摘要：中國(guó)南方碳酸鹽巖廣泛分布，地形高陡，地下構(gòu)造復(fù)雜，勘探區(qū)因裸露碳酸鹽巖的存在，致使地震資料信噪比低，制約了這些區(qū)域的油氣勘探進(jìn)程。中國(guó)石化勘探南方分公司在這些地區(qū)開展了多輪采集技術(shù)方法攻關(guān)，取得了較好的攻關(guān)成果，資料品質(zhì)得到了提高，地下地質(zhì)特征更加清楚。以中國(guó)石化勘探南方分公司多年來(lái)的采集實(shí)踐為基礎(chǔ)，從目前的采集技術(shù)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題出發(fā)，對(duì)碳酸鹽巖裸露區(qū)的表層調(diào)查方法、觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、激發(fā)接收因素的選取等方面提出見解和認(rèn)識(shí)：南方碳酸鹽巖地區(qū)的地震勘探要圍繞著如何提高資料信噪比來(lái)開展；上述地區(qū)的地震勘探是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，單項(xiàng)技術(shù)難以取得明顯效果。

關(guān)鍵詞：中國(guó)；南；碳酸鹽巖；地震勘探；信噪比；分辨率

    中國(guó)石化勘探南方分公司(以下簡(jiǎn)稱勘探南方分公司)所登記的礦權(quán)區(qū)塊地表多為碳酸鹽巖裸露區(qū)(如鎮(zhèn)巴地區(qū)、黔中及周緣、江南雪峰推覆帶，湘鄂西及川西南等區(qū)塊)，由于復(fù)雜的山地地表和地下地質(zhì)構(gòu)造(山前逆掩推覆帶或高陡構(gòu)造)，導(dǎo)致了這些地區(qū)的地震資料信噪比低，嚴(yán)重制約了這些區(qū)域的油氣勘探進(jìn)程。經(jīng)過(guò)多年的地震采集和攻關(guān)，針對(duì)不同地表及地下地質(zhì)條件形成了一系列有效的采集技術(shù)，地震資料的信噪比也有大幅度的提高，復(fù)雜構(gòu)造的地震成像效果明顯改善^[1]。

    1) 觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。通過(guò)廣泛應(yīng)用基于地質(zhì)模型和地震波傳播特征分析的觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、速度建模、正演模擬等技術(shù)，取得了良好的應(yīng)用效果。采取多道數(shù)、小道距、長(zhǎng)排列、高疊次的觀測(cè)系統(tǒng)能一定程度地改善石灰?guī)r區(qū)的資料品質(zhì)。

    2) 針對(duì)勘探目標(biāo)的激發(fā)技術(shù)。開展地質(zhì)調(diào)查，分區(qū)、分片、分段設(shè)計(jì)井深，優(yōu)選激發(fā)參數(shù)——單深井(18～24m)、大藥量(18～22kg)；在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，根據(jù)“五避五就”原則布設(shè)炮點(diǎn)。

    3) 基于壓制干擾、保護(hù)高頻有效信號(hào)的接收技術(shù)。多串檢波器面積組合接收技術(shù)：每道24個(gè)低頻檢波器(10Hz)面積組合接收；檢波器挖坑埋置，坑深超過(guò)20cm。

    4) 多種手段相結(jié)合的表層調(diào)查技術(shù)。

    5) 地質(zhì)、地震、非地震一體化綜合勘探的技術(shù)。

1.2.1 激發(fā)問(wèn)題是石灰?guī)r區(qū)首要問(wèn)題

    碳酸鹽巖具有高密度、高速度的地球物理特征，在碳酸巖中激發(fā)時(shí)縱波僅有較少的能量穿透碳酸鹽巖，相當(dāng)部分能量在水平方向上傳播(面波)，穿透碳酸巖的能量一些被折射(折射波)，一些穿過(guò)較厚的地層達(dá)到碳酸鹽巖底，反射和透射的縱波能量相當(dāng)?shù)?。因此在碳酸巖中激發(fā)的初始振幅越小，整體能量弱，信噪比低^[2～3]。

