四川盆地泸州区块页岩气三维地震覆盖密度优选

周晓冀 杨智超 杜文军 王雪梅 巫 骏 敬龙江

中国石油东方地球物理勘探有限责任公司西南物探分公司

0 引言

中国南方海相页岩气藏高效开发依赖于高精度三维地震资料[1]，经济技术一体化的三维观测系统决定了三维地震资料的品质和投资成本，而覆盖密度参数是影响三维观测系统技术和经济性的关键参数[2]。四川盆地的泸州区块是中国南方海相页岩气藏勘探开发的重点区域，该区块地腹为高陡背斜和宽缓向斜相间发育的构造格局，向斜部位构造平缓，地震资料信噪比较高，但背斜构造起伏较大，两翼常伴随发育较大倾轴逆断裂，构造复杂造成地震波场复杂；背斜构造对应地表出露石英砂岩和灰岩等硬质岩层，原始单炮记录干扰较重。地表和地腹双复杂因素叠加造成构造主体信噪比较低，偏移成像难度较大。近年来泸州区块滚动实施了多块页岩气三维地震，按照“两宽一高”的技术思路，采用宽方位、较高密度的三维观测系统，取得了较好的效果，三维地震资料品质得到大幅度提高[3]。但同时，较高覆盖密度的观测系统也带来了较大的投资压力，优化观测系统覆盖密度关键参数，优选技术经济一体化的观测系统方案成为复杂区页岩气三维地震勘探的重点。为此，利用泸州区块三维实际资料开展覆盖密度退化处理试验，研究适合该区块的覆盖密度及其相关参数。

1 影响覆盖密度的因素

三维地震勘探中，观测系统是由排列模板和模板的滚动方式共同决定的，排列模板确定了激发点距，接收点距，接收线距，接收线条线、接收点总数以及激发点和接收点的相对位置关系等参数，排列模板一旦确定，则三维观测系统的面元大小、最大纵距、最大非纵距、最大炮检距、横纵比等参数就随之确定；而模板的滚动方式决定了纵向的激发线距和横向的模板滚动距，从而能够确定观测系统的纵、横向覆盖次数以及总覆盖次数。面元大小、覆盖次数、接收线距、炮检距等参数是三维观测系统的基本参数[4-6]，除此之外，由基本参数还衍生出一些重要的其他参数，覆盖密度就是其中一个非常重要的参数，相对其他参数，覆盖密度更能够体现三维观测系统的技术性和经济性[7-8]。

覆盖密度，亦称炮道密度或采样密度，定义为单位面积内总的覆盖次数，单位面积通常是指1 km2，一次覆盖实质上也等同于一个炮检对，因此覆盖密度又定义为1 km2内炮检对的总和，单位是：道/km2，计算公式如下：

另外，覆盖密度也可以定义为炮密度与仪器实际接收道数的乘积：

因此：

由公式（1）可知，覆盖密度不仅和三维观测系统的覆盖次数有关，还与面元大小有关。

众所周知，地震成果资料的信噪比与三维观测系统的覆盖密度成正相关，尤其在低信噪比地区，地震成像品质随覆盖密度的增加而逐渐改善。另一方面，依据公式（4）覆盖密度又与炮密度和排列模板总接收道数有关，更高的覆盖密度就意味着更多的设备投入和更高的勘探成本，因此综合技术经济一体化考虑，覆盖密度不是越高越好，尤其在页岩气藏勘探开发中，如何在解决地质问题的前提下有效控制地震勘探成本，优选适用性参数，已成为业界越来越重视的问题[9-11]。

2 退化方案设计

利用实际资料开展参数退化处理试验，要确保对比因素的单一性，即设计退化方案上除对比参数外保持其他参数尽可能不变，从而保证参数的退化处理结果具有可比性[12-13]。覆盖密度的退化方案是通过在三维观测系统中抽取激发线的方式来实现，抽取激发线由于改变了纵向覆盖次数，从而改变总覆盖次数和覆盖密度，这种方式能够确保三维观测系统基本的排列模板不变，面元大小、最大偏移距、横纵比等参数均保持不变，保证了对比因素的单一性[14-16]。

