冀中坳陷深潜山及潜山内幕地震采集关键技术及应用

陈敬国 李海东 王冬雯 刘占军 葛黛薇 刘胜利 付 滨 刘 颖

（ 1中国石油大学（北京）；2中国石油集团东方地球物理公司；3中国石油华北油田公司 ）

0 引言

陷深潜山领域不断刷新的认知，深潜山及潜山内幕等油气藏正逐渐成为潜山勘探的重点方向。

渤海湾盆地冀中坳陷的潜山油气藏是华北油田重要勘探领域之一，自任丘古潜山油田勘探获得历史性突破以来，冀中坳陷已开展了近半个世纪的潜山勘探工作[1]。

早在20 世纪70 年代，就已拉开了大型潜山地震勘探的序幕，此时地质任务简单，目的层埋藏浅，地震勘探以二维为主，是潜山油气藏的高产期，潜山油气年产量占华北油田年产量的90%左右。80 年代末期，随着地质认识的提高及大型潜山的开采殆尽，勘探重点转为中、小型潜山，地震勘探方式由以往的二维转变为三维，但由于装备及技术水平难以满足地质需求，导致对于潜山油气藏评估认识不足，潜山部署、开发工作相对滞后，潜山年产量持续下降，90 年代末已不足100×104t，仅占华北油田年产量的20%[2]。

因此自2000 年起，冀中坳陷开始了针对性的地震采集技术攻关工作，针对该区域的潜山油气藏勘探仍不断有新的认识、新的发现[3-8]。伴随着对冀中坳

1 潜山区域特征

1.1 地质特征

冀中坳陷的潜山经历了前中生代建造形成、侏罗纪晚期挤压、白垩纪—古近纪多幕伸展断陷与新近纪—第四纪沉陷埋藏的形成过程。受控于长期演化及内外地质应力的联合作用，潜山多具有复合成因，在平面上不同成因类型的潜山带有规律地出现[9]。

由于潜山成因和结构的复杂性，该区潜山的分类一直有多种划分方案。根据科学性和实用性两个基本原则，臧明峰等结合地震解释和地质剖面等资料，从形成潜山的地质背景和成因出发，将冀中坳陷的潜山分为地貌潜山和构造潜山两大类（表1）；在生产实践中，又据潜山油藏产出位置划分为潜山顶、潜山坡、潜山内幕3 种类型[10]，其中潜山顶块状油气藏由于埋藏浅、规模大而容易被发现，而潜山坡和潜山内幕隐蔽型油气藏的发现相对较少[11]。

表1 冀中坳陷潜山分类表Table 1 Classification of buried hills in Jizhong depression

隐蔽型潜山主要分为深潜山及潜山内幕、凸起区潜山及潜山内幕两类，深潜山及潜山内幕规模较小（一般不超过5km2）、埋藏较深（大于4000m）、类型复杂（潜山内幕、潜山坡）、目标层系多，是潜山深化勘探的重要方向；凸起区潜山及潜山内幕埋藏较浅（1000～2000m）、类型相对而言较为简单[12]。本文主要针对深潜山及内幕开展技术攻关研究。

1.2 深部地球物理特征

从表2 来看，潜山面与内幕速度差异较大，但内幕反射系数小，特别是深潜山内幕反射系数仅为0.01～0.05；深层资料信噪比低，3s 以下深潜山资料信噪比仅为0.35。资料频带较窄，以低频为主。

表2 冀中坳陷潜山及内幕地球物理特征参数Table 2 Geophysical characteristic parameters of buried hills and their interior structures in Jizhong depression

1.3 近地表特征

20 世纪80 年代以来，华北探区所处的京津冀城市群发展尤为迅速，城市的面积、人口、厂矿、交通设施得到飞速发展。冀中坳陷潜山构造部分位于大型城矿区附近，在这类地区进行地震勘探的不利影响因素越来越多，归结起来主要有：①城区及周边低降速层纵、横向变化复杂；②城矿区随机干扰严重；③城区近地表障碍类型多、分布密集[13]。

2 勘探难点及早期技术攻关分析

冀中坳陷复杂的近地表及地下地震地质条件加大了该区潜山勘探的难度，归结起来有以下地震勘探难点[14]：

（1）潜山面非均质性强，对地震波下传能量有屏蔽影响；内幕速度差异小，使得反射系数小，难以形成良好的波阻抗界面；潜山地层倾角变化大、断裂发育。上述因素反映在地震资料上就是深潜山及内幕反射信噪比低，能量弱，断层断点不清楚（图1）。

