復(fù)雜近地表結(jié)構(gòu)對高分辨率地震勘探的影響

復(fù)雜近地表結(jié)構(gòu)對高分辨率地震勘探的影響

0復(fù)雜地表激發(fā)環(huán)境地震資料品質(zhì)分析隨著油氣勘探領(lǐng)域的發(fā)展，地震勘探的目標(biāo)逐漸從構(gòu)造研究轉(zhuǎn)向巖性研究。薄藏性油氣藏和小隱蔽性油氣藏逐漸成為中國勘探的主要方向。因此，有必要高精度地震勘探提供高分辨率地震資料，并具有高信噪比。高識別地震勘探技術(shù)是探索隱藏結(jié)構(gòu)、隱藏存儲層和特定巖性油氣藏的基礎(chǔ)。我們可以進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)描述、層序地層學(xué)和沉積相研究、巖性預(yù)測等，更好地指導(dǎo)油氣勘探的開發(fā)。高分辨率地震勘探技術(shù)包括野外采集、內(nèi)部處理和結(jié)果解釋。許多中國科學(xué)家在陸地地震勘探的激發(fā)方法上進(jìn)行了大量研究[7、8、9、10、11、12、13、14、15、16]。在前人的基礎(chǔ)上，本文對各種復(fù)雜地表的激發(fā)環(huán)境進(jìn)行了分析，總結(jié)了復(fù)雜地表條件對地震勘探數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響，并指導(dǎo)了復(fù)雜地表地震勘探數(shù)據(jù)的優(yōu)化，提高了地震資料的質(zhì)量。1炸藥源的勵磁參數(shù)1.1炮點和藥量的影響c陸上地震勘探激發(fā)效果與炸藥震源的性質(zhì)密切相關(guān),炸藥震源的藥量大小、特性阻抗、幾何尺寸等因素都會影響激發(fā)子波的振幅和頻率.根據(jù)激發(fā)子波振幅、主頻與炸藥藥量的經(jīng)驗公式其中,A為激發(fā)子波的振幅,f為激發(fā)子波的主頻,Q為炸藥藥量,c為常系數(shù).可見,隨著藥量的增加,激發(fā)產(chǎn)生的地震波振幅逐漸增大,主頻逐漸降低,當(dāng)藥量增加到一定程度時,地震波振幅增大量和主頻降低量變小.炸藥的特性阻抗是指炸藥密度與爆速的乘積,影響炸藥與圍巖的阻抗耦合;炸藥的幾何尺寸影響其與圍巖的幾何耦合.當(dāng)炸藥的特性阻抗與圍巖波阻抗相近,且炸藥與圍巖完全接觸時,震源激發(fā)將獲得較大的反射波能量,品質(zhì)較好的地震資料.因此,在選擇炸藥震源時,要考慮激發(fā)子波的影響因素,兼顧有效波的能量和主頻,選擇適合的藥量激發(fā),并且使得阻抗耦合和幾何耦合達(dá)到最佳,有助于提高資料品質(zhì),滿足勘探要求.1.2傳播時間t為Sharpe在1942年提出,距爆炸點一定距離處均勻彈性介質(zhì)中質(zhì)點位移可寫成其中,a為爆炸形成的球形孔穴半徑;p0為作用于孔穴內(nèi)壁上的壓強(qiáng);μ為彈性常數(shù);γ為傳播距離(一般為孔穴半徑的幾倍);t為傳播時間;k為圓頻率,且,v為激發(fā)巖性中地震波傳播的速度.將(3)式求導(dǎo)可得質(zhì)點振動的速度表達(dá)式當(dāng)γ較小時,可近似看作是震源子波,進(jìn)一步對其作付氏變換可得相應(yīng)振幅表達(dá)式其中,w為地震波的頻率.由上述公式可知,不考慮其他因素,震源子波的波形和振幅譜主要取決于激發(fā)巖性的速度、彈性常數(shù)和孔穴半徑.激發(fā)巖性的速度越大,密度越大,獲得地震資料的主頻越高,頻帶越寬.為了提高激發(fā)頻率,拓寬有效頻帶,應(yīng)當(dāng)盡量選擇在波阻抗大的巖性介質(zhì)中激發(fā).通常情況下,疏松干燥的巖層,或是過于致密的巖層都不利于炸藥震源的激發(fā),而含水飽和度較高、軟硬適中的巖層是最好的激發(fā)巖性.1.3資料品質(zhì)分析實際的地震勘探中,還要必須考慮到激發(fā)井深的影響,通過優(yōu)選激發(fā)參數(shù)達(dá)到最佳的激發(fā)效果.如圖1所示,炸藥震源在近地表激發(fā),產(chǎn)生的上行波遇到強(qiáng)波阻抗界面會向下傳播,這種反射下行波稱為虛反射波,該強(qiáng)波阻抗界面稱為虛反射界面,近地表潛水面和高速層頂都是可能的虛反射界面.虛反射波會影響地震資料的品質(zhì),震源距虛反射界面越近,有效波主頻越高,頻帶越寬;反之,有效波主頻越低,頻帶越窄.通過正演模擬,得到不同激發(fā)深度下反射波信號的振幅譜,模擬子波主頻為100Hz,虛反射界面以下地層速度為1200m/s.