1、 作 者 简 介 :张 孟 ,1971 年 生 ,高 级 工 程 师 ,硕 士 研 究 生 ;现 主 要 从 事 地 震 采 集 方 法 研 究 工 作 。 地 址 : (610213) 四 川 省 成 都 市 双 流 县 华 阳 镇 。电 话 : (028) 85608139。 E2mail :zm sgc2prc. com川 东 高 陡 构 造 石 灰 岩 出 露 区 的 地 震 采 集 技 术 及 其 应 用 效 果张 孟 1 李 亚 林 1 李 大 军 1 宋 红 玲 2(1. 四 川 石 油 管 理 局 地 球 物 理 勘 探 公 司 2. 中 国 石 油 西 南 油 气 田 公 司
2、 )张 孟 等 . 川 东 高 陡 构 造 石 灰 岩 出 露 区 的 地 震 采 集 技 术 及 其 应 用 效 果 . 天 然 气 工 业 ,2007 ,27 (增 刊 A) :82285.摘 要 在 四 川 盆 地 东 部 高 陡 构 造 主 体 部 位 ,地 表 主 要 出 露 二 、 三 叠 系 石 灰 岩 ,地 震 地 质 条 件 差 ,是 典 型 的 低 信 噪 比 地 区 。 通过 多 年 的 攻 关 研 究 ,在 地 震 采 集 方 法 上 取 得 了 重 要 进 展 ,形 成 了 适 合 该 地 区 的 地 震 采 集 关 键 技 术 ,主 要 包 括 :小 道 距 和 宽
3、 线 观 测 、 激发 井 深 测 试 与 优 选 、 激 发 药 量 定 量 分 析 、 密 点 排 列 波 场 调 查 分 析 等 技 术 ,这 些 技 术 在 川 东 地 区 九 峰 寺 和 明 月 峡 构 造 的 应 用 取 得 了 可喜 的 成 果 ,可 以 在 类 似 复 杂 构 造 采 集 中 进 行 推 广 和 深 化 。主 题 词 四 川 盆 地 东 构 造 石 炭 岩 地 震 数 据 采 集 应 用一 、 引 言四 川 盆 地 东 部 高 陡 构 造 区 ,现 今 地 面 构 造 由 7 个 高 陡 构造 区 带 组 成 ,每 个 区 带 的 构 造 主 体 部 位 主 要
4、 出 露 碳 酸 盐 岩(石 灰 岩 ) 。 灰 岩 出 露 区 由 于 激 发 接 收 条 件 差 ,地 震 资 料 信 噪比 低 ,主 体 构 造 成 像 困 难 ,地 震 剖 面 上 一 到 主 体 部 位 就 成 为空 白 反 射 区 ,形 象 地 被 称 为 “ 光 头 ” 。 而 构 造 主 体 部 位 有 大 量的 油 气 潜 伏 圈 闭 ,是 勘 探 的 重 点 地 区 ,消 灭 这 种 “ 光 头 ” ,是 四川 盆 地 东 部 这 个 主 要 产 气 区 亟 待 解 决 的 一 个 关 键 问 题 。 笔者 主 要 以 九 峰 寺 构 造 石 灰 岩 的 地 震 攻 关 为
5、 例 ,阐 述 在 该 区 域地 震 技 术 的 应 用 及 其 效 果 。二 、 九 峰 寺 构 造 地 震 勘 探 面 临 的 主 要 问 题九 峰 寺 构 造 带 属 于 川 东 南 中 隆 高 陡 构 造 区 华 蓥 山 构 造群 的 第 二 排 构 造 带 ,西 接 华 蓥 山 构 造 带 ,东 邻 明 月 峡 构 造 带(图 1) ,主 要 在 大 竹 县 、 邻 水 县 境 内 。 地 貌 属 丘 陵 和 山 区 地形 ,海 拔 高 程 在 200 1200 m ,相 对 高 差 在 100 600 m ,山 高沟 深 ,起 伏 较 大 ,山 区 全 由 森 林 覆 盖 (图 2
6、) 。图 1 区 域 构 造 位 置 图九 峰 寺 构 造 为 对 称 高 梳 状 背 斜 ,背 斜 轴 部 大 面 积 出 露 中下 三 叠 统 雷 口 坡 组 和 嘉 陵 江 组 石 灰 岩 ,最 宽 地 段 石 灰 岩 超 过4 km ;两 侧 陡 翼 出 露 耐 风 化 的 须 家 河 组 砂 岩 ,地 层 倾 角 多 在70 80 ,且 在 轴 部 及 陡 翼 森 林 遍 布 ,地 震 勘 探 的 激 发 和 接 收条 件 较 差 。 过 渡 到 向 斜 则 为 侏 罗 系 砂 、 泥 岩 ,地 震 地 质 条 件较 好 。图 2 工 区 地 形 地 貌 图图 2 中 绿 蓝 色 为