表1是泸州区块页岩气三维覆盖密度退化处理方案，通过抽炮排列共设计了6种覆盖密度退化方案，将覆盖密度由原始的52.5×104道/km2逐步退化为 45.0×104道 /km2、42.0×104道 /km2、35.0×104道 /km2、28.0×104道 /km2、21.0×104道 /km2共 6种不同覆盖密度三维观测系统。

表1 泸州区块页岩气三维覆盖密度退化处理方案展示表

3 基于叠前偏移成像的覆盖密度评价

覆盖密度退化处理试验首先是试验数据的选区，试验区的大小要能够满足叠前偏移孔径的要求[17]。然后将试验区范围内的道集数据输出并重新加载，按照覆盖密度退化方案对道集数据进行抽取，形成不同覆盖密度的道集数据分别进行叠前偏移处理，将叠前偏移处理成果进行定性和定量评价，定性评价主要针对偏移成像效果，定量评价则是评价偏后数据的能量、频率、信噪比等属性，最后综合评价结果优选该区最优的覆盖密度参数[18-20]。

图1是不同覆盖密度叠前偏移剖面成像效果的对比，随着覆盖密度的下降，叠前偏移剖面浅层构造成像逐渐变差，当覆盖密度低于28.0×104道/km2，1.5 s以上的浅层构造形态模糊不清，资料信噪比较低、干扰较重。对于1.5 s以下的中深层构造偏移成像，有效反射波组特征较明显，同相轴能量较强，偏移剖面构造成像差异相对较小。

图1 不同覆盖密度叠前偏移剖面图

图2是不同覆盖密度三维叠前偏移振幅水平切片，随覆盖密度的降低，有效反射成像效果明显变差，有效反射同相轴变得模糊不清，与剖面分析结果一致，当覆盖密度低于28×104道/km2，在振幅水平切片上信噪比较低，有效反射连续性明显变差。

图2 不同覆盖密度叠前偏移振幅切片图

图3是不同覆盖密度叠前偏移平均振幅和主频分布曲线图，从6种不同覆盖密度平均振幅分布曲线看，随着覆盖密度的增加，优势平均振幅值介于400～500时趋于稳定，覆盖密度大于28.0×104道/km2的5种覆盖密度平均振幅曲线形态趋于一致，差异较小。而当覆盖密度为21.0×104道/km2时，由于叠前偏移数据信噪比较低，较强能量的噪声引起优势平均振幅向高端移动。因此从平均振幅的定量分析认为28.0×104道/km2覆盖密度是较为明显的门槛值。从6种不同覆盖密度的主频分布曲线看，虽然略有差异，但总体分布较为一致，因此主频的定量分析认为6种不同覆盖密度偏移成果没有明显的差别。

图3 不同覆盖密度平均振幅和主频分布曲线图

图4是不同覆盖密度叠前偏移数据信噪比平面分布图，结合色标可见不同覆盖密度的叠前偏移数据信噪比分布有一定差异，试验区内中部主体构造信噪比相对较低，两翼平缓构造区信噪比相对较高，并且随着覆盖密度的降低，信噪比呈下降趋势。

图4 不同覆盖密度叠前偏移信噪比平面分布图

图5是信噪比随覆盖密度变化曲线图，趋势上信噪比是随覆盖密度的增加而提高的，当覆盖密度大于42.0×104道/km2，曲线向上变化趋缓，即随着覆盖密度的增加信噪比增加变得缓慢。综合前面的成像效果定性评价和振幅、频率、信噪比定量评价，认为泸州区块页岩气三维地震观测系统覆盖密度选择在42.0×104道/km2较为合适。

