（地质工程专业论文）柯克亚周缘地区黄土塬采集技术研究.pdf

r e s e a r c ho ns e i s m i cf i e l dd a t a a c q u i s i t i o nm e t h o d i nl o e s st a b l e l a n dk e k e y aa d ja c e n ta r e a s at h e s i ss u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo f e n g n e e r i n gm a s t e r c a n d i d a t e ：g a og u o c h e n g s u p e r v i s o r ：p r o f d uq i z h e n c o l l e g eo f g e o r e s o u r c e sa n di n f o r m a t i o n c h i n au n i v e r s i t yo f p e t r o l e u m ( e a s t c h i n a ) 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得 的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致 谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得 中国石油大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同 工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：童幽型妄日期：鼬( o 年月彤日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其 印刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关 部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位 论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名盘! 翌鱼 指导教师签名：i v 乙屯虚牦 矿、p 日期：j 小年6 月莎日 日期：叫。年月咖 两要 塔里木盆地的柯克亚周缘是塔西南地区的重点，但是由于其地表起伏剧烈且覆盖 有巨厚黄土，土质疏松，表层调查及静校正十分困难，噪声发育，加之地下构造复杂， 地震采集原始资料信噪比极低。柯克亚周缘的地震勘探主要集中在上个世纪末和本世 纪初，主要开展了常规二维地震勘探，勘探效果不好，很多地区没有获得目的层有效 资料。随着新的一轮地震勘探攻关展开，围绕如何通过改进采集方法提高原始资料信 噪比，满足柯克亚地区构造勘探需求需要展开。本文通过对工区地震地质特点及勘探 经验的总结，深入分析了近十年来攻关试验资料，结合近年开展的攻关试验，同时借 鉴塔里木盆地低信噪比地区的勘探经验，明确了“宽线+ 横向多串大组合接收+ 多井 组合激发”的地震采集总体思路。通过攻关试验，上述方法取得了比较好的勘探效果， 有效地提高了地震资料的信噪比，突破了塔西南地区的资料空白区，为下一步强攻塔 西南战略接替区做好了技术准备。 关键词：黄土塬，信噪比，宽线，组合接收，组合激发 r e s e a r c ho ns e i s m i cf i e l dd a t aa c q u i s i t i o nm e t h o d i nl o e s st a b l e l a n dk e k e y aa d j a c e n ta r e a s g a og u o c h e n g ( g e o l o g i ce n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f d uq i z h e n a b s t r a c t k e k e y aa d j a c e n ta r e a si st h ef o c u so fe x p l o r a t i o ni ns o u t h w e s t e r no ft h et a r i mb a s i n ， b u tb e c a u s eo fi t ss u r f a c ei sc o v e r e dw i t h 也i c ks o i la n dt h es t a t i cc o r r e c t i o ni sv e r y d i f f i c u l t ，c o u p l e d 谢t 1 1c o m p l e xs u b s u r f a c es t r u c t u r e ，t h es e i s m i ca c q u i s i t i o nr a wd a t a s i g n a lt on o i s er a t i oi sv e r yl