高密度宽方位地震采集技术在四川盆地内江—大足区块页岩气勘探中的应用

邱 健 郑马嘉 安 辉 黄 平 杨梦薇

中国石油西南威远东页岩气作业分公司

四川盆地内江—大足区块是中国石油天然气集团公司与英国碧辟勘探中国有限公司合作勘探的页岩气区块。该区块目的层志留系下统龙马溪组埋藏较深（3 500～4 200 m），已有地震资料的观测系统覆盖次数较低，最大炮检距较小，难以满足深层海相页岩气勘探的要求，存在以下3大问题：①方位角窄、地震资料的纵横向分辨率不够，目的层段难以开展叠前裂缝预测研究；②断裂归位不准，影响优质页岩靶体的钻遇率；③深度预测不准确，难以利用地震资料对水平井靶体进行精细描述，影响水平井的准确入靶。因此，2016年在该区块实施了高密度宽方位三维地震采集，获得了具有方位角信息的道集资料，有利于叠前反演，使裂缝预测、提取地层速度和各向异性参数成为可能，为页岩气勘探开发提供了更加准确、可靠的基础资料。

1 高密度宽方位地震采集定义

1.1 高密度地震采集

高密度地震采集技术就是指炮点密度和接收点密度大幅提高的油气勘探技术[1]。其野外采集使用单个数字检波器单点接收，然后在室内处理时进行组合。其采集、处理和解释各环节都采用了当今最先进实用的技术，具有覆盖次数高、采集面元小、炮检距分布均匀等特点，是一个系统工程。衡量三维地震是否为高密度的主要参数是道密度（道密度=面元个数/km2×覆盖次数），当道密度达到常规三维地震勘探的4倍以上时就可以称为高密度三维地震勘探。

高密度地震勘探在野外实行高密度空间采样，采用单点接收、小面元观测，同时对各种干扰波和有效波进行高密度采样，避免采集过程中因对付噪声而使有效信号受到损害，并避免野外组合接收对有效高频信息的损坏，较好地保护了高频信息，保证了反射信号的原始性和丰富性，室内利用不同的组合方式来提高信噪比和分辨率，以满足不同的地质目标要求[1]。

高密度采集和常规采集最大的不同是野外不压制干扰波，实行对干扰波和有效波的无损采样。高密度采集资料具有较高的信噪比、分辨率和保真度，是解决页岩气精细勘探的有效手段。

1.2 宽方位地震采集

三维地震采集基本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称为纵横比，当纵横比大于0.5时为宽方位地震勘探，当纵横比小于0.5时为窄方位地震勘探。宽方位地震采集的目的是获取观测方位、炮检距和覆盖次数尽可能分布均匀的三维地震数据体[2]。通常通过增加接收线数和增大接收排列来实现。但这种采集方式的成本也较高。与窄方位角采集相比，宽方位采集在各向异性介质条件下，振幅随炮检距和方位角变化明显，在改善地下地质体照明度、衰减相干噪声和多次波、改善速度分析精度和成像效果以及裂缝预测等方面具有诸多优势[3]。

2 区块概况

内江—大足三维地震区块位于四川盆地川中隆起带自流井凹陷东北边缘与威远—龙女寺隆起南缘交汇带，是川中平缓构造区的一部分，为西南高、东北低的平缓大单斜。志留系下统龙马溪组优质页岩埋深介于3 500～4 200 m，相对较深。地表出露岩性主要为侏罗系沙溪庙组上段砂泥岩，东北角分布少量侏罗系遂宁组泥岩夹砂岩，激发接收条件较好。

自1982年至2012年，在自贡、内江、大足一带共实施了多轮二维地震勘探。2013年9月，该区块威206井于井深3 826.0 m（奥陶系宝塔组）完钻，对龙马溪组优质页岩进行水力压裂后，获气0.58×104m3/d，证实了龙马溪组具有较好的页岩气资源。

3 地震老资料分析

对2006年采集的覆盖内江—大足区块二维地震资料分析认为，原始资料信噪比高，主频在45 Hz左右，反射信号清楚，资料品质较好。主要噪声类型为面波、异常振幅及交流电干扰，其中强面波干扰是影响资料品质的重要因素（图1）。

