安徽巢湖—含山地区页岩气二维地震勘探研究

殷启春，郑红军，蒲可瑜，李凤霞

(1 中国地质调查局南京地质调查中心, 江苏南京 210016；2东方地球物理公司华北物探处， 河北任丘 062520； 3东方地球物理公司大港分院， 天津大港 300280 )

0 引言

在中国地质调查局南方页岩气基础地质调查工程及下扬子地区页岩气基础地质调查评价[1]基础上，为加快皖江地区页岩气资源勘查开发工作，优选巢湖—含山地区为页岩气远景区。为了基本查明该区富有机质泥页岩赋存状态和深部构造形态，从而为页岩气地质调查井设计提供依据，决定在巢湖—含山地区实施页岩气二维地震勘探。

1 工区概况

巢湖—含山地区位于下扬子陆块西北部（图1），受滁河断裂带和长江断裂带控制，照明山断裂从工区东南角穿过[2]。本区周边由于受印支期陆陆碰撞造山运动的影响，普遍遭受强烈挤压，形成一系列推覆构造。大致以巢湖为界，其南西段巢湖—庐江一带受后期火山作用破坏严重，褶皱多不完整，而北东段巢湖—含山一带构造形态保存较好。该构造带呈北东向延伸，由一系列较紧闭的背斜和相对宽缓的向斜组成。这些宽缓向斜区内古生代海相沉积地层多保存完好，具有一定的页岩气勘探潜力。

图1 工作区大地构造位置（据1/50万地质图修编）Figure 1. Geotectonic location of the working area (modified after 1/500000 geological map)

区内下古生界地层出露较为齐全，包括了志留系、奥陶系和寒武系，自下而上包括了早寒武世幕府山组、中寒武世炮台山和晚寒武世观音台组，早奥陶世仑山组、红花园组、大湾组、牯牛潭组，中奥陶世庙坡组、宝塔组，晚奥陶世汤头组、五峰组，早志留世高家边组、中志留世坟头组，岩性主要以灰岩、白云岩、粉砂岩和泥页岩为主。黑色页岩主要发育层位为早志留世高家边组和晚奥陶世五峰组。高家边组在区内出露广泛，呈北东向展布，主要出露于陶厂—石杨一带。五峰组顶部与高家边组底部过渡段为灰黑色碳质泥页岩、硅质泥岩，为一套极具生烃潜力的烃源岩。

2 勘探难点

在页岩气的勘探开发过程中,地震技术发挥着在常规油气勘探开发中完全不同的作用,在页岩地层识别、储层含气性预测和确定页岩气储层甜点中应用广泛，可以为页岩气钻井部署乃至后期的储层压裂改造部署提供重要技术支撑[3～5]。本区地震勘探工作进行了多轮采集处理攻关，海相中古生界碳酸盐岩地层顶界面—印支面及其以上的较新地层反射强，特征明显，但印支面以下特别是下古生界的勘探效果一直以来效果不佳，这是由南方海相地层特别是“下组合”的复杂地震地质条件所导致，给资料的采集和处理造成较大困难[6～9]。

2.1 采集难点

（1）表层地震地质条件复杂，对激发参数设计提出了较高要求、静校正问题突出地表障碍物如军事管理区、高速路、村庄、河流堤坝、鱼塘等障碍物较多，炮检点布设困难，降低了资料的有效覆盖次数。

激发区岩性变化大，地表出露地层年代跨度大，岩性复杂多变，单炮稳定性差。

（2）复杂的深层地震地质条件导致观测系统设计难度大。

勘探主要目标地层高家边组厚度最大可达1500m以上，其中高家边组上段岩性与坟头组下段差异不大。在经历多期构造运动后，造成地层缺失、重复、条块状分割。志留系与奥陶系界面上下均为泥岩，该界面上下波阻抗差异小，不能形成连续性好、能量强的反射波组。

本区逆掩推覆、滑脱构造发育，滑脱面对于激发能量的下传具有较大大的屏蔽作用，当上覆地层为高速度地层时尤为明显。深部褶皱断裂发育，地层倾角大，需做好构造模型及反演模拟，着重做好变观措施[10]。