o w k e k e y aa d ja c e n ta r e a ss e i s m i ce x p l o r a t i o nc o n c e n t r a t e di n t h el a s tc e n t u r ya n dt h eb e g i n n i n go ft h i sc e n t u r y , m a i n l yc a r r i e do u tb yt h ec o n v e n t i o n a l 2 ds e i s m i ce x p l o r a t i o nm e t h o d ，t h er e s u l t sa r en o ts a t i s f a c t o r yi nm a n yr e g i o n sw h e r en o v a l i di n f o r m a t i o nw a so b t a i n e d w i t ht h en e wr o u n do fs e i s m i cr e s e a r c hs t a r t e d ，h o wt o i m p r o v et h ec o l l e c t i o nm e t h o d ss o 嬲t oi m p r o v et h es i g n a lt on o i s er a t i oo f r a wd a t at o m e e tt h en e e d so fk e k e y ar e g i o n a ls t r u c t u r en e e d st os t a r te x p l o r a t i o ni st h em a i ns u b j e c t b a s e do nt h ew o r ki n c l u d i n ga n a l y s i so fs e i s m i cg e o l o g i c a lf e a t u r e sa n di n - d e p t ha n a l y s i s o ft e s td a t ao v e rt h ep a s td e c a d er e s e a r c hc o m b i n e dw i t hr e c e n tr e s e a r c hc a r r i e do u tt e s t s ， a tt h es a m et i m el e a r nf r o mt h ee x p e r i e n c e so fo t h e rl o ws i g n a lt on o i s er a t i oa r e a s ，d e f i n e d t h eg e n e r a li d e ao fs e i s m i ca c q u i s i t i o nw h i c hm e a n s ”w i d e - l i n e + l a r g eg e o p h o n ea r r a y + m u l t i - w e l le x c i t e d ”t h r o u g hr e s e a r c he x p e r i m e n t ，t h em e t h o da n do b t a i ng o o de x p l o r a t i o n r e s u l t s ，e f f e c t i v e l yi m p r o v i n gt h es i g n a lt on o i s er a t i o ，b r o k et h r o u g ht h ei n f o r m a t i o ng a p s o fs o u t h w e s t e r na r e a s k e yw o r d s ：l o e s st a b l e l a n d ，s i g n a lt on o i s er a t i o ，w i d e - l i n e ，c o m b i n e dr e c e i v e r , c o m b i n e de x c i t a t i o n 目录 第一章前言二1 1 1 研究目的及意义“1 1 2 国内外研究现状1 1 3 主要研究内容2 1 4 论文结构安排。3 1 5 论文创新点3 第二章柯克亚周缘勘探概况4 第三章巨厚黄土塬地震采集技术研究1 2 3 1 巨厚黄土塬的激发技术研究1 2 3 2 巨厚黄土塬接收技术研究”2 1 3 3 巨厚黄土塬观测方式的研究3 3 第四章应用效果分析4 0 结j 沧4 3 参考文献4 5 攻读硕士学位期间取得的学术成果一4 7 致 射4 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第一章前言 柯克亚位于塔里木盆地西南部的昆仑山前，由于受绵延高大的西昆仑山体的遮 挡，来自盆地东北方向的低空气流的风速逐渐变小并最终完全停滞，使塔西南地区成 为整个塔里木盆地的尘降中心。