区内构造相对简单，地层平缓，呈现南高北低的单斜构造格局，断层不发育，仅在三维工区的南部发育一条延伸较远、断距较大的断层。

4 观测系统设计的原则及方法

4.1 设计原则

根据区块构造特点、目的层埋深和地质任务，在进行观测系统设计时，首先考虑面元、覆盖次数及均匀性、炮检距和方位角的分布等。

4.2 以往采集参数分析

工区及相邻区块以往地震采集覆盖次数较低（40～60次），最大偏移距较小。2005年在邻区完成的荷包场三维地震覆盖次数也较低，由于当时的目的层主要针对三叠系须家河组和嘉陵江组，最大偏移距的设计均不能满足龙马溪组页岩气勘探需要。

4.3 关键参数设计

三维地震采集参数设计，首先要基于表层结构数据及地下地质构造等信息，从面元、最大炮检距、覆盖次数等方面进行论证，同时应考虑成本因素，重点从道间距、覆盖次数、井深和药量等方面进行优化。

4.3.1 面元

面元的确定主要考虑满足最高无混叠频率法则和横向分辨率的要求，各论证点面元论证参数表见表1。

综合考虑，本轮地震勘探目的层面元大小应小于34 m。

4.3.2 覆盖次数

页岩气藏裂缝预测是地震勘探的一项重要任务，裂缝检测需要对三维数据体进行叠前分方位处理，方位角的划分依据工区裂缝发育组系的多少，要保证每个方位角内的成像品质基本一致，除要求三维观测系统必须保证是宽方位外，还要求每个方位角内的覆盖次数至少达到15次。因此本轮三维地震覆盖次数至少在180次以上。

4.3.3 最大炮检距

最大炮检距是页岩气地震观测系统设计中最重要的一个接收参数，其与目的层埋深、动校拉伸、速度分析精度、反射系数等都有关系。

综合对最大炮检距的分析（表2），设计最大炮检距在5 000 m左右。

图1 威东—王家场2006WW50线叠加剖面图

表1 面元尺寸理论计算表

表2 最大炮检距选择的影响因素一览表

5 观测系统参数

针对该区地震、地质条件，结合对前期采集方案和资料的分析，在观测系统设计时采用较小面元，以提高纵横向分辨率，确保小断层识别精度；采用较宽的方位和较高的覆盖次数，以满足分方位处理要求，利于进行各向异性研究；同时考虑共中心点面元覆盖次数均匀稳定，并从激发参数、接收参数以及观测系统3方面进行优化设计。

因此，野外采集设计了束状正交规则18线14炮252道观测系统，观测系统面元20 m，总覆盖次数324次（表3）。

同以前三维观测系统相比，本次观测系统有3方面的优点： ①覆盖次数及炮道密度高，保证处理资料的信噪比，有利于开展构造精细研究；②较小的面元尺寸，有利于提高目标地质体的分辨精度；③全方位观测，有利于开展裂缝预测研究。

表3 三维地震观测系统参数一览表

6 高密度宽方位三维地震采集

图2 微测井调查低速层速度分布图

高密度宽方位三维地震采集的高效实施首先要做好精细表层结构调查，优化激发、接收参数。

6.1 表层结构调查

通过表层结构调查，确定低速层厚度，确保在高速层以下的最佳岩性中激发，取得最佳资料。表层结构调查工作以微测井为主，同时结合岩性录井的方法进行。微测井井点采用不均匀布置原则，在地表复杂区加密，在地表简单区域适当抽稀。

通过模型建立，获得了工区低速层的厚度和速度图。图2是低速层速度分布图，可见工区南部的低速层速度偏高，介于700～900 m/s；工区北部，低速层速度略低，介于600～800 m/s，岩性都属于表土层。

图3是速度低于1 700 m/s的地层厚度分布图，工区北部区，速度低于1 700 m/s地层厚度普遍在5m以内；工区南部区，速度低于1 700 m/s地层厚度普遍介于3～7 m，部分区域达到11 m。

6.2 激发、接收参数试验

地震波在传播过程中，由于地层的吸收衰减、波场的发散等会对保真度造成影响外，激发因素和接收因素也是影响保真度的重要因素。所以在采集时应选择合适的激发药量和井深，并且采样间隔不能过大，否则会导致信号的频谱发生畸变，最终影响地震资料的保真度。在保证一定信噪比的前提下尽量减少药量，以拓宽地震波的频带，确保地震资料有较高的信噪比和分辨率。

井深变化对主频的影响非常明显。理论上激发点在强波阻抗界面下1/4的低速带波长处时，虚反射与有效波同相叠加能够产生振幅与频率较高的子波。由于低速带波长难以精确确定，激发井深要根据地质任务并通过试验来确定[4-7]。