如圖2所示,隨著與虛反射界面距離的增加,反射波的主頻降低,高頻成分被壓制,頻帶變窄.因此,激發(fā)點距離虛反射界面越近,采集得到的地震資料品質(zhì)越好.但是,當(dāng)近地表結(jié)構(gòu)很復(fù)雜,虛反射界面以下地層巖性橫向分布不均勻時,應(yīng)當(dāng)選擇在層厚、深度較為穩(wěn)定的地層中激發(fā).綜上所述,在設(shè)計激發(fā)參數(shù)時應(yīng)當(dāng)綜合考慮炸藥性質(zhì)、激發(fā)巖性和激發(fā)深度.選擇合適藥量且阻抗耦合、幾何耦合俱佳的炸藥作為震源,選擇壓實好速度大的巖性作為激發(fā)巖性,避開吸收衰減強(qiáng)烈的地層,提高有效波的主頻和能量.同時,在激發(fā)井深的選擇方面,要考慮虛反射界面對反射波頻率的影響,在確保爆炸半徑小于震源距虛反射界面的距離的前提下,盡量在接近虛反射界面的井深激發(fā),有利于有效波頻帶的拓寬.2復(fù)雜近地表地震地質(zhì)條件激發(fā)方式正演模擬復(fù)雜的近地表結(jié)構(gòu)影響高分辨率地震勘探的激發(fā)效果,本文針對幾種復(fù)雜近地表地震地質(zhì)條件,構(gòu)建相應(yīng)的地質(zhì)模型,通過正演模擬,分析復(fù)雜近地表條件對地震資料品質(zhì)的影響,并研究提高資料品質(zhì)的激發(fā)方式.2.1不含高速體和含高速體單炮對比如圖3所示,構(gòu)建表層含有高速體的地質(zhì)模型,其中,地層速度由淺至深依次為600m/s、1500m/s、2200m/s、2600m/s,高速體速度為2800m/s,試驗采用的激發(fā)子波為雷克子波,主頻為100Hz.通過正演模擬,得到不含高速體和含高速體情況的單炮記錄,如圖4.如圖4所示,通過對比不含高速體情況下與含高速體情況下的單炮記錄,可以看出,不含高速體的單炮記錄信噪比高,同相軸清晰,深部地層反射波也具有較好的分辨率.含高速體的單炮記錄,由于近地表高速體造成表層介質(zhì)的橫向分布不均勻,反射波同相軸出現(xiàn)上下抖動的現(xiàn)象,地震資料的品質(zhì)變差,形成假的構(gòu)造現(xiàn)象,對深部的反射波信號干擾很大.對比圖4中的(b)和(c),在高速體下方激發(fā)的效果要優(yōu)于上方激發(fā),因為在高速體上方激發(fā),激發(fā)產(chǎn)生的地震波會由于高速體的存在,大部分能量在高速體頂界面反射回去,即高速體對深部的地層有一定的屏蔽作用,而將震源設(shè)在高速體下方會削弱該屏蔽作用,從圖中可見,下伏地層的反射波比上方激發(fā)情況下能量強(qiáng),同相軸清楚.2.2地下洞穴對記錄單炮記錄的影響由于人類超限地開采地下水資源,會造成潛水面下降,表層結(jié)構(gòu)變得疏松,甚至出現(xiàn)空洞,針對這一現(xiàn)象,如圖5所示,構(gòu)建相應(yīng)地質(zhì)模型,空洞速度設(shè)為350m/s,地層速度由淺至深依次為600m/s、1500m/s、2200m/s、2600m/s,采用100Hz的雷克子波作為激發(fā)子波,分別在空洞上方和下方激發(fā),模擬得到單炮記錄.從圖6中可以看出,空洞同樣會對單炮記錄的品質(zhì)造成影響,單炮記錄上干擾較多,震源在空洞上方激發(fā)時,散射干擾強(qiáng)烈,記錄中無法辨識有效的反射波同相軸,而將震源設(shè)置在空洞下方激發(fā),直達(dá)波的初至形態(tài)被削弱很多,但能夠在單炮記錄中找到比較明顯的反射波同相軸.綜上所述,表層介質(zhì)在縱、橫向上的不均勻,使得地震反射波同相軸變得零亂,掩蓋了地下真實的地質(zhì)信息,出現(xiàn)了假的地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象,影響了對深層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的勘探調(diào)查.地下空洞容易產(chǎn)生很強(qiáng)的散射干擾影響,在空洞以下的密實介質(zhì)中進(jìn)行地震激發(fā),能有效改善地震記錄的效果.可見,在復(fù)雜地表區(qū)進(jìn)行地震勘探,詳細(xì)、準(zhǔn)確的近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查是十分必要的.