尤其是最邻近昆仑山前的柯克亚周缘地区，更是具有 较低质量的尘土尘埃的集中沉积区。通过长期的积累，便逐渐在该地区形成了巨厚的 黄土覆盖区，同时由于常年缺少雨水，黄土层结构松散，速度很低，对地震波吸收衰 减非常大，导致地震资料的品质非常差，很多区域基本都是资料空白区。 从油气勘探前景来看，该区油气资源丰富，上世纪七十年代末就发现了柯克亚凝 析气田，并于八十年代投产开发至今，同时周边地表油苗显示活跃，展示了该区良好 的油气勘探潜力。但由于受地震资料品质的制约，自柯克亚凝析气田发现后，该区的 油气勘探就再也没有大的发现和突破【l 】。虽然在该地区先后也开展过几轮次的勘探技 术攻关工作，但由于受勘探装备及技术方法等多方面的影响，地震资料的品质仍然非 常差，无法满足勘探的要求，成为一块多年以来悬而未决的疑难勘探区块。 1 1 研究目的及意义 本选题的目的就是要针对长期制约柯克亚周缘巨厚黄土塬的激发与接收技术问 题，进行深入攻关研究，总结完善观测技术，积极探索黄土塬地区的地震采集技术， 为柯克亚周缘地区的下一步地震勘探提供指导依据。 研究的意义表现在： 1 ) 系统分析柯克亚周缘黄土塬的地震地质特点，详细剖析制约地震勘探进程的 关键因素，为具体的攻关方案提供依据； 2 ) 总结分析该地区多年来进行的激发接收攻关试验，围绕提高资料信噪比为核 心选择合理的激发接收方式，总结形成适合这一地区的激发接收技术； 3 ) 结合近年开展的宽线大组合地震攻关技术的深入分析，优化合理的观测方式， 为下一步塔西南柯克亚周缘的地震勘探提供技术指导。 1 2 国内外研究现状 黄土塬地震勘探的历史，在新中国刚刚成立的时候，以赵仁寿、苏胜甫、陆邦干、 潘祖福先生为骨干的第一个地震队，就在黄土塬上炸响了第一炮，潘瑗、杨怀彬、张 德忠、吕其鹏先生等参加了1 9 6 5 年冬至1 9 6 6 年春的六盘山地区黄土塬攻关，后续还 第一章前言 有很多专家陆陆续续参加了黄土塬地区的地震勘探攻关。更为重要的进入二十世纪九 十年代后，采用沟中弯线施工，进而到直测线施工，加之以合理的室内处理、解释技 术，使黄土塬地震资料的品质有了质的飞跃，1 9 9 6 年1 9 9 8 年陕北石油勘探项目经理 部在陕甘宁地区利用地震资料提交石油探明储量，结束了长庆油田依靠钻井提交储量 的历史【2 1 。 那么塔里木盆地柯克亚周缘的石油勘探历史也可以追溯带上个世纪的8 0 年代， 但是由于其巨厚的松散黄土覆盖，加之复杂的地下构造，主要勘探工作是在二十世纪 9 0 年代开始，主要开展的是小吨位可控震源及浅井组合激发，2 4 次覆盖，单边观测 系统，因激发效果差，覆盖次数低，主体构造两翼及深层基本无资料。进入二十世纪 后，开始进行二维地震攻关，主要采用单线采集( y c o o 6 7 8 采用了2 线1 炮) ，覆盖 次数总体仍然较低，并采用单井或组合井激发，资料品质均比较差。2 0 0 4 年以后， 主要采用宽线采集，大大提高了覆盖次数( 最高达到了7 2 0 0 次) ，同时黄土区基本都 采用多井组合激发，薄黄土区( 厚度小于1 5 0 m ) 资料品质有明显改善，但厚黄土区 的资料品质仍然比较差，难以满足构造解释的要求。 目前，东方公司关于巨厚黄土塬地震勘探有一套成型的技术一黄土塬地震勘探一 体化解决方案p a il o e s s ，数据采集方面主要包括：弯线、沟塬连线勘探技术、不规 则三维勘探技术、高精度静校正技术，但从塔里木盆地低信噪比地震勘探的经验来看， 这套解决方案对塔里木盆地柯克亚周缘存在不适应性，因此，本文从激发、接收和观 测等角度分析适合柯克亚周缘的地震采集方法，总结得出：宽线大组合加上多井组合 激发才是柯克亚周缘地震采集的发展趋势，这也是对p a ll o e s s 的补充和完善。 1 3 主要研究内容 研究目标：通过激发接收和观测技术的研究，形成能够在塔里木盆地巨厚黄土覆 盖区实施的地震采集方法。 研究内容： 1 ) 巨厚黄土塬激发技术研究。通过分析近年攻关的多井组合试验、组合井药量 试验、单深井等系统试验，以及双井微测井试验确定黄土区激发井深技术，探索大面 积多口浅井组合激发方式对资料信噪比的改善作用。 2 ) 巨厚黄土塬接收技术研究。通过分析近年攻关的盒式波试验以及检波器埋置 地下接收试验，研究大基距和多串检波器组合以及组合图形对不规则干扰波压制效 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 果。 3 ) 巨厚黄土塬观测方法研究。通过分析近年来加大排列、提高有效覆盖次数、 以及宽线采集方法攻关资料分析，提出更优化的观测方法。 1 4 论文结构安排 第一章前言部分介绍了塔西南地区的勘探前景和开展本项研究工作的重要性及 现实意义，提出了论文的研究目标、内容及开展研究工作采取的技术路线。第二章是 对柯克亚周缘的地理位置、地震地质特点及主要勘探历程，并对制约该去地震勘探的 三大技术难点进行了较详细的分析。第三章是对柯克亚周缘巨厚黄土塬地震采集技术 进行研究，本章是本次研究的重点研究部分，从激发、接收和观测三个主要方面对柯 克亚周缘地震采集技术进行研究，总结分析了2 0 0 0 年以来的攻关试验资料，总结了 形成了适合该地区的地震采集方法一“宽线+ 横向多串大组合接收+ 多井组合激发 三强联合的地震采集方法。