三分量地震勘探野外资料采集方法及效果

三分量地震勘探野外资料采集方法及效果*
吴东国
【摘要】摘要:纵波激发、三分量接收的三分量地震勘探对于四川盆地川西凹陷深层须家河组高致密的裂缝气藏的储层识别、裂缝检测和油气藏描述有着广阔的应用前景,三分量地震采集在川西地区已广泛开展。

本文根据多年野外三分量地震勘探采集生产实践介绍了在三分量地震勘探中从观测系统设计、设备检测到整个野外采集施工中的具体实用操作技术,对如何确保施工质量所采取的一些技术手段做了细致的描述,采用这些施工方法在野外生产中已经获取了高品质的转换波资料。

【期刊名称】内蒙古石油化工
【年(卷),期】2012(000)017
【总页数】5
【关键词】关键词:三分量地震勘探;纵波激发;三分量接收;实用技术;转换波
三分量地震勘探与常规的纵波勘探相比解释精度更高,能降低解释的多解性,在储层识别、裂缝描述等具有独特的优势,而三分量采集除接收设备差异外,其他几乎与纵波勘探相差不大,而在采集费用增加不大的情况下能获得三倍于常规纵波勘探的地震数据,为后续研究提供了更大的空间。

川西的新场地区储层以超致密的空隙裂缝型为主,常规的纵波勘探无法较好地预测和描述空隙裂缝的发育情况。

而三分量地震勘探(3D 3C)获取了P -P波和P-S波两种波,P-P波反应了岩石骨架和流体特性,P-S波反映岩石骨架和各向异性的特性,利用纵、横波反演能够更准确地标定目标层位,预测裂缝的发育程度,甚至更精细的刻画裂缝的产状,对勘探川西的裂缝气藏具有重要意义。

本文主要结合川西地区三分量采集应用实践介绍野外三分量地震勘探采集的一些具体工作方法,以及获取的一些高品质资料,与各位同行共享三分量勘探的成功经验。

1 三分量采集技术
1.1 三维三分量观测系统设计
1.1.1 三分量观测系统设计原则
三分量地震勘探与常规纵波勘探的区别在于除记录反射纵波外,还要记录P-SV 转换波,因此三分量地震勘探的观测系统不仅要像常规纵波勘探要考虑反射纵波采集,还要考虑获取P-SV转换波,满足接收P-SV波的要求。

转换波在下行波是纵波,而上行波是横波,其射线路径是不对称的,时距曲线不是双曲线。

纵波垂直入射到分界面时不会产生转换波,转换波只是在中等炮检距上才会有较大能量,根据转换波这些不同于纵波的特点,在设计三分量观测系统时应遵循以下原则:①测线(二维为主测线)的方向一般要垂直构造走向,在裂缝储层地区还要兼顾断层和裂缝的发育方向、波场各向异性等。

②面元大小和道间距选择原则:面元大小的选择满足横向分辨率和最高无混叠频率,道间距的选择确保有效波不存在空间假频。

在计算面元尺寸时,由于横波的速度和频率都低于纵波,速度比和频率比一般都在2左右,如果要得到频率更高的转换波,则需要比纵波更小的面元。

③最小炮检距和最大炮检距的选择原则:最小炮检距要考虑近道震源和面波的影响、以及接收纵波反射为解决初至静校正的需要,同时保证最浅目的层有适当的采样和一定的覆盖次数,以确保浅反射一定的信噪比;最大炮检距除满足最深目的层的深度外还要考虑满足速度分析精度要求、动校正拉伸畸变的严重程度以不影响信号的频率等,由于转换波只是在中等炮检距上才会有较大能量,故接收转换波必须采
用常规纵波勘探更大的炮检距。

④接收线距和束间滚动距的选择原则:对于纵波来说,接收线距一般不大于垂直入射时的菲涅尔半径,选择小的接收线距有利于CCP覆盖次数的分布;更小的滚动距有利于CCP覆盖的横向分布,可使炮检距分布的均匀性得到改善。

但在实际的观测系统设计中一般只能在项目投入成本允许的条件下选择更为合理的接收线距和束间滚动距。

⑤覆盖次数的选择主要遵循:①提高有效信号的能量,压制各种干扰,有利于成像;②满足In line方向速度分析精度和C ro ssline方向静校正耦合精度的要求。

由于转换波的信噪比相对都低于纵波,要保证转换波的成像效果,三分量勘探应该选择比常规纵波勘探更高的覆盖次数。

1.1.2 三分量地震勘探采集观测系统设计应用实例
根据三分量观测系统设计原则,合兴场-高庙子三分量三维设计的观测系统采用32L-8S-128T -2R-128F-S-L束状斜交砖墙式观测系统,观测系统排列片参数见表1,排列片见图1,激发炮排和接收线成45°夹角,接收线方位角为336.312°。