7、 山 脉 ,天 蓝 色 为 平 地 沟 谷 ,绿 色 表 示 森林 覆 盖 ;红 色 测 线 为 2006 年 试 验 测 线 ,黑 色 线 为 以 前 的 地 震测 线 。从 以 往 采 集 的 资 料 来 看 ,构 造 主 体 石 灰 岩 及 陡 翼 须 家 河组 砂 岩 出 露 区 原 始 记 录 背 景 杂 乱 ,信 噪 比 低 ,反 射 目 的 层 不齐 全 或 无 反 射 (见 图 3) ;缓 翼 及 向 斜 资 料 质 量 较 好 ,主 要 目 的层 反 射 清 楚 ,信 噪 比 高 。 叠 加 剖 面 上 ,在 构 造 两 缓 翼 带 和 向斜 区 ,剖 面 信 噪 比 较 高
8、 ,浅 、 中 、 深 层 反 射 齐 全 ,波 组 连 续 性好 ,波 组 关 系 清 楚 ,能 量 强 。 在 构 造 主 体 及 陡 翼 部 位 ,即 石 灰岩 和 须 家 河 组 砂 岩 出 露 区 ,由 于 地 表 地 震 地 质 条 件 差 ,地 腹构 造 复 杂 ,剖 面 信 噪 比 低 ,各 地 层 反 射 的 特 征 不 清 楚 ,构 造 成像 精 度 低 。图 3 九 峰 寺 构 造 主 体 部 位 单 炮 记 录 图左 图 为 雷 口 坡 组 石 灰 岩 记 录 ,右 图 为 须 家 河 组 砂 岩 记 录28地 震 采 集 技 术 天 然 气 工 业 2007 年 9
9、月本 区 勘 探 面 临 的 主 要 难 点 如 下 。(1)构 造 主 体 部 位 地 震 激 发 和 接 收 条 件 差 。 主 体 部 位 出露 的 3 4 km 三 叠 系 石 灰 岩 和 砂 岩 区 ,单 炮 信 噪 比 低 ,频带 窄 。(2)石 灰 岩 区 干 扰 波 发 育 。 由 于 石 灰 岩 地 区 地 表 发 育 缝洞 、 缝 隙 ,地 震 激 发 时 ,地 震 波 沿 地 表 形 成 多 种 干 扰 波 ,严 重影 响 了 资 料 的 信 噪 比 ,影 响 了 构 造 主 体 及 潜 伏 构 造 的 成 像 精度 。 主 要 干 扰 波 类 型 有 :面 波 、 散
10、射 波 (次 生 干 扰 ) 、 声 波 、 高频 噪 声 、 随 机 噪 声 等 。(3)陡 翼 地 腹 构 造 复 杂 ,地 震 照 明 难 度 大 。 由 于 潜 伏 构造 反 射 有 效 信 息 较 少 ,剖 面 上 表 现 为 横 向 分 辨 率 和 连 续 性差 ,波 组 特 征 不 清 楚 。三 、 石 灰 岩 区 地 震 采 集 主 要 技 术解 决 上 述 问 题 总 的 技 术 思 路 是 通 过 合 适 的 观 测 系 统 ,采用 有 效 的 激 发 和 接 收 参 数 提 高 单 炮 信 噪 比 。1. 小 道 距 和 宽 线 观 测 技 术九 峰 寺 构 造 主 体
11、部 位 成 像 精 度 差 ,侧 面 干 扰 严 重 ,针 对这 种 特 点 ,在 九 峰 寺 构 造 上 的 06J FS01S 测 线 采 用 了 宽 线 观测 系 统 。宽 线 观 测 系 统 :3 炮 4 线道 距 :30 m覆 盖 次 数 :12 90 次接 收 道 数 :4 360 道线 间 距 :60 m最 大 炮 检 距 :5387 m九 峰 寺 构 造 东 面 紧 临 明 月 峡 构 造 ,其 主 体 及 东 翼 潜 伏 构造 成 像 差 ,横 向 分 辨 率 低 ,针 对 这 一 特 点 ,穿 过 九 峰 寺 构 造 明 月 峡 构 造 的 06J M01S 测 线 采 用