第四章分析了三强联合的地震采集方法在塔西南地区的构 造勘探中所取得的效果，进一步说明该方法的优越性。最后是结论部分，回顾论文开 题以来完成的研究工作和所取得的研究成果和认识，分析了论文完成期间，研究工作 存在的问题和不足，并对今后该领域的研究工作提出了建议。 1 5 论文创新点 本文是在前人的研究的技术上有完善有创新，将宽线观测、大组合接收、多井组 合激发联合应用到一起，形成一种新的采集方法，为塔西南低信噪比地区的地震勘探 提出了一种切实可行的采集方法，提高了地震资料品质，填补了区域勘探资料空白， 为油田公司加快战略接替区的油气勘探进程奠定了技术基础。 3 第二章柯克亚周缘勘探概况 第二章柯克亚周缘勘探概况 柯克亚周缘地形地貌复杂，地表起伏剧烈，总体西南高、东北低，海拔1 3 0 0 3 2 0 0 m ( 图2 1 、图2 2 ) 。地表主要为巨厚的黄土覆盖，厚度一般为8 0 3 0 0 m ，最厚处可达 5 0 0 m 以上。巨厚的黄土之下为昆仑山西段山体的向北延伸部分，包括老的山体及山 前的砾石及戈壁区。 图2 1 柯克亚周缘地区地形地貌平面图 图2 - 2 柯克亚周缘地区地形地貌立体图 在地下，构造特征也极为复杂，处于西昆仑山由近东西一近南北走向的转折部位 ( 图2 3 ) ，从以往的地震剖面来看( 图2 _ 4 、图2 5 ) ，由于受到西昆仑山前带的强烈 冲断，扭曲和挤压作用，导致逆冲断裂、断块非常发育，主要目的层埋深变化比较大， 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 地震反射杂乱，同时很多中浅层地层缺失，构造特征极为复杂。 图2 - 3 攻关目标区区域构造特征图 图2 - 4 攻关区y c 0 0 - 1 1 地震削面 5 第二章柯克亚周缘勘探概况 图2 - 5 攻关区y c 0 0 - 6 9 2 地震削面 该区的地震勘探始于上世纪8 0 年代，大规模勘探主要集中在2 0 0 0 年- - 2 0 0 2 年， 2 0 0 3 年以来只有零星的几条攻关测线部署。自2 0 0 0 年以来，塔里木油田公司针对柯 克亚周缘巨厚黄土塬的勘探问题断断续续开展了多轮次的地震攻关，包括不同的激发 方法、接收方法及观测系统的研究和试验，同时还开展了地震与非地震方法结合的综 合表层结构调查和静校正技术攻关，取得了一定的成果和认识，但地震资料品质仍然 很差。2 0 0 0 年以来主要的地震采集( 攻关) 方法如下表： 表2 - 1 柯克亚周缘黄土覆盖区以往主要地震采集方法 2 0 0 0 年一2 0 0 2 年2 0 0 4 年一2 0 0 5 年 2 0 0 7 年 单线、3 线l 炮、3 线2 炮 测线类型单线、2 线1 炮3 线1 炮、4 线4 炮2 线3 炮、4 线4 炮、4 线9 炮 仪器型号 s n 3 8 84 0 8 。u l4 0 8 u l 震源类型可控震源、井炮井炮 井炮 采样问隔 2 m s2 m s 2 m s 记录长度 8 s8 s 8 s 接收道数 2 4 0 、4 8 0 、5 6 0 4 8 0 3 、4 0 0 44 8 0 ( 1 、2 、3 ) 、4 0 0 x 4 道距4 0 、3 0 、2 5 m 3 0 m3 0 m 炮距 8 0 ，4 0 ，6 0 ，5 0 m3 0 、1 2 0 m 3 0 、6 0 、1 2 0 m 1 2 0 ( 1 、2 、3 、6 ) 、5 0 覆盖次数 1 2 0 、1 4 0 、2 4 01 2 0 3 、5 0 1 6 1 6 1 0 0 1 6 、2 0 0 3 6 7 2 4 5 7 5 3 0 7 5 7 2 4 5 7 2 15 - 4 5 3 0 - 4 5 7 2 157 18 5 15 3 0 - 15 7 18 5 观测系统 9 6 6 0 1 0 0 - 4 0 - 1 0 0 9 6 6 0 5 9 8 5 1 5 3 0 - 1 5 5 9 8 5 5 9 8 5 1 5 3 0 k 1 5 5 9 8 5 1 1 2 6 m l o o - 4 0 1 0 0 - 11 2 6 0 接收参数3 串组合3 串组合3 串组合、4 串组合 1 口高速层2 4 k g ( 1 - 3 ) 口高速层，2 0 - 2 8 k 81 口高速顶下5 m x1 口4 0 m 2 4 k g 激发参数( 2 0 - 2 8 ) k g5 口2 0 、3 0 r e l o k g ( 卜l o ) t x ( 1 5 - 3 0 ) m ，舡1 1 2 l ( g 5 口x 4 0 m x l 2 k g9 口1 5 r e x 8 k g 1 5 口1 5 m 8 k g 6 中国石油大学( 华东) t 程硕士学位论文 攻关区2 0 0 0 年以前老资料大多采用小吨位可控震源及浅井组合激发，2 4 次覆盖， 单边观测系统，因激发效果差，覆盖次数低，主体构造两翼及深层基本无资料。在 2 0 0 0 年- - 2 0 0 2 年，主要采用单线采集( y c o o - 6 7 8 采用了2 线1 炮) ，覆盖次数总体 仍然较低，并采用单井或组合井激发，资料品质均比较差。