观测系统模板为复合模板,由沿In line方向的4个排列构成。

第一排列由左边外侧的两组炮排激发;第二排列由第一排列前进400m生成,由右边内侧两组炮排激发;第三排列由第二排列前进400m生成,由左边内侧两组炮排激发;第四排列由第三排列前进400m生成,由右边外侧的两组炮排激发。

4个排列为一个循环,前进距离1600m。

此三分量勘探采集的观测系统具有以下特点:纵横比接近1,属全方位观测系统,有利于提供连续均匀的覆盖次数;覆盖次数适中,且P-SV波覆盖次数均匀,满足精细裂缝检测要求;炮检方位分布较均匀,特别是在3500m～7000m炮检距范围内分布均匀对转换波接收有利,有利于速度分析精度、AVO反演和各向异性分析,对
P波方位各向异性和S波分裂的研究也是有利的。

此观测系统既有利于P-SV 波的采集,也能较好地获取PP波信息。

1.2 三维三分量地震勘探的激发
三分量地震勘探的震源由于横波震源造价高、对地面破坏大,而且激发的横波能量很弱,衰减也快,采用横波震源采集的资料信噪比很低。

目前投入生产的三分量地震勘探多采用炸药震源激发纵波、三分量接收转换波勘探,因此三分量地震勘探与常规地震勘探采用相同类型的震源。

在不同的地区三分量地震勘探的激发因素可以参考该地区常规纵波勘探的激发因素,通过试验来确定。

考虑到由于转换波只是在中等炮检距上才会有较大能量,故接收转换波必须采用常规纵波勘探更大的炮检距,一般地,在同一地区三分量地震勘探的震源能量要大于常规纵波勘探的激发能量。

下面以川西地区相邻两块三维地震勘探激发因素的对比来说明三分量三维激发因素的特点。

合兴场-高庙子地区三分量三维地震勘探项目与德阳三维(常规纵波勘探)为相邻区块的三维,表2为两工区激发参数(井深和药量)的对比,可以看出,实际生产中三分量地震勘探采集采用的激发因素能要强于常规的反射纵波勘探的三维。

1.3 三维三分量地震勘探的接收
三分量地震勘探采用的接收系统(三分量检波器)有XYZ正交型三分量检波器和UVW对称正交型检波器。

目前XYZ正交型的三分量检波器使用较为普遍,其Z 分量与地面垂直,采用垂直检波器,X、Y分量采用水平检波器,使用最多的是I/O 公司生产的全数字一体化的V ec terseis三分量加速度检波器,图2为三分量检波器与常规检波器的实物对比图。

1.3.1 三分量检波器的测试
三分量检波器每一轴向检波器芯体的测试与常规动圈式检波器测试标准基本一致,它比常规检波器多一项三个检波器芯体之间的隔离度测试,三分量检波器的一致性测试与常规检波器不同。

进行三分量检波器X分量一致性测定时,将检波器埋置成规则的圆形,检波器的引锥对准圆心(即X分量方向均对准圆心),在圆心激发,圆弧上的检波器同时接收(图3)。

从原始初至记录来看,Z分量和X分量(相当于R分量)的初至清楚,一致性较好,Y 分量(相当于T分量)能量较弱,初至不清晰(图4)。

做Y分量一致性测定时,将检波器埋置成规则的圆形,检波器的引锥对准半径的切向方向(即Y分量方向对准圆心),在圆心激发,圆弧上的检波器同时接收(如图5)。

从原始初至记录来看,一般Z分量和Y分量(相当于R分量)的初至清楚,一致性较好,X分量(相当于T分量)能量较弱,初至不清晰(图6)。

对图4和图6中一致性测试记录的评价与常规检波器的评价标准一样,相位和振幅差超过规范要求的为不合格,在X、Y、Z三个分量中的任意一个分量一致性测试不合格,该点三分量检波器均为不合格。