針對復(fù)雜近地表結(jié)構(gòu),僅采用一種表層調(diào)查方法不能全面、準(zhǔn)確地反映近地表結(jié)構(gòu),應(yīng)當(dāng)在試驗區(qū)開展詳盡的表層結(jié)構(gòu)調(diào)查試驗.通常采用鉆探取樣、跨孔測井、小折射、單(雙)微測井、地質(zhì)雷達(dá)等近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查方法進(jìn)行表層調(diào)查,查清該區(qū)低降速帶速度、厚度、潛水面及近地表巖性變化情況,盡力尋找好的激發(fā)巖性、激發(fā)深度和激發(fā)位置,才有可能改善激發(fā)效果,提高地震資料的品質(zhì).3激發(fā)巖性的激發(fā)井深試驗針對勝利油田某工區(qū)復(fù)雜的近地表結(jié)構(gòu),在試驗區(qū)三個試驗點進(jìn)行不同井深的激發(fā)效果測試,其中,T1和T2試驗點位于試驗區(qū)北部,T3位于試驗區(qū)南部,通過分析資料淺、中、深層有效頻帶寬度,能量以及信噪比,T1和T2試驗點的最佳激發(fā)井深為15m和16m,T3試驗點的最佳激發(fā)井深為19m,激發(fā)巖性都為粉質(zhì)粘土層.為了對工區(qū)近地表巖性、速度、厚度及虛反射界面等進(jìn)行精確測定,建立較為精確的近地表巖性結(jié)構(gòu)模型;為激發(fā)井深的設(shè)計提供可靠依據(jù),采用巖性取心、巖性探測、巖性錄井、小折射和微測井等方法綜合調(diào)查表層特征.其中,巖性取心使用36m井深,每0.6m取一個,并繪制巖性柱狀圖,直觀準(zhǔn)確完整地反映近地表巖性的變化,結(jié)合巖性探測的靜力觸探資料,可以更精細(xì)地劃分表層巖性,以確定最佳激發(fā)巖性.綜合分析鉆孔取心和靜力觸探資料,在試驗區(qū)南北部,近地表的地層結(jié)構(gòu)有著較為明顯的不同,南部地下15m以內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,主要表現(xiàn)為層數(shù)多,厚度變化大,還有大量的層位缺失.這種復(fù)雜的近地表環(huán)境勢必會對激發(fā)品質(zhì)產(chǎn)生影響.而剖面地下15～25m處的地層連續(xù)性較好,厚度起伏不大,層位沒有明顯缺失,可以推斷如果確定了好的激發(fā)巖性,在這個區(qū)間段的激發(fā)效果將會更好一些.通過各試驗點的微測井調(diào)查,從低降速帶解釋結(jié)果可以看出,全區(qū)大致分三層,少部分缺失降速層,潛水面北部淺,南部深,南北變化較大.相對于北部,南部的近地表結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜,詳細(xì)的近地表結(jié)構(gòu)調(diào)查尤為重要,它是選擇最優(yōu)化的激發(fā)參數(shù),提高地震勘探資料品質(zhì)的前提條件.巖性探測能夠準(zhǔn)確描述表層巖性變化,指導(dǎo)井深設(shè)計.因此,如圖7所示,以巖性探測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)利用取心分析及試驗點的激發(fā)效果測試結(jié)果,建立全區(qū)聯(lián)合解釋激發(fā)深度圖,為井深設(shè)計提供依據(jù).為了驗證該方法的可行性,在試驗區(qū)另選點做驗證試驗,針對試驗區(qū)北部,進(jìn)行了井深13m、15m、17m、19m、23m的對比試驗.如圖8所示,17m井深資料能量強(qiáng),同相軸連續(xù)性好.綜合分析,采用17m激發(fā)效果較好.針對試驗區(qū)南部,進(jìn)行了井深15m、17m、21m、23m、25m的對比試驗.如圖9所示,23m井深資料能量強(qiáng),同相軸連續(xù)性好.綜合分析,采用23m激發(fā)效果較好.不同位置驗證結(jié)果與建立的聯(lián)合解釋激發(fā)深度圖相吻合,充分證明這種方法的可靠性和正確性.4激發(fā)參數(shù)優(yōu)選通過對復(fù)雜表層結(jié)構(gòu)激發(fā)效果的試驗?zāi)M,分析復(fù)雜近地表結(jié)構(gòu)對高分辨率地震勘探的野外采集工作的影響,并指導(dǎo)激發(fā)參數(shù)的優(yōu)化選取.指出在復(fù)雜表層情況下,應(yīng)當(dāng)綜合應(yīng)用多種表層