2 0 0 4 年以后，主要采用 宽线采集，大大提高了覆盖次数( 最高达到了7 2 0 0 次) ，同时黄土区基本都采用多井 组合激发，薄黄土区( 厚度小于1 5 0 m ) 资料品质有明显改善，但厚黄土区的资料品 质仍然比较差，难以满足构造解释的要求。 通过对攻关目标区表层及深层地震地质条件的分析，结合以往攻关研究的经验及 认识，主要的技术难点有以下三个方面： 1 ) 巨厚黄土覆盖，地震波吸收衰减严重，资料信噪比低。 柯克亚周缘地区由于地处西昆仑山前，近地表条件非常复杂，表层结构变化剧烈， 典型的岩性组合( 图2 6 ) 。 图2 - 6 攻关区典型的表层结构岩性组合 其中最具代表性的表层结构为巨厚的黄土覆盖，黄土层厚度一般为8 0 3 0 0 m ，最 厚处超过5 3 0 m ，部分地区黄土层中还存在厚度较薄的高速砾石夹层，厚度一般为 1 - 3 m 。利用2 0 0 1 年表层攻关在巨厚黄土塬所完成的6 口超深微测井成果及2 0 0 7 2 0 0 8 年完成的常规微测井资料，可以得到巨厚黄土层的厚度与地震波传播时间的总 体变化规律一时深关系曲线( 图2 7 ) ，其时深关系可用下式来拟合： 丁= 5 1 5 6 h o 7 0 1 4 ( 1 1 ) 其中：丁为地震纵波单程旅行的垂直时间，单位为m s ； 为由地面往下的黄土层厚度，单位为m 。 7 第二章柯克亚周缘勘探概况 圈2 - 7 柯克亚周缘贡土层时一深关系曲线 利用上述黄土时深关系，可以进一步得到黄土层的速度一深度关系曲线( 图2 8 ) ， 其数学式子表示为： 圪= 1 9 3 9 5xh o 傩 ( 1 - 2 ) = 2 7 6 5 2 xh o 嬲 ( 1 3 ) 其中：圪为地震纵波由地面往下日厚度内的平均速度，单位为m s ： 为地震波在地面下日深度处的层速度，单位为m s 。 图2 - 8 柯克亚周缘黄土层速度一深度关系曲线 从上图可以看出，该区的黄土层具有两个明显特点：一是黄土层的连续介质特性， 即黄土的平均速度和层速度均随黄土层厚度的增加而增加；二是黄土层的速度比较 低，当黄土厚度达到1 0 0 m 时，其层速度只有l1 0 0 m s ，而平均速度还不到8 0 0 m s 。 这种巨厚并且松散的黄土地表，必然会对地震波的传播造成严重的吸收和衰减作用， 而地震资料采集时激发又难以打穿黄土层进而在高速层中激发，所以导致激发和接收 条件很差，地震资料的信噪比非常低。 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 根据经验公式【3 1 ，地层吸收品质因素q 与纵波的速度匕( 单位为k m s ) 有关： q 1 4x 匕砧 ( 1 - 4 ) 一般用q 值的倒数来表示地层对地震波吸收衰减的程度，q 值越小，对地震波的 吸收衰减作用就越严重。图2 - 9 为利用柯克亚周缘黄土层的层速度所得到的q 值的倒 数随黄土厚度的变化曲线，从中可以明显看出，地震波在近地表l o o m 厚度内的吸收 衰减程度占到了整个黄土层的吸收衰减量的绝大部分。 图2 - 9 黄土层吸收品质因素曲线 黄土吸收衰减的机制是由于黄土层中尘土颗粒之间含有大量的气体和不饱和水 分，当黄土层受到地震波的激励后，尘土颗粒与气体和液体发生挤压、喷涌等作用， 使地震波的能量迅速消耗1 4 j 。 2 ) 剧烈起伏的黄土塬地貌，各种干扰波发育，进一步降低了资料的信噪比。 由于受原始地貌的影响及长期的水系冲刷、切割作用，巨厚的黄土盖层形成了沟、 峁纵横交错的黄土塬地貌，断崖、陡坎密集分布，地形起伏剧烈。这种复杂的黄土塬 地貌，不仅会对地震波造成吸收衰减，同时还会带来强烈的背景噪音( 图2 1 0 ) 。 9 第二章柯克亚周缘勘探概况 图2 1 0 攻关目标区典型的干扰波类型 这些干扰波主要以下三种类型： ( 1 ) 源生干扰：主要有面波、折射波等，由于松散巨厚的黄土盖层，面波还会出 现严重的频散现象； ( 2 ) 次生干扰：包括黄土低界的多次折射、二次面波及由断崖等引起的侧面波等， 这种类型的干扰波其规律性一般也较强，比较容易识别出来； ( 3 ) 散射干扰：主要是由于各种强能量地震波遇到近地表的非均匀介质后产生， 如黄土层不均匀分布，沟、峁、梁等起伏地貌，散射干扰的规律一般比较差，在速度 上既有低速散射也有高速散射，在频率上既有低频散射也有高频散射，不容易识别出 来。 由于各种大量发育的干扰波的存在，严重湮没了能量较弱的有效反射波，导致了 单炮上原始资料的信噪比进一步显著降低，给去噪和有效波识别等室内资料处理工作 带来了很大的难度。图2 1 1 所示，在原始记录上，基本只能看见强烈的面波、多次 折射及散射干扰，而只有在经过一系列的加强去噪后，才能隐约识别出有效反射同相 轴。 1 0 中国石油大学( 华东) t 程硕士学位论文 l s 2 s 3 s 图2 1 l 去噪前后单炮记录对比 3 ) 断裂断块发育，构造特征及波场复杂，地震成像难度大。 由于攻关目标区处于西昆仑山前的转折地带，受强烈的逆冲、推覆和挤压扭曲作 用，地层破碎严重，断裂断块非常发育，构造特征极为复杂，导致地下反射杂乱，波 场也十分复杂，资料处理和成像效果很差，以往很多测线大部分为资料空白( 图2 1 2 ) 。 