层段（1000～1600m/s）反射清楚；频谱分析：大基距组合井单炮振幅强，尤其是低频振幅强，有利于穿透火成岩。因此激发试验点结论如下：激发岩性胶泥效果最好；火成岩下（火成岩下5m）激发能量强，火成岩中及火成岩附近（火成岩下3m）激发能量较弱；当存在多套火成岩无法打穿时，优选激发岩性尤为重要；大基距组合井穿越火成岩能量强，效果最好。因此选择在近地表火成岩发育区采用大基距9井组合，同时优选岩性胶泥激发。

5 地震采集研究结果分析

5.1 单炮资料分析

单炮品质分析，新采集资料单炮品质较老资料有较大的提高。新采集的单炮目的层反射比老资料清楚，连续性好；特别是在近地表火成岩发育区，老资料单炮基本看不到地震反射，新采集的单炮能够见到目的层反射，并且主频和频宽都比老单炮高。另外，新采集的单炮背景较干净，干扰少。从单炮信噪比分析来看，由于大基距组合井的运用，近地表火成岩发育区的单炮能量较强，单炮振幅值在2.2以上，其余单炮振幅值也在1.0以上；近地表火成岩发育区的单炮信噪比在1.1左右，近地表火成岩发育区外的单炮信噪比达到1.3左右（图4）。

5.2 剖面分析

对叠加剖面进行信噪比分析，近地表火成岩发育区资料信噪比基本在1.1以上，近地表火成岩发育区外的资料信噪比达到了1.4以上。从新老剖面对比来看，主要目的层的有效反射信息更加丰富，断层、 断点也更加清晰，信噪比整体提高；构造格局清楚，浅中深地震反射信噪比较高，目的层反射连续性好；主要表现为：主要目的层T30、T33反射波组特征得到加强，上下断裂系统结构更加清楚，断面特征得到改进（图5）。特别在近地表火成岩发育区的地震资料信噪比比老资料有较大的提高，目的层反射较为清晰、连续，资料品质改善很大；说明本研究取得了较好的地质效果。

6 结束语

江苏高邮凹陷GD地区是比较典型的地震资料低信噪比地区。通过对该地区低信噪比地震资料形成的原因分析及对策研究，对提高该地区的地震资料信噪比有以下几点认识：通过对低信噪比地区的钻井、测井和地震资料的分析研究，分析低信噪比地震资料形成的原因，开展针对性的采集技术研究。以加密微测井为核心，结合钻井、测井资料以及老资料的单炮折射进行近地表火成岩的分布调查，是目前比较简便又有效的手段；通过大基距组合激发来提高激发能量，穿透火成岩的能力取得了较好效果，为后续资料处理提供了更丰富原始资料。

参考文献

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作者简介：孙雨轩，男，硕士研究生，主要从事石油地质开发与勘探的研究。