1.2.2 接收問(wèn)題

    由于地震波在碳酸鹽巖中能量衰減、干擾發(fā)育等原因，導(dǎo)致石灰?guī)r區(qū)接收條件差(圖1)，因此石灰?guī)r區(qū)的接收問(wèn)題也是該區(qū)地震采集的主要問(wèn)題。

1.2.3 劇烈的地表起伏引起的靜校正問(wèn)題

    由于表層結(jié)構(gòu)的縱橫向變化劇烈，表層調(diào)查所建立的表層模型仍然存在一定的誤差，導(dǎo)致了靜校正問(wèn)題依然突出。

 

    微測(cè)井是目前南方碳酸鹽地區(qū)常用的有效表層調(diào)查方法之一，但由于山地表層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用等密度控制點(diǎn)、網(wǎng)觀測(cè)的方式難以準(zhǔn)確勾畫表層結(jié)構(gòu)的變化。因此對(duì)微測(cè)井的觀測(cè)方法進(jìn)行了改進(jìn)，措施包括：變等密度觀測(cè)為不等密度觀測(cè)，在表層結(jié)構(gòu)變化大的地段加密觀測(cè)點(diǎn)；通過(guò)微測(cè)井、生產(chǎn)井的重復(fù)使用，降低成本，加大微測(cè)井密度；開展二次表層調(diào)查，生產(chǎn)前先完成3×3km密度的微測(cè)井測(cè)網(wǎng)觀測(cè)，為激發(fā)因素的選取提供表層資料，并形成初始表層結(jié)構(gòu)模型，最終完成1×1km密度的微測(cè)井測(cè)網(wǎng)觀測(cè)，修正初始模型。

    另一方面，開展地質(zhì)調(diào)查，為表層調(diào)查點(diǎn)點(diǎn)位布設(shè)、表層綜合建模、激發(fā)點(diǎn)位和激發(fā)因素選取、地震剖面的解釋等工作提供指導(dǎo)依據(jù)。

    在表層結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜的地區(qū)，也嘗試采取淺層反射、折射法、電法等表層調(diào)查方法，結(jié)合微測(cè)井及巖性錄井的成果，來(lái)精確地求取表層模型。

    射線追蹤技術(shù)只能對(duì)較簡(jiǎn)單的地下構(gòu)造區(qū)設(shè)計(jì)觀測(cè)系統(tǒng)，而針對(duì)復(fù)雜的地下地質(zhì)目標(biāo)體，采用基于波動(dòng)方程理論的照明度分析設(shè)計(jì)技術(shù)，得到最佳的生產(chǎn)采集因素，以提高采集資料的品質(zhì)。

    值得一提的是，勘探南方分公司的外圍新區(qū)大都為碳酸鹽巖區(qū)，勘探程度低，處于區(qū)域勘探階段，部署的測(cè)線長(zhǎng)、跨度大，地層傾角、地層埋深橫向變化大。在實(shí)際施工過(guò)程中，根據(jù)目的層的埋深分區(qū)采取了不同排列長(zhǎng)度的觀測(cè)系統(tǒng)。

    關(guān)于疊加次數(shù)：從石灰?guī)r區(qū)的實(shí)際資料來(lái)看，提高覆蓋次數(shù)是提高剖面信噪比的有效途徑，提高疊加次數(shù)可明顯的改善剖面品質(zhì)。

    對(duì)于老地層出露區(qū)(逆掩推覆帶)，由于目的層埋深淺，設(shè)計(jì)的覆蓋次數(shù)要考慮處理切除后的實(shí)際疊加次數(shù)。為此，可通過(guò)2種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)：一是減小道距、減短排列長(zhǎng)度，使有限的排列長(zhǎng)度內(nèi)的接收道數(shù)盡量地多；二是通過(guò)增加設(shè)計(jì)疊次，提高目的層的實(shí)際疊加次數(shù)。