图2 1 2目标区以往典型二维地震羽 l l 第三章巨厚黄土塬地震采集技术研究 第三章巨厚黄土塬地震采集技术研究 针对攻关目标区复杂的表层及深层地震地质条件，本次攻关的思路是：在充分总 结分析以往勘探和攻关研究经验的基础上，重点从组合激发和组合接收入手，进一步 做好激发与接收方法的优化，努力改善巨厚黄土塬的激发和接收效果，提高原始资料 的信噪比。同时开展宽线采集攻关，通过大幅度增加覆盖次数，来达到提高深部目的 层及中浅层反射信噪比与成像效果的目的。 3 1 巨厚黄土塬的激发技术研究 实践表明，地震资料采集时在高速层中激发是改善激发效果进而提高资料品质最 为有效的途径。但是在本地区，由于大部分地表被巨厚黄土覆盖，受目前的钻井能力 及勘探成本的限制，绝大部分炮点均难以实现高速层中激发，而只能在降速层中激发。 因此，根据巨厚黄土覆盖的实际特点，采取怎样适合的激发方法至关重要。针对这种 情况，多年来的生产和研究中，先后开展了大量的激发方法研究和试验工作，主要包 括： 1 ) 震源与井炮激发对比 2 ) 炸药类型对比试验( 乳化炸药，低密、中密、高密硝铵炸药，t n t 炸药) 3 ) 井炮不同激发参数试验( 井深、井数、药量) 4 ) 井炮不同组合方式试验( 线性组合、面积组合) 5 ) 井炮不同封井方式试验( 干沙封井、泥浆封井、水泥封井) 通过以上研究试验，取得了一些有益的认识：即采用多井组合、总体较大药量激 发是提高巨厚黄土覆盖区激发效果的有效途径之一。同时，也存在一些认识不清或不 足的地方，如井深及药量问题，需要进一步地加以优化和改进。 为此，本选题详细分析了2 0 0 0 2 0 0 7 年目标区内的激发试验资料，并在野外进行 了一些针对性的补充性激发试验工作，重点从组合方式、井深确定、药量选择、组合 井距等几个方面进行分析论证。通过对激发方法的优化设计，最终形成了一套利用多 井组合、适当井深、单井较小药量总体较大药量的激发方式，有效地提高了巨厚黄土 塬的地震波激发能量和地震资料的信噪比。 3 1 1 单井高速层中激发 在详细表层结构调查的基础上，在钻井能力范围内能实现高速层激发的炮点，尽 量采用单井高速层中激发，可以在激发环节直接避开松散黄土对地震波能量的吸收衰 1 2 中国石油大学( 华东) t 程硕士学位论文 减作用，明显提高激发的效果。图3 1 为分别采用组合井在降速层中及单井在高速层 中激发的单炮记录，两个炮点相距1 3 2 0 m ，大部分排列重合。很显然，由于实现了在 高速层中激发，因此有效地避开了黄土层对激发能量的各种影响，所以单炮记录的信 噪比较高。但在巨厚黄土覆盖的地区，往往只有极少的炮点能够做到在高速层中激发。 3 1 2 多井组合降速 通过调研分析， 图3 1 降速层( 左) 与高速层( 右) 激发对比记录 层激发 目前现有的井炮激发方式都是基于炸药爆破理论这个基础f 4 j ，并 利用震源药柱的爆炸方向特性和延迟叠加特性，进而演变出不同的激发方式，大致可 以概括为三种类型。 譬雯8 ； ( a ) 长药柱激发( b ) 延迟爆炸激发 j ( c ) 多井组合激发 图3 - 2 三种井炮激发方式 1 3 第三章巨厚黄土塬地震采集技术研究 如图3 - 2 所示，假设炸药的爆速为收，井壁介质的速度为k 。根据弹性波动力学 特征，对长药柱采用顶端起爆的正向激发方式，由于炸药爆炸时本身固有的迟滞性( 方 向性) ，可把长药柱简化为多个等药包的组合爆炸，当爆速等于药柱附近介质速度时， 即圪= k ，各药包的波前面在垂直向下的方向上是同相叠加的，垂向应力成倍增加， 而在其他方向上各药包波前为异相。因此长药柱激发具有很强的定向性，且最大的应 力方向垂直向下，有利于纵波的激发和传播。当然这是在理想情况下，实际在野外很 难做到爆速和地层速度完全相同，而往往是第二种情况( 图中a 所示) ，即在近地表 炸药爆速一般都会比地层速度高。因此长药柱爆炸后其最大应力分布将成漏斗状分 布，且药柱越长、速度差异越大，漏斗状波前的形状就越尖锐，也就越不利于形成所 需要的地震纵波，其角度可用下式表示： c o s 口：丘 ( 3 _ 1 ) 为此，科技人员研究出了另外一种替代型激发方式( 图中b 所示) ，即通过在长 药柱中分节填充一部分爆速较低的导爆索或阻爆材料，或者直接采用微差起爆的方 式，使整体上药柱的爆速与地层速度相同。这种方法在理论上也是可行的，但在实际 应用上会面临许多难题，首先就是爆速很难控制，容易出现拒爆和爆炸不全，难以达 到设计要求。最重要的是野外的近地表岩性不会是均匀的，而往往在平面上有很大变 化，也就是速度的变化会很复杂，因此延迟爆炸药柱的适用性就会大打折扣。 第三种激发方式( 图中c 所示) 是由长药柱激发进一步发展而来的，在实际地震 资料采集中，很多情况下近地表的岩性比较松散，速度比较低，为了获得具有足够能 量的地震纵波，往往需要采用较大的药量来激发。这就会带来一个问题，如果采用单 井激发，药量越大药柱就越长，根据前面的分析可知，激发能量垂直向下的方向性就 越差，而会产生各种干扰的侧向激发能量就越强，这显然不是我们所希望的。这种情 况下最好的激发方式就是组合激发，即通过采用多口井组合同时激发，可以适用较小 的单井药量( 药柱长度较短) 而总药量可以不减小。