2.2 处理难点

（1）原始资料信噪比非常低，保真去噪提高信噪比处理难度大。

（2）工区地表与浅地表环境复杂，静校正处理难度大。

（3）由于地表激发岩性的变化，地震子波横向变化大，因此有效消除接收、激发因素引起的信号差异难度大。

（4）工区地下构造复杂，提高成像精度难度大。

3 技术方法与对策

3.1 地震数据采集

3.1.1 激发接收

我们将本区近地表类型分为两类：

（1）农田及平缓丘陵区：地表风化层埋深3～7m，其下普遍存在山前冲积泥夹砂层、流沙层、砾石、卵石层及下伏老地层。

（2）山地区：0～2m为表层风化堆积物(黏土夹砾石)，部分老地层出露。

从野外采集资料品质分析，山地区资料的频带较宽、信噪比较低；农田区资料的频带较宽，但低频成分较重，信噪比较高；第四系松散碎屑沉积和河道砂、山前冲积土砾混合物，激发接收条件差，地震波能量和频率吸收衰减快。

针对工区的不同近地表类型，首先进行了表层调查，包括随钻岩性录井和微测井；然后开展激发因素实验。通过分析井深、激发药量和浅井组合实验地震记录进行能量、频率、信噪比定量分析，得出适合本工区的激发参数为：

（1）农田区：高速顶下7m激发，药量4kg。

（2）山地区：灰岩区采用单井井深18m，泥岩区采用单井井深12m，药量6kg。

3.1.2 观测系统

通过建立适合工区地质情况的地球物理模型，对地震波的运动学和动力学特征进行正演模拟，是指导地震采集观测系统设计的有效手段[11]。

观测方式：前人研究表明，下扬子复杂构造区采用宽线采集可以大幅提高资料信噪比、改善成像效果[12～13]。通过对比单线、宽线不同观测方式的叠加剖面，在构造复杂区域，宽线观测比单线观测的叠加剖面信噪比高。宽线二维主要有三个方面的优势：

（1）炮、检点布设更加灵活，特别是有利于激发点的优选，从而达到改善单炮激发效果、提高单炮资料信噪比的目的。

（2）与常规二维观测方式相比，具有相对较宽的炮-检方位角分布，从而更有利于侧面波、方向性噪音和地表散射等干扰波的压制，进而突出有效反射信号的能量。

（3）通过横向面元合并，大幅度提高了叠加剖面的覆盖次数，特别是主要目的层的有效覆盖次数，改善了叠加剖面的成像效果。

排列长度：本区发育逆掩推覆构造，逆掩推覆构造的高速层对于激发能量的下传具有巨大的屏蔽作用，造成了推覆构造下目的层界面的照明强度非常低。首先参考周边皖江地区地震勘探成果[14]，建立二维地质-地球物理模型，对模型应用波动方程进行正演模拟，通过在逆掩推覆构造内外不同部位进行激发点激发照明，分析逆掩推覆构造对于激发能量以及地震波传播的影响。不同排列长度的照明分析结果表明：在逆掩推覆构造区采用激发点加密和增加接收排列的变观方式可以提高深层照射能量，本区观测系统宜采取长排列进行接收。

最大炮检距设计：根据SY/T5314-2011《陆上石油地震勘探资料采集技术规程》规定，最大炮检距的选择要考虑目的层埋深、速度分析精度、动校拉伸、反射系数稳定等因素的影响。从不同炮检距的速度谱分析结果认为，当最大炮检距大于4390m时，速度谱能量团收敛，速度分析精度高。从考虑反射系数稳定的角度看，最深目的层寒武系反射层的最大炮检距小于6000m较为适宜。从地质模型不同位置射线追踪结果看，有效“地震时窗”范围要求最大炮检距3700～7000m。再综合考虑叠前偏移需要、照明分析结果，最终采用最大炮检距为4800m左右。