通过对试验资料的分析认为，试验资料能量适中，同相轴连续性好，资料品质较高，最终采用井深8 m、药量2 kg的激发参数。

通过单炮及分频扫描，对比GTDS-10H和20DX-10检波器效果，认为GTDS-10H检波器对拓宽频带、提高分辨率效果明显，最终采用GTDS-10H单点检波器进行采集。

图3 速度低于1 700 m/s对应地层厚度分布图

6.3 施工参数

通过试验最终确定了激发接收等施工参数。

激发方式：单井激发；

激发井深： 8 m；

激发药量：2 kg；

炸药类型：高能乳化炸药；

检波器型号：GT DS-10H；

组合方式：单点；

仪器型号：Sercel 428XL数字地震仪；

记录格式：SEG-D；

采样率：2 ms；

记录长度：6 s；

低截频：3 Hz，

高截频：400 Hz。

6.4 采集施工时效

该项目共投入GT DS-10H检波器10 000道、采集站12 400道，实际生产24 d，日均1 058.89炮。

6.5 现场实时质量控制

高密度三维地震勘探采用高效激发必然产生海量地震数据，大幅提高的生产日效和剧增的海量数据对传统的质量监控方法提出了挑战。

针对高效采集的实际要求，质量监控要实现观念上的突破，不以单炮记录论成败，保证激发、接收、传输、数据记录等过程中设备状况处于受控状态，不再强调一般噪声的警戒，避免记录的回放、高抽样密度的频率扫描监控等，这样才能从根本上保证质量的高效生产[8-9]。现场质量控制要实现3个转变；①从监控结果向监控过程转变；②从日检一次设备向实时检测设备状态转变；③从人工指挥生产向自动化生产转变。在质量控制上，由于放炮速度快、接收排列多，利用仪器车回放监视记录进行实时质量监控已经无法实现[10-11]。

利用e-SQC pro及川庆物探公司开发的SeisAQC软件同时对采集资料进行实时监控，确保了单炮能量及炮检关系正确。

6.6 采集质量分析

6.6.1 新老单炮对比

选取三维地震炮点50321225.2与2006WW 51线1485.5炮点的单炮数据进行对比（图4）。可见新采集资料同相轴连续，频带有所拓宽，10～80 Hz均能见到有效反射。

6.6.2 剖面对比

选取三维地震Inline240线与工区内2006WW 56线叠加剖面和做对比（图5）。可见本轮新采集三维剖面信噪比及分辨率较老资料更高，构造细节刻画更清楚，层间信息更丰富。

7 结论与认识

1）高密度勘探技术采用小面元，提高了空间采样率，减少了空间假频，同时高覆盖次数有利于压制噪声，因而具有进一步提高分辨率和改善信噪比的能力[12]。

2）通过高密度宽方位地震技术可以获得高品质的地震资料，对寻找“甜点”区，改善勘探开发效果，以及指导水平井钻井及压裂改造，具有重要的现实意义。

3）从本轮单炮资料来看，能量适中，信噪比较高，频带4～80 Hz都可见到有效反射信息，证明本次采用井深8 m、2 kg药量的激发参数合适，能够满足本次页岩气勘探的地质任务。

4）在保证获得高品质地震资料采集方案的前提下，页岩气地震勘探开发采集参数应尽量节约成本，重点考虑道间距、覆盖次数、井深和药量等方面的优化。

图4 新老三维地震单炮分频扫描对比图

图5 2016Inline240与2006WW56线叠加剖面对比图

[ 1 ]唐东磊, 张慕刚, 汪长辉, 夏建军, 于宝利. 高密度地震采集技术[C]//中国油气论坛2012-地球物理勘探技术专题研讨会论文集. 北京： 中国石油学会, 2012.Tang Donglei, Zhang Mugang, Wang Changhui, Xia Jianjun &Yu Baoli. High-Density Seismic Acquisition Technology[C]//2012 China Oil & Gas Forum - Geophysical Prospecting Technology Seminar. Beijing： Chinese Petroleum Society, 2012.

[ 2 ]刘依谋, 印兴耀, 张三元, 吴国忱, 陶夏妍. 宽方位地震勘探技术新进展[J]. 石油地球物理勘探, 2014, 49(3)： 596-610 Liu Yimou, Yin Xingyao, Zhang Sanyuan, Wu Guochen & Tao Xiayan. Recent advances in wide-azimuth seismic exploration[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2014, 49(3)： 596-610.