12、 了 高 覆 盖 、 小 道 距 的 二 维 观测 系 统 。观 测 系 统 :600021021021026000覆 盖 次 数 :100 次 (主 体 部 位 ) / 50 次 (向 斜 部 位 )道 距 :10 m接 收 道 数 :1200 道最 大 炮 检 距 :6000 m2. 激 发 井 深 测 试 与 优 选 技 术区 内 主 体 部 位 的 石 灰 岩 和 须 家 河 组 砂 岩 表 层 风 化 作 用相 对 较 强 ,在 近 地 表 几 米 至 几 十 米 厚 度 内 裂 缝 和 孔 洞 发 育 ,地 表 对 地 震 波 的 吸 收 和 散 射 作 用 强 烈 ,地 震 记
13、录 上 显 示 为 强的 散 射 干 扰 。 因 此 在 这 类 区 域 中 激 发 井 深 的 测 试 和 优 选 对资 料 获 取 的 好 坏 影 响 很 大 。 笔 者 综 合 利 用 了 多 元 回 归 法 和V EFI(速 度 、 能 量 和 频 率 衰 减 界 面 )法 来 确 定 激 发 井 深 。数 学 上 的 多 元 回 归 法 是 采 用 多 个 方 程 解 多 个 未 知 变 量 ,地 球 物 理 勘 探 中 ,是 用 多 个 参 数 来 解 一 个 变 量 。 对 激 发 井 深的 确 定 ,分 为 测 试 和 试 验 两 个 阶 段 ,每 个 阶 段 中 采 用 了
14、多 种参 数 来 逐 步 逼 近 合 理 的 激 发 井 深 ,这 种 方 法 定 义 为 多 元 回 归法 。 激 发 井 深 测 试 阶 段 主 要 利 用 了 速 度 、 能 量 、 频 率 、 岩 性 等“ 基 础 元 ” 综 合 寻 找 合 理 的 最 基 本 井 深 。 井 深 试 验 阶 段 则 采用 多 种 激 发 井 深 、 多 种 组 合 激 发 方 式 等 试 验 “ 元 ” 获 得 较 佳 的激 发 井 深 。井 深 测 试 阶 段 的 “ 基 础 元 ” 分 为 2 类 ,一 类 是 钻 井 岩 芯 录井 的 岩 性 “ 元 ” ,一 类 是 V EFI(速 度 、
15、能 量 、 频 率 衰 减 界 面 ) 方法 “ 元 ” 。 低 信 噪 比 地 区 ,激 发 井 深 的 选 择 一 般 考 虑 在 低 降 速带 以 下 ,避 免 低 降 速 带 对 激 发 能 量 和 频 率 的 严 重 影 响 ,那 么在 所 谓 的 低 降 速 带 以 下 什 么 井 深 更 合 理 和 有 效 些 呢 ? 很 多低 信 噪 比 地 区 可 能 没 有 较 明 显 的 高 速 层 ,或 者 高 速 层 相 对 较深 ,该 怎 么 办 呢 ? V EFI(速 度 、 能 量 、 频 率 衰 减 界 面 )方 法 “ 元 ”能 更 有 效 地 确 定 合 理 的 激 发
16、井 深 。 速 度 界 面 是 指 近 地 表 的各 层 速 度 结 构 ,比 如 低 速 层 界 面 、 降 速 层 界 面 和 高 速 层 界 面 ,它 可 以 保 证 激 发 是 在 对 激 发 能 量 散 失 相 对 较 少 的 空 间 中 进行 的 。 能 量 界 面 是 指 在 不 同 激 发 深 度 条 件 下 激 发 产 生 的 地震 波 在 下 传 时 的 能 量 衰 减 的 分 界 面 ,在 能 量 分 界 面 以 下 可 以保 证 激 发 下 传 的 能 量 衰 减 尽 量 少 。 频 率 界 面 则 是 指 在 不 同激 发 深 度 条 件 下 激 发 产 生 的 地
17、震 波 和 接 收 信 号 在 下 传 地 震波 频 率 衰 减 的 分 界 面 。 上 述 3 种 分 界 面 均 是 存 在 的 ,也 具 有一 定 的 物 理 含 义 ,因 而 通 过 这 3 种 分 界 面 的 方 法 来 寻 找 合 适的 激 发 井 深 是 成 立 的 。 岩 性 “ 元 ” 的 岩 心 录 井 是 一 种 直 观 的认 识 表 层 岩 性 变 化 的 手 段 ,帮 助 进 一 步 分 析 V EFI 方 法 “ 元 ”的 结 论 是 否 合 理 。图 4 是 在 九 峰 寺 构 造 主 体 部 位 的 石 灰 岩 区 进 行 井 深 测试 获 得 的 速 度 界