同时，通过各激发井应力波场的 相互作用，能够形成一个近似的垂直向下的平面波来增强激发能量的下传能力。 下面根据巨厚黄土层的表层结构特点，来进一步分析究竟应该采用哪种激发方式 更为合适。根据在柯克亚周缘巨厚黄土塬的微测井表层调查结果，其表层结构基本都 遵循以下规律( 图3 3 所示) ：从地表往下一、二十米厚为干燥的松散黄土层，其速 度非常低，一般为3 0 0 - 5 0 0 m s ，可以把这一层称为低速层；低速层的下面为具有一 1 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 定压实作用的巨厚黄土层，厚度几十米至几百米不等，其速度随厚度变化，通常为 6 0 0 一1 5 0 0 m s ，一般把这一层划归为降速层：再往下便是砾岩或老地层山体，即所谓 的高速层，其速度一般都在2 0 0 0 m s 以上。从其表层结构的变化规律来看，其速度在 垂向上的变化具有两个台阶( 图中a ) ：第一个台阶位于黄土层中，为低速层与降速 层的界面，该台阶的速度变化梯度较小，反射系数r 一般在o 3 以内；第二个台阶位 于黄土低界与下伏的高速层之间，由于介质的密度和速度差异很大，所以表现为一个 很强的波阻抗界面，反射系数r 一般在o 3 以上，最大值可达到o 7 左右。 图3 - 3 柯克亚周缘巨犀黄土层表层结构特点及其对激发能量下传的影响 在这种巨厚松散黄土覆盖的复杂表层条件下，激发上最好的办法就是打穿低、降 速带在高速层中( s 2 面以下) 激发。但实际却很难做到，而只能在降速层中( s l 与 s 2 之间) 激发，这就会给激发效果带来一系列问题： 1 ) 松散黄土对激发能量及地震波的吸收衰减； 2 ) 地震波在连续介质中因回折波逸散而导致的能量损失( 图中b ) ； 3 ) 黄土底界与下伏高速地层之间的强波阻抗界面导致的地震波入射能量屏蔽。 这种情况下，比较有效的办法就是采用前面所说的第三种激发，即采用多井组合 激发，通过组合激发形成较强的平面波来增加下传能量( 图中c ) 。下图为巨厚黄土 塬在低速层中采用不同组合井数激发的对比滤波记录，激发井深为l o m ，黄土层的速 度为5 0 0 m s ，很显然，参与激发的组合井数越多，单炮资料的信噪比就越高，激发 效果就越好。 第三章巨厚黄土塬地震采集技术研究 图3 _ 4 黄土区低速层中不同组合井数激发对比记录( b p ：2 8 一s 回 图3 5 为巨厚黄土塬在降速层中采用不同井数激发的对比滤波记录，激发井深为 4 0 m ，黄土层的速度为8 8 1 m s ，同样可以明显看出，单井激发的效果比较差，而组合 并激发的效果比较好，且组合井数越多，单炮的信噪比就越高。 麟黼渊瓣黼 鬣麓落隧戳藕蕊漤燃麓藕潼溪嚣蕊鬟鎏菇瓣遴懑嚣潮 图3 5 黄土区降速层中不同井数激发对比记京：( b p ：1 5 - 4 5 ) 另外，激发环节提高地震波能量的方法是增加激发药量，具体实现方法有单井大 药量激发或单井较小药量多井组合激发，进一步的分析也表明采用后一种方式更有优 势。 一般认为，弹性波振幅谱极大值彳和药量q 满足关系【5 j ： a = c o 朋 ( 3 - 2 ) 式中：彳一转化为地震波的能量 q 一激发药量 c 一与激发岩性相关的常数( 取值1 o 左右) 16 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 脚一与激发药量相关的常数( 介于0 1 和1 o 之间) 上式中的参数c 、朋通常可以通过野外试验进行最小均方差拟合后得到，由此可 见，地震波能量与药量并非呈线性关系。其中聊随不同的药量变化很大，当q 较小 时，m 近似于l ，即炸药激发产生的地震波的振幅与药量q 成正比；随着q 值的增 大，m 值逐渐减小，根据很多地区的野外试验及最小均方差拟合结果，当q 值在1 0 - - 2 0 k g 左右时，m 值一般在0 3 左右。 图3 _ 6 激发药量与地震波能量的关系曲线 图3 - 6 为药量与地震波能量的关系曲线( m 取值1 3 ) ，从中不难看出，当q 大到 一定程度时，a 随q 增大的趋势变缓慢，也就是说，激发药量到达一定程度对地震 波能量的贡献就会变小，单井大药量激发弹性波能量增加有限，也就是说大部分q 用于围岩介质的破坏作用，同时带来强烈的激发噪声，而只有小部分q 转化为弹性 能量。而采用单井适当药量结合多井组合，可以有效提高激发能量向弹性波能量的转 化率，更有利于对激发效果的改善。 实际的试验资料也进一步说明了这个问题，图3 7 为在柯克亚周缘巨厚黄土塬的 不同组合井激发试验记录，均采用1 5 m 在降速层中激发，图中左边的为7 口井组合 单井药量8 k g ，中间的为1 5 口井组合单井药量8 k g ，右边的为7 口井组合但总药量与 中间的相同。可以明显看出，在单井药量保持不变的情况下，通过增加组合井数激发 的单炮信噪比有明显提高，而组合井数不变只是单纯地增加单井药量激发的单炮信噪 比没有改善，同时各种背景噪音相对也更强些。因此，增加组合井数比增加药量激发 效果改善更加明显。 