尼日尔A区块采集方法研究与应用.

聂明涛

(中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司，河北涿州 072751)

尼日尔A区块采集方法研究与应用.

聂明涛

(中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司，河北涿州 072751)

A区块主要油气发现位于地堑中，地震成像难度较大，常规三维采集效果不佳。为进一步改善A区块深层地震资料品质，在采集方法设计中引入了基于PSTM的宽方位观测系统设计和基于高覆盖与可控震源拆分技术的高效采集技术。结果表明，本次采集炮密度、道密度、有效覆盖密度分别是以往采集的3倍、1.5倍、4.5倍，提高了空间采样密度，使采样密度更趋均匀，有利于叠前偏移成像。处理后叠前偏移剖面信噪比有大幅提高，浅、中、深层目的层覆盖次数比以往观测系统提高了4～5倍。同时综合投入成本和叠前资料信噪比确定24L观测系统为本区最优“质价比”。未来应以获得更适合叠前偏移处理的地震数据体为标准选择观测系统。

宽方位；观测系统；PSTM；高覆盖；可控震源；拆分技术

A区块是中国石油天然气勘探开发公司 (简称CNODC)在尼日尔石油勘探的主战场，2009—2011年，A区块D断裂带探明亿吨级含油区，落实和发现了5个千万吨级油藏[1]。但是受沙漠地表吸收衰减和地下构造复杂的双重影响，再加上以往地震采集多使用传统的多台多次组合激发和窄方位角观测系统的限制，该区一直未能获取满足后期处理解释需要的地震资料。为了达到精细勘探的目的，指导井位部署，加快油气开发步伐，迫切需要获取更高精度的地震采集资料。

2013年，在新一轮地震采集方法攻关中，采用了基于高覆盖的震源拆分技术，组合检波优化，基于PSTM的高覆盖、宽方位观测系统设计等技术，在G&B项目实际应用中取得了良好效果，为下一步区域钻探、储量预测及开发提供了依据。

1 研究区特点及难点

1.1 地理概况

A区块位于尼日尔境内东南部，地处撒哈拉沙漠南缘，该区地形整体北高南低，东高西低，地面高差相对较小，海拔为290～440 m ，地表以沙丘为主，植被稀少，总体地势平坦，适合可控震源高效采集作业。

区内为典型的沙漠气候，施工期主要在8—11月份。白天温度可达50℃，夜晚最低为20℃左右，昼夜温差大。在夏季间歇性出现沙尘暴天气，影响采集，并对营地设施造成破坏。

1.2 深层地质条件

A区块位于T盆地北部。T盆地经历早白垩世、古近纪—新近纪两期裂陷活动，形成了8个构造单元。

T盆地在早白垩世为陆相箕状断陷，晚白垩世坳陷期大规模海侵，发育海相碎屑岩和碳酸盐岩，古近纪—新近纪发育第二次陆相裂谷。D地堑和M斜坡是 A区块的主体构造单元，先前油气发现主要位于D地堑，经历多期构造运动，断裂复杂，断块发育，构造破碎，反射波路径严重扭曲，甚至可能存在大量反射空白区，地震成像难度较大。

1.3 勘探技术难点

本区主要存在以下技术与施工难题：

(1)地下构造复杂，反射波成像条件差。主要油气目标区多位于裂谷盆地的地堑单元，构造复杂，地震成像难度较大。

(2)地表沙丘起伏较大且砂质松软，对地震波产生强烈的吸收和衰减，且次生干扰发育，影响激发和接收效果，单炮资料信噪比低。

(3)以往的三维观测系统参数属于常规三维，影响复杂构造部位的成像效果。

2 技术对策

2.1 基于高覆盖的震源拆分技术

据Malcom Lansely的研究结果：可控震源的信噪比与震源台次、驱动幅度、扫描长度等的关系如下：

S/N=20lg{NVIBSFGF(NSWPSLSWPLENG)1/2}

(1)

式中NVIBS——震源台数；FGF——驱动幅度；NSWPS——每台震源扫描次数；LSWPLENG——扫描长度。

因此，国际上有些地球物理承包商采用单台大吨位震源(6～9万磅)、增大扫描长度(50 s)、加密炮点等方式进行地震勘探作业。但在追求高品质地震资料的同时，也需要兼顾成本，增加扫描长度时地震波能量有所增强，但同时降低了交替扫描的采集时效，而增加扫描次数更不符合高效采集技术应用条件。综合考虑，交替或滑动组合扫描成为震源施工的首选，通过组合扫描可以增强穿过沙层的一次性穿透能量，提高地震波的下传能量。在满足勘探任务和提高施工效率的前提下，合理选择组合台次，提高下传激发能量[2]。