（2）表层结构的变化对激发条件有较大影响，造成地震子波、能量不稳定，资料品质差异较大。

（3）地表条件复杂，激发参数选取困难、炮检点难以规则布设，不仅造成资料缺失而且存在着安全风险。

图1 早期技术攻关二维（左）、三维（右）剖面效果Fig.1 Early 2D (left) and 3D (right) seismic sections

针对潜山勘探难点，自20 世纪90 年代开始技术攻关工作，2003 年以前的早期技术攻关多以二维勘探为主，受当时技术、装备水平的限制，基于三维的技术攻关还处在小规模尝试阶段。早期的潜山地震勘探技术攻关多采用炸药、固定井深激发，二维覆盖次数高（300 次），线元较小（12.5m）（表3）；三维由于处在起步阶段，因此参数选取较为常规（表4）。

表3 冀中坳陷潜山及内幕早期二维地震采集技术攻关 主要参数Table 3 Technical parameters of the early 2D seismic acquisition for buried hills and their interior structures in Jizhong depression

表4 冀中坳陷潜山及内幕早期三维地震采集技术攻关主要参数Table 4 Technical parameters of the early 3D seismic acquisition for buried hills and their interior structures in Jizhong depression

从资料效果来看存在以下不足：①受地表障碍物影响，浅层资料局部缺失，资料信噪比低。②深潜山（4000m 以下）及断层断点不清，构造无法落实。整体来说早期技术攻关效果远不能满足冀中坳陷深潜山及内幕勘探的需求。

通过分析、总结，认为早期技术攻关效果不佳主要有以下因素：

（1）当时装备水平的限制。

（2）采用固定井深激发，未做表层调查，未考虑近地表纵、横向地层厚度、速度的变化。相关资料表明，冀中坳陷潜水面在逐年下降，低降速层厚度越来越大，使得表层吸收衰减严重，浅层折射严重，造成目的层反射弱，信噪比低。

（3）研究表明，宽方位（横纵比0.5～1.0）、高密度地震资料有利于提高潜山内幕及高陡控山断层成像精度（图2），但早期多为二维或窄方位低密度三维，显然与宽方位、高密度地震资料存在较大差距，每个方位的信息不够丰富，使得解释存在多解性。

3 深潜山及潜山内幕地震采集关键技术

图2 不同横纵比叠加剖面对比Fig.2 Stacked sections at different aspect ratios

（4）受地表障碍物及炸药激发相关的安全规定（要求与建筑有一定的安全距离等）影响[15]，观测系统难以均匀布设，使得浅层资料缺失；同时受各类干扰影响，浅层资料信噪比较低。

2003 年以来尤其是2010 年后，随着装备制造水平的不断进步，新一轮的技术攻关拉开序幕，此时通过一次、二次及针对目标区深入开展了宽频带、宽方位、高覆盖（两宽一高）地震采集技术研究（表5），形成了一系列配套关键技术，有效提高了资料的纵横向分辨率，解决了冀中坳陷深潜山、潜山内幕及控山断层成像效果差的问题。

3.1 基于潜山资料品质的激发设计技术

通过采取“收集水文资料、岩性取心、潜水面调查、小折射、微测井”等多种方法联合调查的方式，对区域内的潜水面进行调查[16]，从而确保把控全区的表层情况。在上述精细表层结构调查的基础上逐点设计井深，充分利用微测井资料的动力学特征，追踪出最佳岩性进行激发，资料能量的均衡性、稳定性及频率较以往都有了明显的提高（图3）。

3.2 基于潜山构造特征的观测系统设计技术

针对潜山面非均质性强、内幕反射能量弱，大幅提高覆盖次数以确保准确成像。从整体构造分析，冀中坳陷潜山纵向地层倾角较大，应该提高纵向覆盖次数，增加纵向接收信息；从断层走向分析，潜山区发育有不同走向的断层，在纵横向都应增加接收信息，因此针对潜山地层倾角变化大、断裂发育的特征，设计长排列、宽方位、高覆盖的观测系统[17]，确保了反射及散射信息的充分接收，剖面效果有显著提高 （图4）。