图5 信噪比随覆盖密度变化曲线图

4 小面元低覆盖和大面元高覆盖观测系统对比评价

既然覆盖密度和面元大小以及面元内的覆盖次数有关，相同的覆盖密度观测系统可能是大面元高覆盖也可能是小面元低覆盖，那究竟是选择大面元高覆盖观测系统还是选择小面元低覆盖观测系统，为此设计了面元大小和覆盖次数不同但覆盖密度相近的两套观测系统进行退化处理试验。大面元高覆盖观测系统采用40 m×20 m的大面元，210次高覆盖；小面元低覆盖观测系统采用20 m×20 m的小面元，112次低覆盖，如表2所示。

表2 大面元高覆盖与小面元低覆盖观测系统展示表

图6大面元高覆盖与小面元低覆盖叠前偏移剖面成像效果对比图，图6-a采用的是大面元高覆盖观测系统，图6-b采用的是小面元低覆盖观测系统。对比两者的成像差异，高覆盖次数观测系统叠前偏移剖面有效反射同相轴能量更强，连续性更好；而小面元观测系统横向分辨率更高，在小断裂的刻画方面更好。图7是大面元高覆盖与小面元低覆盖叠前偏移振幅水平切片对比，小面元低覆盖三维观测系统的有效反射更清晰连续，成像效果更好，表明其横向分辨率更高，横向刻画能力更强。

图6 大面元高覆盖与小面元低覆盖叠前偏移剖面成像对比

图7 大面元高覆盖与小面元低覆盖叠前数据体水平切片对比图

图8是大面元高覆盖与小面元低覆盖叠前偏移的振幅、主频和信噪比平面图，图9是大面元高覆盖与小面元低覆盖叠前偏移振幅、主频和信噪比定量分析统计图，小面元低覆盖的优势主频要略高于大面元高覆盖，在25～30 Hz主频段，小面元低覆盖比大面元高覆盖占比要低9%；而在30～35 Hz主频段，小面元低覆盖比大面元高覆盖占比要高10%；在振幅能量方面，小面元低覆盖也要略高于大面元高覆盖；在信噪比方面，则是大面元高覆盖明显占优，在信噪比2.5以上，大面元高覆盖相对于小面元低覆盖要高13%的占比。

图8 大面元高覆盖与小面元低覆盖振幅、主频、信噪比平面对比图

图9 大面元高覆盖与小面元低覆盖主频、振幅能量、信噪比分布曲线图

定性和定量分析充分说明，在相同的覆盖密度下，大面元高覆盖观测系统能够提高地震资料的信噪比，有利于复杂构造的成像；而小面元低覆盖观测系统则有更高的纵横向分辨率，对于微幅构造和微断裂的刻画会更好。因此，在覆盖密度范围确定的前提条件下，面元和覆盖次数的选择要根据地质任务、资料情况综合分析论证选择，一般情况下，对于信噪比较高地区，地质任务以解决微幅构造和微断裂为重点，可以选择小面元低覆盖观测系统；而对于信噪比较低地区，地质任务以解决构造成像为重点，可以选择大面元高覆盖观测系统。

5 结论

1）开展覆盖密度参数退化试验，综合定性和定量评价结果能够获得一个兼顾成像效果和经济性的覆盖密度参数；叠前偏移成像效果随着覆盖密度的增大而逐渐改善，信噪比也随之提高，振幅、频率、信噪比的定量评价显示泸州区块页岩气三维地震观测系统覆盖密度选择在42.0×104道/km2较为合适；

2）在覆盖密度确定的前提下，大面元高覆盖观测系统能够提高地震资料的信噪比，有利于复杂构造的成像，对于信噪比较低的页岩气勘探区，地质任务以改善构造成像为重点，可以选择大面元高覆盖观测系统；而小面元低覆盖观测系统有更高的纵横向分辨率，对于微地质体的刻画会更好，对于信噪比较高的页岩气勘探区，地质任务以落实微幅构造和微断裂为重点，可以选择小面元低覆盖观测系统。