以往A区块地震勘探多采用5台×1/2次激发，生产效率很低。根据偏移技术对空间采样的要求，增加空间上的采样密度会使成像效果得到提升。经分析，采用目前主流的可控震源勘探高炮密度采集技术，考虑到沙漠对能量的强吸收，为保证中深层有效反射能量，采用两台震源组合激发[3]。

图1是该区采集的2台×1次25m炮点距与5台×1次50m炮点距叠前时间偏移剖面。

2×1次台震源采集的单炮信噪比较5台×1次稍低，但是成果剖面差异不大(图1)，两者对主要反射层位尤其是深层反射均有显示，且前者保真度和分辨率都更高一些，更有利于地质细节的刻画，说明2台震源的能量可以穿透深层目的层达到有效反射。若提高覆盖次数，信噪比将会得到大幅改善，这为在本区采用少台次高效采集提供了依据[4]。

2.2 接收因素

检波组合的目的是根据统计效应来压制面波，利用面波与有效波在传播方向上的差异来提高资料的信噪比[5]。组合接收一般能更好地压制干扰，提高信噪比，但是由于有效波和干扰波的频率交互在一起，组合检波在压制噪声的同时也损失了相应频率范围内的有效信息。这就需要根据不同地区干扰波发育情况采用适合该区的组合检波方式[6]，不能为了增加单炮信噪比而盲目选择多组合接收，这不仅增加野外放线作业工作量，也无法获得频率范围更宽的地震采集资料，与主流高效采集配套方案发展方向相悖[7]。图2是在该区开展2串与1串组合接收的效果对比试验。

图1 不同激发因素的PSTM剖面图Fig.1 PSTM profiles of different excitation factors

图2 1串检波器与2串检波器接收剖面效果对比图Fig.2 A series of detectors and two series of detectors to receive cross-section comparison chart

由图2可见，在激发参数相同的情况下，1串检波器组合的剖面效果与2串检波器组合的剖面效果基本相当，且 1串接收剖面局部能量和连续性更优。综合考虑施工效率和成本，项目采用1串检波器接收。

2.3 基于PSTM的观测系统设计

为了满足日益丰富和完善的叠前偏移方法要求，地震采集的空间采样密度朝着两个方向发展：一个向高炮密度方向发展，一个向高道密度方向发展。炮密度和道密度都很高时资料效果最理想，但勘探成本会很高，在野外采集观测系统设计时必须有所取舍。高炮密度观测适合积分类叠前偏移，高道密度的野外采集资料可通过差分类叠前深度偏移获得高精度的偏移成像结果。为了提高积分类叠前偏移成像效果，目前普遍采用的做法是适当降低原始单炮信噪比，大幅度提高炮点的空间采样密度，改善三维数据体的属性，为积分偏移成像创建一个较好的初始条件，资料信噪比问题最终通过高覆盖解决[8-10]。

叠前偏移对观测系统有着较强的依赖性,属性好的观测系统可以有效提高叠前偏移成像效果。常规三维观测系统设计的主要目的是得到规则采样的叠加数据体，能够用叠后偏移进行成像。叠前偏移成像对地震观测系统提出了更高的要求，基于叠前偏移成像要求设计观测系统,对充分发挥叠前偏移技术优势、提高地震成像精度具有重要意义[11-12]。

PSTM信噪比一定程度上反映了叠前偏移成像质量，叠前偏移剖面信噪比公式为：

(2)

式中Rm——叠前偏移剖面信噪比；R0——原始资料信噪比；D——覆盖密度；RI——道距；SI——炮点距。

(3)

式中SLI——炮线距；NRT——单线接收道数；NRLn——接收线数。

由公式可知，观测系统的覆盖密度决定了叠前偏移剖面的信噪比。有效覆盖密度由偏移孔径内接收道数和炮密度决定。

表1为本研究采集方法与以往三维采集参数对比。对比可见，本次采集在覆盖次数、总接收道数、炮道密度方面都大幅增加，炮密度是以往采集的3倍，道密度是以往采集的1.5倍，有效覆盖密度是以往采集的4.5倍，提高了空间采样密度，同时也使采样密度更趋均匀，有利于叠前偏移成像。