    關(guān)于道距選擇問(wèn)題。小道距有利于提高地震采集的橫向分辨率，但目前南方碳酸鹽巖地區(qū)應(yīng)以提高信噪比為主，從實(shí)際資料看，30～40m的道距比較合適。

    總之，針對(duì)南方碳酸巖鹽地區(qū)復(fù)雜的地下結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用基于波動(dòng)方程的照明分析技術(shù)、靈活多變分區(qū)分段設(shè)計(jì)不同的觀測(cè)系統(tǒng)、適當(dāng)增加疊加次數(shù)、采取適中的道距等，這些都是提高信噪比的手段。

2.3.1 激發(fā)條件的改善

    碳酸巖區(qū)激發(fā)條件差，但隨著激發(fā)點(diǎn)的含泥性、含水性、地層產(chǎn)狀、地層破碎程度及地表高程的不同，激發(fā)效果也有較大的差異?？偟膩?lái)講，含泥質(zhì)較高、含水性較好、地層完整、產(chǎn)狀平緩、地表高程較低地段的激發(fā)效果相對(duì)較好，這些地段是激發(fā)優(yōu)選目標(biāo)。

    另外，在碳酸巖區(qū)，地震鉆井前通過(guò)表層調(diào)查資料獲得表層速度模型，盡量選擇在速度較高的圍巖中激發(fā)，特別避免在低速夾層中激發(fā)，可減輕低速折射波、多次折射波(槽波)的出現(xiàn)。根據(jù)地震波的傳播原理，當(dāng)高速層中間夾低速層時(shí)，在低速夾層中激發(fā)，大部分能量會(huì)在低速層內(nèi)橫向傳播，并形成地面振動(dòng)(槽波)，成為干擾。

    綜上所述，野外采集時(shí)要在精細(xì)表層調(diào)查的基礎(chǔ)上，按巖性、破碎程度、含水性、速度、產(chǎn)狀及地形更加精細(xì)地選取激發(fā)點(diǎn)位，并分區(qū)逐點(diǎn)設(shè)計(jì)激發(fā)參數(shù)。

2.3.2 激發(fā)井深和藥量的選擇

    根據(jù)球腔震源的縱波位移方程^[4～5]：假設(shè)介質(zhì)泊松比為0.25，則縱波的位移方程式為：

   

式中：u為縱波的位移；a為球腔半徑；p₀為作用于腔壁上的起始應(yīng)力；μ為切變模量.r為波傳播的距離；r為波傳播的時(shí)間；k為圓頻率，。

    由u、k的表達(dá)式可知：①激發(fā)產(chǎn)生縱波質(zhì)點(diǎn)位移與介質(zhì)縱波速度成反比，而介質(zhì)速度隨介質(zhì)密度的增大而增大；②激發(fā)子波頻率與波速成正比。因此，在致密的碳酸鹽巖中激發(fā)的波振幅小、頻率高。

    按照以上分析，提高碳酸巖區(qū)的激發(fā)振幅是解決激發(fā)問(wèn)題的關(guān)鍵：一是可合理增加藥量來(lái)提高激發(fā)初始振幅；二是合理增加激發(fā)井深甚至采取超深井(50m以上)激發(fā)，也可以提高激發(fā)有效能量(圖2)。

 

    考慮到施工成本、施工效率和資料品質(zhì)等方面的因素，生產(chǎn)過(guò)程中可以部分井采取超深井激發(fā)，并適當(dāng)降低疊加次數(shù)，減少炮數(shù)、按少放炮多鋪道的原則，可以一定程度地緩解超深井所帶來(lái)的成本增加矛盾。

    碳酸巖區(qū)的接收是另一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，接收效果的好壞與檢波器個(gè)數(shù)、檢波器的組合圖形以及檢波器的型號(hào)等都有很大關(guān)系。