3.3 基于复杂地表区的观测系统实施技术

首先采用“城矿区近地表障碍物综合调查技术”，根据地质雷达对地下管线的探测定位结果，避免在管线正上方施工，有效降低安全风险[18]；其次，对于无法规避的地面障碍物引起的资料品质差、资料缺失等问题，采用三域互补设计技术，即“正常排列与小排列互补”“大药量与小药量互补”“炸药震源与可控震源互补”（图5）。在城区无法实施布设炮点的区域，采用小排列加密的方式，保证该区的覆盖次数；在城区内适当采用小药量激发，以保证浅层的资料品质，同时在城区外围采用大药量激发弥补中、深层的资料品质；特别是对于安全要求较高的区域，采用炸药震源与可控震源绿色勘探相结合的方式[19]，确保激发效果。

表5 冀中坳陷潜山及内幕近期三维地震采集技术攻关主要参数Table 5 Technical parameters of the latest 3D seismic acquisition for buried hills and their interior structures in Jizhong depression

图3 基于潜山资料品质的激发设计技术实施前（左）、后（右）共炮检距剖面效果对比Fig.3 Common offset sections before (left) and after (right) performing the excitation design based on the quality of buried hill data

图4 覆盖次数大幅提高前、后叠加剖面效果对比Fig.4 Stacked sections before and after increasing coverages

3.4 多期采集垂直观测技术

冀中坳陷常规三维勘探覆盖率高（已近60%），为了适应并满足超深层勘探领域及复杂地质目标的技术需求，充分利用已有的三维地震数据，在采集环节遵循“方位角拼接、横纵比拓宽、采样点加密、炮检距互补”等四大理念[20]，在以往三维的基础上，从时间域融合的角度进行观测系统设计，以实现充分、均匀、对称、波场连续无假频采样。在处理环节对不同期次三维数据进行融合处理，通过调查新、老地震资料的采集参数，开展基于时空域的原始资料评价、综合静校正、子波整形、数据规则化处理等工作[21-22]，形成一个新的时间域融合数据体（图6），以实现提高地震剖面偏移成像的目的。实现宽（全）方位高密度地震勘探，同时也减小野外施工的难度，节省勘探成本。

图5 三域互补设计技术示意图Fig.5 Schematic diagram of three-domain complementary design

图6 多期采集垂直观测技术数据融合处理示意图Fig.6 Schematic diagram of fusion processing of data recorded with multi-stage acquisition and vertical observation system

4 应用效果

近年来，随着上述采集关键技术在多个深潜山及潜山内幕勘探项目中的应用，针对不同勘探目标的配套技术及相应运作模式也已较为成熟。如图7 所示，所取得的勘探成果资料效果较之以往有大幅提升，潜山内幕浅、深层不仅反射信息丰富，而且波组特征明显，控山断层、高陡倾角地层成像精度也显著提高。

图7 新（右）、老（左）成果剖面对比Fig.7 New (right) and old (left) seismic sections

基于高品质的地震攻关资料，2006 年在饶阳凹陷长洋淀潜山探索“新生古储古堵”成藏新模式获得成功，长3 井在雾迷山组获日产518.4m3的高产油流，华北探区潜山勘探沉寂20 年后首次发现了潜山高产、高效富集油藏，开启了深潜山及潜山内幕勘探新阶段。2009—2010 年在饶阳凹陷凹边低凸起孙虎潜山构建“大山—峰聚”成藏新模式，部署钻探虎8 井、虎19X 井、虎16X 井获得成功，发现了日产超千立方米的高产高效潜山油藏，虎16X 井获日产1036m3高产油流，虎19X 井日产油945m3，控制储量561×104t。截至2018 年，冀中坳陷共勘探发现10 多个潜山带、50 余个潜山油气藏、15 个潜山高产油气藏，实现了深潜山、潜山坡和潜山内幕的潜山勘探的全面新突破。

5 结论

基于复杂地表复杂地质目标的深潜山及潜山内幕三维地震采集关键技术，可以有效解决以往冀中坳陷深潜山及内幕资料品质难以满足地质需求的问题，深层资料品质得到质的改善，值得在东部复杂地表复杂目标勘探中推广应用。

随着国民经济社会的高速发展，地表及近地表附着物更加复杂多样，对地震作业施工的安全要求会越来越高，以可控震源作为激发源的绿色勘探技术终将取代炸药震源，全面迎接绿色勘探时代的到来。随着勘探开发的日益深入，地质家的地质目标规模日益变小，必然对物探的需求日益精细精准，所以基于复杂地表复杂地质目标的深潜山及潜山内幕三维地震采集关键技术需要不断地持续深化攻关完善，以适应新形势、新任务。

目前正在试验攻关应用的节点仪器采集技术，是在复杂地表区推广应用高密度地震勘探技术的关键，也是未来采集的发展方向之一。