1 7 2 ) 降速黄土层虽然其速度随着深度的增加而增加，但增加幅度非常缓慢，因此 要想在速度较高的黄土层中激发，其井数将显著加大。同时，由于降速黄土层中还存 在一些不稳定分布的高速砾石夹层，其速度基本在2 0 0 0 m s 左右，但厚度却比较薄， 野外表层调查很难调查清楚。当降速层以下激发深度过大时，容易因厚黄土层中的高 速夹层产生明显的虚反射进而影响最终的激发效果。 下面以实际资料对以上两点加以说明。图3 8 为采用9 口组合井分别在低速黄土 1 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 及降速黄土层中激发的对比记录，其中低速黄土层的速度3 6 0 m s 、厚度8 6 m ，降速 黄土层的速度5 9 7 m s 、厚度2 6 2 m ，再往下为速度更高的黄土层。可以看出由于采用 1 5 m 井数激发时避开了表层松散干燥的低速黄土层，所以激发效果明显要好。 图3 8 低速( 左) 及降速( 右) 黄土层中组合井激发对比记录( n p ：z s - s s ) 图3 - 9 为巨厚黄土塬采用双井微测井调查的记录，该点的黄土层分别在l o m 及 2 2 m 深度处有两个速度变化较小的界面。从井底接收的记录上，首先可以明显地分辨 出源自地面的虚反射a ，同时也能看出由两个速度变化较小界面引起的虚反射b 、c 。 只是由于地面的波阻抗值更大，所以虚反射a 的能量很强，而下面两个界面的波阻抗 值较小因此虚反射的能量较弱，且由于地震波的速度及频率相对较高，所以两者混在 一起，但也可以明显看出混波现象及波形畸变。 1 9 第三章巨厚黄土塬地震采集技术研究 图3 - 9 双井微测井调查井底接收记录 因此，如果黄土层中存在高速夹层，引起虚反射的波阻抗值会很大，如果在高速 夹层以下的激发深度过大，就会带来严重的虚反射干扰。图3 1 0 为巨厚黄土塬实际 的试验记录，试验点的黄土层存在两个较为明显的降速层，第一降速层的厚度与速度 为3 2 5 m 及7 7 5 m s ，第二降速层的速度为1 1 4 5 m s ，试验分别在第一降速顶以下5 m 及第二降速顶以下5 m 激发。可以明显看出( 箭头所标示) ，采用第二降速顶以下激 发时，不管是单井还是组合井，都存在明显的虚反射现象，虚反射的时间约为4 0 m s 。 根据降速黄土层的速度，可以预测该虚反射应该来自与第一降速层中，即在深度约为 2 7 m - - 3 1 m 处应该存在一个高速夹层，只是由于微测井井中激发的点距较大而没有调 查出来。 一一，一一哪w f 7 l 1 5 ：1 x 4 6 晦赫写 1 5 口x g m x j l l ( g 11 2 1x 4 6 8 q l f 2 4 k a 叉 一x篱k 孝j ，。一。? 潦煮蓑 j 、- 、飞 ” 荔霸 壶孽_ ：ti ，- 一拳交 ：皇毫i # ；j 。j ：灞 囊多。i 瀚 藩：羹： 爹辫麓黪誉 l 一一：”l ， 。一一一j：蠢蠹 肇i ，一譬= 一鬟 毛t 。：囊- - ，：4 斟：j ，j 一：r ? 蓬 咎i8 ：；毒j 。一；o 走 莶蕴j 一 莨l 二兰：量：霉： 凌i ：i 二叠五逸如函；：绝盛tl i 图3 - 1 0 巨厚黄土塬激发井深对比试验 综合考虑激发效果、虚反射影响及勘探成本等因素，在激发井深的设计上，认为 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 以第一降速层以下5 m 较为合适。 3 1 4 组合井距离的设计 组合井的优点就在于在同一平面上同时激发，减少作用于侧边的能量，形成向下 的激发面，另外组合井对于压制噪音也能起到积极作用。在实际应用时，还要考虑组 合井距的选择问题，井距过大或过小都达不到组合激发的效果。从组合激发的应力场 分布及提高炸药爆能向弹性波能量的利用率来分析，组合井之间的距离应该略大于炸 药爆炸后形成的破碎区及塑性变形区及所谓的爆炸直径。 根据爆炸理论，在球形装药的情况下，炸药爆炸半径的确定有以下经验公式【5 】： r = 1 4 3 q 1 7 3 ( 3 - 3 ) 式中：置一爆炸半径 q 一药量 需要注意的是，由于用于地震勘探的震源药柱通常并非为球形装药，而主要以长 药柱为主，因此实际的爆炸半径一般都会比利用上式计算的要小一些。 综合以上的分析研究，最终确定采用了如下的激发方法： 1 ) 可实现高速层激发时，采用l 口x 高速顶下5 m x 2 4 k g 高密硝胺。 2 ) 不能实现高速层激发时：采用51 2 1x 第l 降速顶以下5 m x1 0 k g ，最小激发深 度1 5 m ，井组合方式：在保证炸药顶处于同一水平面的前提下可灵活采用面积组合和 线性组合( 图3 1 1 ) ，井间距5 - 8 m 。 图3 - 1 1 几种组合井激发方式 3 2 巨厚黄土塬接收技术研究 巨厚黄土塬在地震资料采集上对接收的影响主要有三个方面：一是吸收衰减问 题，二是检波器与松散黄土表层的耦合问题，三是黄土塬地貌引起的各种干扰问题。 2 l 第三章巨厚黄土塬地震采集技术研究 针对上述接收问题，在前期的生产过程中也开展过相关的研究与试验工作，包括检波 器埋深试验，组合接收检波器串数试验及不同