道距设计：CMP线元边长是设计的关键参数，它的大小直接影响地震剖面的分辨率及信噪比。根据需要保护的最高频率，结合本区地球物理模型，计算出各主要目的层对应的线元小于23m即道距小于46m为宜。分析类似地区老资料不同道距接收记录的叠加剖面：以20m小道距进行资料采集，室内抽取20m、40m、60m道距记录进行叠加处理，对比出不同道距采集在浅层资料的连续性、信噪比、层间反射信息丰富性等方面均存在一定差异，小道距采集叠加剖面品质较好，反射同相轴清晰且连续，20m道距施工能取得更多的横向连续反射数据，对改善复杂构造区的低信噪比资料有利。以往成功经验也表明，采用20m道距，能够满足本区勘探要求。

覆盖次数设计：覆盖次数的选择应能充分压制干扰、增加目的层的反射能量，从而提高资料的信噪比，拓宽优势频率。对比皖江地质模型80次、120次、160次覆盖照明效果，最终选择覆盖次数150次以上。

3.2 资料处理

根据本次勘探的地质任务和要求，结合该区资料特点，处理方案分别采用了现场处理和室内处理。

3.2.1 现场处理

为保证浅、中、深目的层地震反射波组质量，利用现场监控处理系统对全区采集资料质量进行监控分析，每炮做动校正，当天完成剖面叠加工作，结合地质情况，分析采集效果，指导野外施工。

3.2.2 室内处理

根据本区地震资料特点，以保真保幅以及提高主要目的层的成像精度为目标，综合应用菲涅带层析反演静校正技术、保真叠前去噪技术、子波一致性处理技术、分频迭代剩余静校正技术、叠前时间偏移技术等，解决突出的静校正、信噪比和成像问题，最大程度地满足地质研究的需要，采用GeoEast地震数据处理软件完成数据处理（图2）。处理过程中少做或尽可能不做修饰性处理，使获得的地震资料真实地反映客观实际情况。处理流程包括：数据解编→观测系统定义→菲涅带层析反演静校正→叠前噪音衰减（炮域）→球面扩散补偿→地表一致性振幅补偿→叠前噪音衰减（检波点域）→地表一致性反褶积→速度分析→静校正→速度分析（迭代）→地表一致性剩余静校正→剩余振幅补偿→多次波衰减（CDP域）→叠前时间偏移建模→叠前时间偏移→叠后提高信噪比→叠后提高分辨率，其中主要环节详情如下：

（1）静校正 。基于“先解决长波长问题后解决短波长问题，先应用高频分量后应用低频分量”的原则[15]，通过对比常用的高程静校正、模型静校正、折射静校正和层析静校正的基本理论和使用条件，认为基于初至时间的层析静校正方法能较好的解决复杂地表区由于地形和低速带变化引起的长波静校正问题；短波长静校正方法采用地表一致性剩余静校正。该技术组合有效消除了原始记录因地形、低速带和近地表的不一致性引起的静校正问题，波组特征得到明显改善，有利于地层的成像。

（2）叠前去噪。由于受野外采集环境的影响，原始记录上干扰噪音类型较多。处理时，针对噪音的不同特点进行了多项试验，选择有效的保真去噪方法组合。包括利用自适应面波压制技术对面波进行有效压制；利用叠前线性干扰滤波技术对原始单炮中浅层折射和线性干扰进行有效的衰减；利用分频压噪技术“多道识别，单道压噪”压制局部振幅异常噪音。以上方法组合在最大限度保护有效信息的前提下，消除记录上发育的面波、线性噪音和异常振幅等干扰波，有效提高了资料的信噪比。

（3）能量调整。地震波在传播过程中随着时间的增加振幅能量逐渐衰减，加之激发、接收条件的变化，导致反射能量在时间和空间方向上的差异增大，这种变化要远大于地质和油气因素引起的储层信息变化[16]。由于本地区地表和地质构造的复杂性，在处理中，采用了最常用的球面扩散补偿和地表一致性振幅补偿串联的方法对反射能量进行合理的调整，使得地震记录在空间上达到能量均衡，取得了比较满意的效果。

