贵州山区页岩气二维地震勘探采集技术与效果

武磊彬，吴有信，曹利民

(安徽省煤田地质局物探测量队，安徽 宿州 234000)

贵州山区页岩气二维地震勘探采集技术与效果

武磊彬，吴有信，曹利民

(安徽省煤田地质局物探测量队，安徽 宿州 234000)

在贵州山区进行页岩气地震勘探面临较多困难，地表高差较大、不同年代地层出露、碳酸盐岩分布范围大等给地震数据采集、处理带来诸多问题。根据踏勘结果，将试验点分别选在二叠系、奥陶系、志留系、寒武系出露点。单炮记录分析表明，寒武系灰岩激发单炮记录频率低，有效波能量较弱，单炮面波、线性干扰较重；二叠系与志留系激发能量强，主频较高，频带较宽；奥陶系激发能量较强，主频适中。通过不同岩性、不同井深、不同药量的激发试验，取得了合理的激发参数。区内NZ24线地质模型正演时间剖面与现场处理的地震时间剖面对比表明，该区通过试验确定的观测系统及施工参数可以获得高质量的地震数据，保障后续处理及解释取得良好效果。

页岩气；二维地震勘探；地质模型；贵州山区

0 引言

随着中国经济的快速增长，常规油气已不能满足经济发展的需要。而作为清洁能源，我国页岩气资源潜力巨大，开发前景广阔，已经引起重视。

二维地震勘探在页岩气地质调查中起到了关键的作用，但中国页岩气有利区多处于山地和丘陵等复杂地表区，如四川、贵州主要存在碳酸盐岩(灰岩、白云岩)出露问题，地层硬度大，脆性高，不利于地震弹性波的生成，对于激发能量有较强的屏蔽作用。

在这类复杂地区进行二维地震勘探需要针对区内地表条件，选择施工方式，精心试验，做好方法论证，才能保证采集效果。

1 贵州某页岩气区块概况

贵州某页岩气区块位于贵州中北部的黔北山地-高原之南，地势北高南低，地形起伏大，岩溶地貌分布较广。区内海拔最高1 500m，芙蓉江河谷的海拔最低450m，平均海拔在900m，地形起伏相对高差为200-400m(图1)。

全区多悬崖峭壁，二维地震测线平均高差达400m，很多地方坡度超过40°，部分地震测线无法直接通过(图2)。

页岩气地震勘探工作的目的层主要为寒武系牛蹄塘组中的富有机质泥页岩，平均厚度30m，另外奥陶系的五峰组和志留系的龙马溪组的黑色富有机质页岩也是本次勘探的主要目的层位。牛蹄塘组中富有机质泥页岩厚度大、分布范围广， 但埋藏较深，且埋藏深度变化较大(1 000～4 000m)；志留系龙马溪组富有机质泥页岩埋藏较浅(0～2 500m)，局部赋存，但地层厚度大，是地震勘探的另一重点目的层位。

图1 工作区地形立体图Figure 1 Relief model of working area

图2 工作区地表条件照片Figure 2 Photos of surface condition in working area

2 主要难点分析及解决措施

2.1 主要难点分析

①地表起伏剧烈，为典型的喀斯特地貌。岩性变化大，主要有松散土层覆盖区、白云岩、灰岩出露区、溶洞发育区，低降速层速度、厚度横向变化大，导致地震资料的信噪比差异大，地震激发条件较差。

②大部分地段为基岩出露区，检波器无法正常埋置。松散层覆盖区也不利于检波器的铺设，导致检波器与大地耦合效果不好，记录有效信号能量弱，背景干扰重。

③出露地层包括寒武系至侏罗系的不同年代地层，出露岩性以碳酸盐岩为主，这类地层硬度大、脆性高，既不利于地震弹性波的生成，又对地震波有较强的屏蔽作用。

④工作区内地形高差大，局部地势较陡，在地势较高处激发时，易形成侧面反射波。而且相对高差大影响检波器组合铺设，不利于干扰波的压制。

⑤工作区受多期构造运动的控制，区内褶皱和断裂发育，受其强烈挤压，地层倾角变化较大，地面断层造成的破碎带，使地震有效波能量被吸收衰减，同时产生各种源生和次生干扰波，影响数据采集质量。

2.2 解决措施

①为保证山地地震勘探施工精度的要求，测量应用了美国天宝GPS Trimble R8 GNSS，结合卫星图片，在地震测线正式施工前按照设计要求选择较佳的点位进行放样，及时绘制测线详细的地形、地貌草图，并由施工组整理后进行模拟放炮，编写单线施工设计，保证地震测线覆盖次数及采集质量。

②根据地表岩性、地形条件有针对性地选择点试验与低速带调查点位置，并对试验资料分析，对不同岩性采取不同的激发方式，并对钻井岩性进行详细的记录，为下步资料分析做好基础资料准备。炮点布置采取“五避五就”的原则(即“避高就低、避虚就实、避陡就缓、避干就湿、避危就安”)优选点位，在生产过程中遇到资料变差时，及时进行资料分析，需要进行考核点试验的立即组织技术人员现场设计试验方案，在确保野外采集资料品质。

③按照施工设计的要求，结合工区实际情况，按不同地形制定相应的检波器埋置方案。即农田、平地必须挖坑埋置，插紧在硬土上；河滩区设置沙袋安插检波器，或把大卵石刨开、换土夯实插紧；裸露岩石、水泥路面等采取贴泥饼，泥饼保持湿润。