根据式(1)至式(3)可得出表2的计算结果。

图3、图4 所示为以往三维采集与本次研究攻关采集方案的观测系统属性对比分析。综合表2、图3、图4结果可见，本研究采集方法叠前偏移剖面信噪比有大幅提高，观测系统对浅、中、深层目的层覆盖次数比以往观测系统提高了4～5倍。

表1 本研究采集方法与以往三维采集参数对比表

表2 本研究与以往采集方法PSTM信噪比定量计算对比表

图3 观测系统属性对比图Fig.3 Comparison of observation system properties

图4 不同目的层有效覆盖次数分布图Fig.4 Distribution of effective coverage times for different layers

3 应用效果

3.1 宽方位试验效果

为对比30 L宽方位(横纵比0.83)观测系统与24 L(横纵比0.66)观测系统采集资料的差异，在工区部署宽方位三维地震采集试验区域。试验区深层目标相对较浅(3000 m)，两个观测系统在目的层横纵比为1，实现了全方位观测。两种观测系统PSTM剖面效果对比分析可见，30 L观测系统在中深层成像效果稍好于24 L，但差异并不明显(图5)。综合投入成本和叠前资料信噪比确定24 L观测系统已经达到最优“质价比”。

图5 宽方位三维地震采集结果对比图Fig.5 Wide azimuth 3D seismic acquisition results comparison chart注：红线代表目的层段主要差异对比窗口。

3.2 生产采集效果

通过本次叠前(图6c)、叠后(图6b)剖面效果对比，以及叠后剖面(图6c)与以往成果资料(图6a)对比可得出：适合叠前偏移的数据体不一定适合做叠后偏移(水平叠加)，最终叠前偏移剖面效果才是采集资料优劣的有力证据。因此，不要以原始单炮资料的信噪比或水平叠加剖面的优劣来评价野外地震采集资料的品质。

图6 不同处理时间及处理方法的地震剖面效果对比图Fig.6 Comparison of seismic profiles with different treatment times and treatment methods

本次三维地震勘探在激发、接收和观测系统等方面较以往采集方法都有大幅改进，A区块剖面成像质量有了较大幅度的提高，PSTM剖面深层目的层同相轴更连续、断块结构特征清楚；中浅层地层接触关系更明确、构造刻画清晰、地层产状特征明显。

4 结论

(1)可控震源拆分技术在本区有一定效果，资料品质得到很大改善，证明了基于高覆盖的震源拆分技术在本区是可行的。

(2)随着去噪技术的提高，原始资料的宽频相对于高信噪比对后期处理更为重要，所以地震采集过程中不能盲目追求组合检波所带来的单炮高信噪比。

(3)宽方位观测系统有效改善资料剖面品质，但野外采集方法设计时需要综合考虑获取高品质地震资料和勘探成本投入两方面的因素，寻求最优“质价比”。

(4)PSTM处理是当前主流处理手段，地震采集方法设计时需要从叠前偏移的角度出发，以能获得更适合叠前偏移处理的地震数据体为标准选择观测系统。

(5)单炮资料信噪比的高低不再是衡量采集资料优劣的唯一标准，最终的叠前偏移剖面效果才是采集方法成功与否的有效评价标准。

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Acquisition Research and Application of Block A in Niger

Nie Mingtao

(BureauofGeophysicalProspectingInc.,CNPC,Zhuozhou,Hebei072751,China)

Block A major oil and gas discoveries are located in the graben, seismic imaging is more difficult, the conventional three-dimensional acquisition of poor results. To further improve the quality of deep seismic data in Block A, the wide azimuth observation system based on PSTM and the high efficiency acquisition technology based on high coverage and controllable vibrator are introduced in the design of acquisition method. The results show that the density, channel density and effective coverage density are three times, 1.5 times, 4.5 times,and the spatial sampling density is improved and the sampling density is more uniform, which is favorable for prestack migration imaging. The SNR of pre-stack migration profile is greatly improved, and the coverage of shallow, middle and deep target layers is increased by 4～5 times compared with the previous observation system. While the 24L observation system is the best "quality price ratio" in this area. The input cost and the pre-stack data SNR are determined. In the future, the observing system should be selected as the standard to obtain the seismic data volume which is more suitable for pre-stack migration.

wide azimuth; observation system; PSTM; high coverage; vibrator; resolution technique

聂明涛(1983—)，男，工程师，主要从事石油地震采集资料现场质控和采集方法研究工作。邮箱：niemingtao@cnpc.com.cn.

TE122

A