18、面 、 能 量 衰 减 界 面 、 频 率 衰 减 界 面 。 图 42a 石灰 岩 中 表 层 4 m 处 有 一 速 度 界 面 。 图 42b 石 灰 岩 中 表 层 地 震波 能 量 衰 减 界 面 在 10 14 m 处 。 图 42c 石 灰 岩 表 层 地 震 波频 率 衰 减 界 面 在 17 m 处 。 图 5 是 岩 心 录 井 界 面 ,岩 心 录 井岩 性 变 化 的 深 度 与 速 度 分 界 面 一 致 。根 据 测 试 获 得 的 基 本 井 深 ,在 井 深 试 验 阶 段 中 进 行 了 不同 激 发 井 深 和 组 合 激 发 方 式 的 试 验 “ 元 ”
19、 ,通 过 系 统 严 密 的 试图 4 石 灰 岩 速 度 界 面 (a) 、 能 量 衰 减 (b)和 频 率 衰 减 (c)曲 线 图图 5 石 灰 岩 井 岩 心 录 井38第 27 卷 增 刊 A 天 然 气 工 业 地 震 采 集 技 术验 和 定 性 定 量 的 资 料 分 析 ,最 终 确 定 了 相 对 较 佳 的 激 发 井深 :主 体 部 位 石 灰 岩 区 域 激 发 井 深 为 26 m ,须 家 河 组 砂 岩 区域 激 发 井 深 为 22 m。3. 激 发 药 量 定 量 分 析 技 术低 信 噪 比 地 区 激 发 药 量 的 使 用 与 激 发 井 深 的
20、选 择 一 样重 要 ,激 发 药 量 不 合 适 会 产 生 更 多 更 强 的 激 发 干 扰 ,影 响 单炮 信 噪 比 。 对 药 量 试 验 资 料 的 定 量 分 析 则 是 确 定 合 适 药 量的 关 键 。 在 九 峰 寺 构 造 的 攻 关 中 分 别 进 行 了 石 灰 岩 、 砂 岩 和地 表 破 碎 区 域 的 激 发 药 量 试 验 ,针 对 试 验 资 料 采 用 了 频 率 分析 和 信 噪 比 定 量 分 析 方 法 ,有 效 地 确 定 了 主 体 部 位 石 灰 岩 和砂 岩 的 激 发 药 量 。图 6、 图 7 和 图 8 是 在 九 峰 寺 构 造
21、主 体 部 位 的 灰 岩 区 (药量 试 验 范 围 0. 5 kg 22 kg ,共 13 炮 ) 部 分 单 炮 解 编 记 录 ,道集 间 频 率 分 析 图 ,不 同 药 量 激 发 有 效 信 号 与 各 类 噪 声 的 综 合分 析 图 。 图 7 中 ,小 于 4 kg 或 大 于 18 kg 药 量 激 发 获 得 的 单炮 频 率 的 宽 度 较 窄 ;主 频 20 30 Hz 内 ,小 于 4 kg 或 大 于 18kg 药 量 激 发 获 得 的 单 炮 相 对 振 幅 值 也 降 低 。从 图 8 可 以 看 出 ,随 着 药 量 的 增 加 ,低 频 噪 声 、 高
22、 频 噪声 、 相 干 噪 声 和 有 效 频 率 段 的 振 幅 存 在 相 类 似 的 规 律 ,8 16kg 间 是 变 化 相 对 稳 定 的 区 域 ,是 信 噪 比 相 对 较 高 的 区 域 。通 过 系 统 的 药 量 试 验 和 定 量 分 析 ,施 工 中 确 定 了 石 灰 岩区 域 采 用 10 12 kg 激 发 药 量 ,须 家 河 组 砂 岩 区 采 用 8 10kg 激 发 药 量 。图 6 单 炮 解 编 记 录 图图 7 不 同 药 量 单 炮 记 录 频 率 分 析 图图 8 不 同 药 量 激 发 各 类 噪 声 及 信 号 振 幅 图4. 接 收 方