（4）速度分析。速度分析是资料处理最重要的环节之一，在地表及地下地质构造复杂地区,计算效率、提高速度分析精度和消除浅层速度异常影响等是偏移速度分析方法研究的关键[17]。本区地下构造跨度大，地层速度横向变化大，求准偏移叠加的成像速度，提高成像精度也是本区资料处理的一个难点问题。地震数据交互速度分析是地震数据处理的关键环节,通过交互速度分析,可以从地震数据中提取地下介质的速度信息。本次工作利用GeoEast软件系统的交互各向异性速度分析软件模块[18]，主要采用沿层交互速度分析技术，采取了由粗到细，由细到精循环迭代的思路，运用交互速度分析的叠加速度道集和叠加剖面进行质量监控，反复修改、优化速度场。同时加强与地质解释的沟通，利用地质变化规律指导速度分析，确保速度提取准确、横向上符合地质规律（图2）。

图2 速度剖面与偏移剖面Figure 2. Velocity profile and migration profile

（5）偏移处理。工区实际的地下地质情况比较复杂，横向速度变化大。如大断层的两边速度变化、陡倾角的构造等，在这种条件下，只有进行时间域或深度域的全偏移处理，大断层或潜山面才能比较准确地成像[19]。通过前面速度分析结果，本次偏移处理选用了克希霍夫叠前时间偏移技术，它是基于最小平方的射线追踪算法的叠前时间偏移技术，求取合适的最终叠前时间偏移速度场。最终速度模型与本区地层、构造趋势一致，剖面成像效果好。

3.3 资料解释

3.3.1 地层解释

解释地震地质层位的标定是地震资料解释的基础。根据在工区北部实施的钻穿志留系底部的A井标定，地震剖面中上部第一个强振幅同相轴连续波组，为本次工作主要目标层高家边组底部及五峰组优质页岩与下部奥陶系灰岩、白云岩的岩性界面。然后根据区域地层出露厚度和速度推算，其下部2个强振幅波组分别为奥陶系和寒武系底界。在确定区内主要目的层高家边组底部页岩顶界面、奥陶系底界面及寒武系底界面波组特征后，对区内相应层位进行解释。

3.3.2 构造解释

本区中、古生界海相地层沉积以来主要经历了三期不同性质的改造变形[20～21]，在叠加地震剖面上（图3）均有良好的反映。

（1）在中三叠—早、中侏罗世的印支运动晚期—燕山运动早期的挤压应力场形成的北东向逆冲推覆，塑造了本区以北东向褶皱为主的基本构造格局，在地震剖面上高家边组下部呈一系列褶皱构造，且具有南强北弱的特征。

图3 L2测线地质解释成果Figure 3. Geological interpretation results of survey line L2

（2）在晚侏罗—早白垩世的燕山运动中晚期，叠加了以郯庐断裂带为代表的NNE向大陆走滑构造的左行简单剪切，以及拉分断陷构造作用的改造变形。在地震剖面上左半部一负花状构造即为该期构造活动的反映。在工区区域地质图上表现为构成勘探区北西、南东区域边界；此类断层具有拉张性，且切穿地表，不利于页岩气游离气的保存。

（3）在晚白垩世—古近纪的喜马拉雅喜山运动期，本区在由南向北的伸展拆离与多米诺式拉张断陷构造，在地震剖面上则表现为一系列的拉张性小型断层。在区域地质图上表现为本区南东部的无为盆地。

以上三期构造变形作用不仅使巢湖—含山地区海相地层发生强烈形变、缩短、抬升和剥蚀，塑造了构造基本格局，也是海相油气早期聚集、晚期热演化和再分配的重要因素[22]。

4 地质成果

本次地震勘探在充分认识区域地质条件的情况下，制订了较为合适的采集、处理、解释方案，所获取的地震资料单炮品质总体较高，叠后剖面对地

层和构造有高分辨率的刻画，较好的满足了目标层和构造解释要求。结合前人井资料精细标定了目标泥页岩和碳酸盐岩地层分界面，即五峰组底界、奥陶系底界和寒武系底界，断裂系统解释合理，不同性质的断层均有较合理的区域构造模式，深化了对该区的地质认识，取得了比较满意的效果。在此基础上，结合区域页岩气评价相关资料，布置了WHD1井，为力争取得皖江地区下志留统页岩气重要发现提供了有力支撑。