1.3.2 方向校正器的校验
目前三分量采集仪器无法检测三分量检波器水平方位角误差,只能在施工过程中采用人工控制的方式解决。

三分量检波器方向校正器就是用来调校三分量检波器水平方位角度,使三分量检波器矢量保真度满足设计要求。

方向校正器在投入生产前必须校验合格,图7为三分量检波器的方向校正器。

方向校正器的校验方法有多种,总体思路都是选择一个参照点读取数值,算出该值与参考点标准值之间
的差(可能有正负)作为校正依据。

下面介绍目前野外采用的一种校验方法。

使用GPS全站仪从静态点上引出一条正北方向(0°)的直线,在位于该直线的地面上放样三个点(点1、点2、点3),如图8所示,用绳子将点1、点2与点3连成一条直线,看三个点是否都在绳子所在的直线上,以检验方位的准确性,然后在点1和点2之间(靠近点1)埋置检波器,将X方向与绳子重合(即引锥线与绳子重合,引锥对准点3的方向),确保X方向对准正北方向。

如果方向校正器没有误差,对准正北方向的读数值应该是0.0°。

存在误差的方向校正器不是零度,校验时读出它实际的度数值。

例如:某校验器读出的值是4.5°,设计测线的方位角是336. 12°,则最终用该校验器校验应该对准的角度是340. 62°;某校验器读出的值是-3.0°,设计测线的方位角是336.12°,则最终用该校验器校验应该对准的角度是333.12°。

1.3.3 三分量检波器的埋置
三分量地震勘探与常规地震勘探在野外施工中最大的区别在于检波器对矢量保真的要求,常规纵勘探要求检波器埋置做到“实、直、深、准、不漏电”,三分量检波器除此之外还要求在水平方向上要对准特定的方向,这是三分量勘探野外采集与常规地震勘探接收环节最大的区别。

习惯上将三分量检波器引锥的方向定为X方向。

对于三维三分量地震勘探,三分量检波器的X分量对准INL IN E线的大号方向,方位角误差小于1度;对于二维三分量勘探检波器的X分量对准主线或联络测线的大号方向,方位角误差小于3度。

例如:合兴场-高庙子三分量三维X方向必须对准线束INL IN E大号方向,方位角为336.312°,误差不大于1°;威远-荣县地区二维地震勘探三分量检波器X分量方向对准主、连络测线大号方向,东西向测线
方位角为90°、南北向测线方位角为0°,误差不大于3°。

三分量检波器埋置的关键是开孔的质量,开孔必须做到“准、直、深度适中”,图9为野外某施工队埋置三分量检波器的常用设备。

野外施工一般要求在测量标志为中心,50cm为半径的范围内挖坑并开孔,开孔必须铅“垂直”,开孔深度以刚好等于三分量检波器的长度为宜,如图9所示,在目前野外设计的开孔工具上有准确的开孔深度线,开孔深了检波器下面会出现空隙,开孔浅了检波器不能全部帖到地面,均会影响耦合效果。

2 三分量地震勘探采集应用效果分析
通过精心的观测系统设计,严格的设备检测,精细的野外现场施工作业,在川西平原先后完成了新场三分量三维、合兴场—高庙子三分量三维、孝泉地区三分量三维、丰谷地区三分量三维等三分量勘探,在野外采集中获取了高品质的原始资料。

现以合兴场—高庙子三分量三维为例展示野外采集的资料特点。

图10为合兴场—高庙子三分量三维原始单炮记录,Z分量记录能量强、信噪比高;从X、Y分量记录上看,获得了信噪比高、连续性较好的转换波,X分量信噪比高于Y分量,这符合转换波的发育特征。

从Y分量上较强的转换波信息可以看出,该激发点范围内地层裂缝发育,各向异性严重。

显然,采用本文介绍的野外采集作业方法,获取了高品质的纵波和转换波资料,包含丰富的地质信息。

图11为纵波剖面与转换波剖面对比,纵波叠加监控剖面有效反射波波组特征清晰,主要目的层反射同相轴连续性好、波组齐全;转换波叠加监控剖面主要目的层反射同相轴连续性较好,波组特征明显,满足纵波剖面与转换波剖面的层位的对比标定的要求,能够进行纵横波资料的对比联合解释。

3 结论
通过川西地区多个三分量地震勘探采集项目的实践,我们有以下几点认识:①根据三分量地震勘探观测系统设计的一般原则设计符合三分量勘探采集需要的观测系统是三分量地震勘探采集成功的基础;②选择激发因素时不仅要考虑反射纵波,还要考虑转换波的采集;③采用科学、规范的三分量设备测试方法,确保投入生产的三分量满足采集需要是三分量勘探的基本保证;④三分量检波器矢量保真度(水平方位角)的严格控制是三分量地震勘探采集成功的关键。

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【文献来源】https:///academic-journal-cn_inner-mongolia-petrochemical-industry_thesis/0201217791593.html。