23、式 分 析 技 术接 收 方 式 分 析 主 要 采 用 波 场 调 查 方 法 ,分 析 有 效 反 射 和噪 音 分 布 区 域 ,进 而 确 定 采 集 时 有 利 于 压 制 主 要 干 扰 、 提 高信 噪 比 的 接 收 组 合 方 式 ,同 时 也 为 处 理 时 提 高 成 像 精 度 和 观测 系 统 优 化 设 计 提 供 大 量 的 分 析 数 据 。本 次 攻 关 采 用 密 点 排 列 方 法 。 小 道 距 (2 m) 、 小 线 距 (2m) 、 矩 形 排 列 ,排 列 纵 、 横 向 道 数 均 为 10 道 (共 计 100 道 ) ,激发 点 布 置 在
24、矩 形 排 列 两 端 ,沿 测 线 纵 向 方 向 、 20 m 激 发 点 距 ,共 计 100 炮 激 发 (图 9) 。 图 92b 左 为 顺 炮 井 线 方 向 的 接 收 方式 ,右 为 垂 直 炮 井 线 方 向 的 接 收 方 式 。 图 92c 为 对 应 于 图 92b两 种 接 收 方 式 的 由 每 一 炮 记 录 组 合 在 一 起 的 记 录 ,箭 头 指 示处 反 射 的 连 续 性 有 明 显 差 别 。分 析 结 果 表 明 在 该 区 域 的 检 波 器 接 收 方 式 总 体 上 为 组合 面 积 大 时 局 部 信 噪 比 好 于 组 合 面 积 小
25、的 情 况 ,垂 直 测 线 方向 组 合 好 于 平 行 测 线 方 向 组 合 ,但 组 合 面 积 并 不 是 越 大 越好 ,其 中 30 点 36 m2 面 积 组 合 不 如 20 点 18 m2 的 面 积 组 合效 果 好 。 结 合 区 域 内 主 体 部 位 植 被 覆 盖 情 况 ,施 工 中 选 择 了线 型 组 合 ,垂 直 测 线 方 向 埋 置 。四 、 应 用 效 果本 次 在 九 峰 寺 和 明 月 峡 构 造 部 署 的 两 条 试 验 线 上 ,共 完成 了 15 km、 250 炮 灰 岩 区 域 的 采 集 工 作 ,获 得 的 构 造 主 体 部位
26、的 灰 岩 单 炮 记 录 反 射 层 次 丰 富 ,信 噪 比 大 大 提 高 (图 10) 。叠 加 成 像 效 果 好 ,各 层 反 射 清 楚 ,特 别 是 两 个 构 造 的 主 体 部位 不 再 是 “ 光 头 ” ;陡 翼 区 潜 伏 构 造 形 态 清 晰 ,构 造 成 像 精 度明 显 高 于 以 往 的 老 剖 面 (图 11) 。48地 震 采 集 技 术 天 然 气 工 业 2007 年 9 月图 9 波 场 调 查 及 接 收 方 式 分 析 图图 10 九 峰 寺 构 造 主 体 雷 口 坡 组 石 灰 岩 新 老 单 炮 对 比 图五 、 结 论(1) 研 究 的
27、 灰 岩 区 激 发 井 深 的 测 试 技 术 ,激 发 药 量 的 定量 分 析 技 术 ,接 收 方 式 的 优 化 选 择 技 术 能 够 提 高 石 灰 岩 区 的单 炮 信 噪 比 。图 11 新 老 地 震 测 线 叠 加 剖 面 对 比 图(图 中 新 、 老 测 线 位 置 几 乎 相 同 ,见 图 2)(2)小 道 距 或 宽 线 观 测 方 法 有 利 于 提 高 石 灰 岩 区 主 体 及潜 伏 构 造 的 成 像 精 度 和 横 向 分 辨 率 。(3)所 研 究 的 观 测 方 式 和 激 发 接 收 参 数 优 化 的 方 法 ,可以 推 广 到 类 似 的 复 杂 构 造 的 地 震 勘 探 。参 考 文 献 1 陆 基 孟 . 地 震 勘 探 原 理 M . 东 营 :石 油 大 学 出 版 社 ,1993. 2 渥 伊 尔 马 滋 . 地 震 资 料 分 析 M . 刘 怀 山 ,等 译 . 北 京 :石 油 工 业出 版 社 ,2006.58第 27 卷 增 刊 A 天 然 气 工 业 地 震 采 集 技 术