    檢波器的組合個(gè)數(shù)。增加檢波器個(gè)數(shù)有利于壓制噪聲水平，對(duì)碳酸巖地區(qū)理論上講檢波器組合個(gè)數(shù)越多越好，但實(shí)際又不能過(guò)多。從以往盒子波及檢波器個(gè)數(shù)對(duì)比試驗(yàn)來(lái)看，兼顧質(zhì)量和效率，每道不少于24個(gè)，以每道36個(gè)檢波器組合更好。

    檢波器的組合圖形。表1為黔中地區(qū)盒子波調(diào)查所得到的干擾波參數(shù)表，從干擾波調(diào)查結(jié)果來(lái)看，碳酸巖地區(qū)主要發(fā)育有低頻干擾(波長(zhǎng)長(zhǎng))。為壓制低頻干擾，要求檢波器的組合基距要足夠大，檢波器要按設(shè)計(jì)圖形盡量放開。

    由于地形復(fù)雜，檢波器難以按設(shè)計(jì)圖形鋪放，可行的施工方案是：①鋪放檢波器時(shí)沿地形等高線布設(shè)，盡量保證較大的組合基距；②放大檢波器組合高差的限制，設(shè)有效波的最高保護(hù)頻率為60Hz，以檢波器間反射波時(shí)間差小于T/4計(jì)算，給定不同的速度，便可以求出允許的道內(nèi)最大組合高差，由于碳酸巖裸露區(qū)表層速度高(大于3000m/s)，檢波器組合

高差可放寬至5m。

    通過(guò)多年來(lái)在碳酸巖區(qū)的勘探和攻關(guān)，碳酸巖區(qū)的地震資料品質(zhì)均有較大程度的提高，并且形成和發(fā)展了一系列針對(duì)碳酸巖區(qū)的地震采集技術(shù)。2006年在雪峰隆起區(qū)獲得的剖面(圖3)推覆構(gòu)造特征明顯，基底反射清晰，較好地解剖了雪峰隆起的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)該區(qū)有了準(zhǔn)確的地質(zhì)認(rèn)識(shí)；在通南巴及鎮(zhèn)巴地區(qū)開展了多次攻關(guān)，獲得的剖面品質(zhì)(圖4)與老剖面相比均有較大的改善。還有在黔中隆起等多個(gè)地區(qū)的剖面也都取得了類似的滿意效果。

    1) 南方碳酸鹽巖地區(qū)的地震勘探要圍繞著如何提高資料信噪比來(lái)開展，而信噪比和分辨率之間是一對(duì)矛盾。就目前碳酸巖地區(qū)的勘探技術(shù)水平、勘探工藝和勘探程度來(lái)看，應(yīng)以提高資料信噪比為主。

    2) 南方碳酸巖地區(qū)的地震勘探是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，單項(xiàng)技術(shù)難以取得明顯效果。因此，要求按照采集、處理、解釋一體化的工作思路，不斷提高認(rèn)識(shí)，綜合應(yīng)用多種方法技術(shù)，實(shí)現(xiàn)由量變到質(zhì)變的飛躍！

[1] 劉樹田.地震勘探中炸藥震源藥型選擇問(wèn)題研究[J].石油物探，1999，38(4)：66-73.

[2] 錢紹瑚，劉江平，谷永興.炸藥震源爆炸機(jī)制及激發(fā)條件研究[J].石油物探，1998，37(3)：1-14.

[3] 任義慶，李勤學(xué)，馬在田，等.地震爆炸震源模擬[J].石油物探，1998，37(3)：15-21.

[4] 張智，劉財(cái)，邵志剮，等.地震勘探中的炸藥震源藥量理論與實(shí)驗(yàn)分析[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2003，18(4)：724-728.

[5] 凌云.激發(fā)藥量與藥型分析[J].石油地球物理勘探，2001，36(5)：584-591.

　

(本文作者：李仲遠(yuǎn) 中國(guó)石化勘探南方分公司)