[ 3 ]田梦, 张梅生, 万传彪, 李占林, 王世清, 刘冰. 宽方位角地震勘探与常规地震勘探对比研究[J]. 大庆石油地质与开发,2007, 26(6)： 138-142.Tian Meng, Zhang Meisheng, Wan Chuanbiao, Li Zhanlin,Wang Shiqing & Liu Bing. Contrast research between wide azimuth seismic prospecting and conventional seismic prospection[J]. Petroleum Geology & Oilf i eld Development in Daqing,2007, 26(6)： 138-142.

[ 4 ]石双虎, 魏铁, 张翊孟, 汪长辉, 郭振兴. 页岩气地震勘探资料采集方案[J]. 非常规油气, 2016, 3(1)： 1-6.Shi Shuanghu, Wei Tie, Zhang Yimeng, Wang Changhui & Guo Zhenxing. On Seismic acquisition proposal for shale gas exploration and development[J]. Unconventional Oil & Gas, 2016,3(1)： 1-6.

[ 5 ]李庆忠, 威继东. 高密度地震采集中组合效应对高频截止频率的影响[J]. 石油地球物理勘探, 2007, 42(4)： 363-369 Li Qingzhong & Wei Jidong. Inf l uence of array effect on cutoff frequency of high frequency in high-density seismic acquisition[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2007, 42(4)： 363-369.

[ 6 ]翟桐立, 张洪军, 祝文亮, 曹民强, 卢刚臣, 王仁康, 等. 全方位高密度单点接收地震采集技术[J]. 石油学报, 2016,37(增刊 2)： 56-63.Zhai Tongli, Zhang Hongjun, Zhu Wenliang, Cao Minqiang, Lu Gangchen, Wang Renkang, et al. Full-azimuth high-density single-point receiving technology for seismic acquisition[J]. Acta Petrolei Sinica, 2016, 37(S2)： 56-63.

[ 7 ]胡永贵, 王梅生, 李培民. 高密度地震勘探现状与需求[C]//2007西安·物探装备技术研讨会论文集. 西安： 中国石油学会, 2007.Hu Yonggui, Wang Meisheng & Li Peimin. Current situation and demand of high-density seismic prospecting[C]//A Collection of Abstracts of Reports in Technical Seminar for Equipment for Geophysical Prospecting 2007. Xi'an： Chinese Petroleum Society, 2007.

[ 8 ]凌云研究组. 宽方位角地震勘探应用研究[J]. 石油地球物理勘探 , 2003, 38(4)： 350-357.Lingyun Research Group. Application and study on wide-azimuth seismic exploration[J]. Oil Geophysical Prospecting,2003, 38(4)： 350-357.

[ 9 ]王炳章, 王丹, 陈炜. 油气地震勘探技术发展趋势和发展水平 [J]. 中外能源 , 2011, 16(5)： 46-55.Wang Bingzhang, Wang Dan & Chen Wei. Trends and development level of petroleum seismic exploration technology[J].Sino-Global Energy, 2011, 16(5)： 46-55.

[10]刘振武, 撒利明, 董世泰, 唐东磊. 中国石油高密度地震技术的实践与未来[J]. 石油勘探与开发, 2009, 36(2)： 129-135.Liu Zhenwu, Sa Liming, Dong Shitai & Tang Donglei. Practices and expectation of high-density seismic exploration technology in CNPC[J]. Petroleum Exploration & Development, 2009,36(2)： 129-135.

[11] 梁向豪, 孔德政, 黄有晖, 刘新文, 周旭. 复杂构造三维地震勘探观测宽度与接收线距选择分析[J]. 天然气勘探与开发,2015, 38(2)： 27-30.Liang Xianghao, Kong Dezheng, Huang Youhui, Liu Xinwen& Zhou Xu. Selection of observed Width and receiving line interval for complex structures during 3D seismic exploration[J].Natural Gas Exploration & Development, 2015, 38(2)： 27-30.[12]张新东, 吕景峰, 蔡明, 万军, 陈学强. 一种适用于复杂地貌山前带的表层调查方法[J]. 天然气勘探与开发, 2015, 38(2)：35-37.Zhang Xindong, Lv Jingfeng, Cai Ming, Wan Jun & Chen Xueqiang. A method to investigate the surface conditions in complex mountain front[J]. Natural Gas Exploration and Development, 2015, 38(2)： 35-37.