④严格控制激发、接收、警戒等重点环节，最大程度地降低环境噪音，提高单炮资料的信噪比，选择在环境噪音干扰小的时段放炮，必要时安排夜间放炮。

⑤现场配备工作站及相应地震数据处理软件，对当天的资料及时解编并逐炮分析其能量、频谱；现场资料处理，选择合适的替换速度、参考面，做好山区静校正处理方法、参数的测试；每条处理完成后及时打印时间剖面，并与正演时间剖面对照分析现场处理效果，以监控采集质量。

3 二维地震野外采集方法

3.1 采集参数试验及确定

通过全区踏勘，试验点选择在不同年代的出露地层(图3)。通过对二叠系、奥陶系、志留系、寒武系等不同地层的单炮记录分析可知，寒武系灰岩激发单炮记录频率低，有效波均方根振幅显示能量较弱，单炮面波、线性干扰较重，说明寒武系灰岩对激发能量的屏蔽吸收较严重；二叠系与志留系激发能量强，主频较高，频带较宽；奥陶系激发能量较强，主频适中(图4、图5、图6)。

图3 试验点位置选择示意图Figure 3 A schematic diagram of test point selection

图4 不同年代地层激发单炮记录对比Figure 4 Comparison of single-shot records of strata with different ages

图5 不同年代地层激发单炮主频对比Figure 5 Comparison of single-shot master frequencies ofstrata with different ages

图6 不同年代地层激发单炮能量对比Figure 6 Comparison of single-shot energies of stratawith different ages

除在不同年代的出露地层做了激发试验以外，还在不同岩性(灰岩、页岩、砂岩)做了激发试验。

激发试验也做了井深试验与药量试验。井深试验采用药量10.0kg，分别进行井深为8、10、12、14、16、18、20m的激发效果对比试验。药量试验井深16m，分别进行药量为4.0、6.0、8.0、10.0、12.0、14.0kg的激发效果对比试验。

通过系统的点试验和微测井工作，结合试验记录固定增益、能量、信噪比、频时、时频等因素考虑综合分析，认为：

①二叠系出露区岩性较复杂，总体激发条件较好，在非灰岩出露区采用激发井深14m，激发药量为8kg；在灰岩出露区采用激发井深16m，激发药量10kg。

②志留系、奥陶系、寒武系出露区，激发条件较差，多为碳酸盐岩出露，对地震波能量屏蔽作用较强；在这类地区采用激发井深16m，激发药量为10kg。

根据以上试验结果并结合微测井解释成果，确定每条地震测线井深以及药量，对单线设计进行合理优化。

根据试验，确定地震采集参数为：观测系统6 000-20-0-20-6 000；接收道距20m；激发炮距60m；覆盖次数100次；接收道数600道；最小炮检距20m；最大炮检距6 000m。仪器型号428XL数字地震仪； 采样间隔1ms；前放增益12dB；记录长度5s；记录格式SEG-D。

3.2 二维地震采集效果分析

图7是NZ24线地质模型正演时间剖面，与现场处理的地震时间剖面(图8)对比， 现场处理地震时间剖面除了在向斜轴部受回转波干扰有效波波形紊乱以外，整条剖面有效波形态与正演时间剖面形态相似，说明现场处理流程正确、参数选择合理，能够正确地指导野外生产。

图7 NZ24线地质模型正演时间剖面Figure 7 Forward seismic profile of NZ24 line

图8 NZ24线现场处理时间剖面Figure 8 Field processing time profile of NZ24 line

4 结论

在贵州山区进行页岩气地震勘探工作，由于地震地质条件复杂，需要对工作区存在的采集难题进行认真分析研究，根据地表条件严格选择有代表性的试验点位，做好表层结构调查；针对不同岩性采用相应的成井工艺，选择对应的井深、药量，是提高资料品质的关键。

在页岩气地震勘探中，充分利用已有区域地质资料进行详细分析，建立地质模型，做模拟分析，合理选择有利的激发参数，对保障野外地震数据采集质量也是至关重要的。

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ShaleGas2DSeismicProspectingDataAcquisitionTechnologyandEffectinGuizhouMountainousArea

Wu Leibin, Wu Youxin and Cao Limin

(Geophysical Prospecting and Surveying Team, Anhui Bureau of Coal Geological Exploration, Suzhou, Anhui 234000)

The shale gas seismic prospecting in the Guizhou mountainous area has faced many difficulties: since large surface elevation differences, different age strata outcropped and large area carbonate rock distribution bring about many problems in seismic data acquisition. According to reconnaissance, put the test points on Permian, Ordovician, Silurian and Cambrian outcrops. The single-shot record analysis has shown that the Cambrian limestone single-shot record has low frequency, weak effective wave energy, heavy single-shot ground roll and linear noise; Permian and Silurian shot energy strong, master frequency higher, wave band wider; Ordovician shot energy stronger, master frequency moderate. Through shot tests of different lithology, well depths and charge quantities have acquired reasonable shot parameters. Comparison of Line NZ24 geological model forward time section and site processed seismic time section has shown that through the test determined field setup and operation parameters can acquire high quality seismic data, guarantee subsequent processing and interpretation obtain good effects.

shale gas; 2D seismic prospecting; geological model; Guizhou mountainous area

武磊彬(1975—)，男，安徽宿州人，高级工程师，从事地球物理勘探的研究与应用。

2017-08-01

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.09.14

1674-1803(2017)09-0074-05

A

责任编辑：孙常长