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浅谈页岩气地震勘探采集方法

2019/09/09 阅读:

[摘要]利川地区涉及利川复向斜、中央复向斜等二级构造单元,志留系龙马溪组泥页岩气埋深适中,是寻找页岩气的有利区带。复杂多变的地震地质条件是制约该区页岩气勘探的主要因素:地形切割剧烈、地表岩性变化较大,激发和接收条件差;加之断裂发育,构造变形强烈,构造接触带反射波组特征不明显,基本为杂乱反射。在研究生产资料和试验资料的基础上,从降低不同激发条件下资料品质的差异性,保证能量、频率的一致性、如何降低干扰波的影响,提高资料的信噪比、提高复杂构造区的成像效果,特别针对影响该区页岩气勘探的敏感因素寻找突破口,以达到圆满完成地质任务的目的。

[关键词]页岩气;地震地质条件;干扰波;构造成像;地震采集方法

近年来,国内地球物理专家对非常规油气勘探开展大量的科研工作,提出了一系列适合页岩气的地震勘探技术。页岩气勘探也如火如荼地进行着,各项目均提出了查明志留系、寒武系地层的埋深、厚度及分布情况,为页岩气勘探评价提供依据的地质任务要求。研究人员通过开展生产试验和资料分析研究,提出了利川地区页岩气地震资料采集方法。主要通过地震勘探技术方法提高地震资料信噪比,满足页岩层埋深、厚度、空间展布特征;根据波组特征识别优势页岩层带;获取高保真地震勘探资料,为后期属性分析做好铺垫。

1地震采集的主要技术问题

1.1研究区基本特点

研究区位于湖北省利川市境内,属于典型的南方山地地形地区。区内山地、峡谷、山间盆地及河谷平川相互交错,呈南部、北部高、中部低、东部向西部倾斜的总体形态。利川地区表层地震地质条件复杂,地表出露岩性主要包括寒武系、奥陶系、二叠系、三叠系灰岩,石炭、泥盆系泥页岩,志留系、侏罗系砂岩等。从以往表层结构调查资料的分析来看,研究区低降速层在横向上速度和厚度的变化不太剧烈,高速层速度比较稳定。在该区已获得的地震剖面资料表明,研究区三叠系至志留系反射信号较强,特征明显,可实现连续追踪。而高陡背斜带,因构造变形和断层分割作用,地震波场复杂,地震成像问题十分严重。通过对以往资料分析,认为地震资料在能量、频率等方面的差异问题(图1),以及复杂地震地质条件区地震资料成像方面有待进一步加强提升。1.2主要技术问题利川地区施工主要技术问题:一是不同激发条件下资料品质的差异性,无法保证能量、频率的一致性;二是该地区干扰波发育,如何有效降低干扰波的影响,提高资料的信噪比;三是如何提高复杂构造区的成像效果,圆满完成地质任务。

2技术方法

2.1优选激发点位

页岩气勘探过程中,为了便于准确识别泥页岩,确定含气泥页岩,要确保地震反射能量和信号的保真度,而受地形、岩性、构造等多方面因素的影响,地震检波器接收到的地震反射波存在较大差异,要求在勘探的过程中努力保证地震反射波能量和频率的一致性。在利川地区,满足页岩气勘探的要求,解决岩性的影响,保证地震资料的一致性,关键在于保证三叠系、二叠系灰岩的激发能量,提高二叠系灰岩的激发频率。

2.1.1激发能量提高地震反射波的能量可以从提高激发药量和优选激发速度两个方面努力(图2)。砂岩速度在(2800~4000)m/s之间,当激发药量的提高,能量提升较快。灰岩速度在(3000~5700)m/s之间,当激发药量提高时,能量改善不明显。针对急需改善资料品质的三叠系、二叠系灰岩来说,药量16kg基本达到饱和状态,随着药量的增加,能力改善已经不明显,甚至适得其反。

2.1.2激发频率以往的研究成果表明,表层速度较稳定时,资料频率受井深影响较小,如块状灰岩;表层速度变化较大时,资料频率受井深影响较大,如风化破碎灰岩、碎屑岩、砂泥岩等。随着井深的不断增加,围岩速度的增大,激发频率不断提高。通过以上分析,认为井深因素是影响单炮频率的敏感因素,激发药量对单炮频率有一定的改善作用。表层风化层较厚的区域,根据表层调查结果,保证在高速层内激发,能够有效拓宽频带宽度,保证激发频率。在保证激发井深的前提下,试验考核分析灰岩区重点在于药量的考核。受地形影响,地震波能量存在较大的差异。一般情况下,地形平缓区域单炮各偏移距能量均较强。地形高陡区域,单炮能量散失较快,部分能量转化为干扰波。单炮频率特征也存在一定的变化,主要原因为不同地形区沉积环境差异较大,如陡坡带往往破碎较为严重,多为松散砾石堆积。为了保证资料能量和频率的一致性,一方面,采集方面通过科学选择激发因素、优选激发岩性和激发井位等所获资料在能量和频率上均衡。另一方面,处理方面应加强后期的一致性处理。

2.2干扰波分析研究

在地震资料采集过程中,一般通过有效的技术方案和严格的野外施工两方面控制和消除干扰波。在技术方案确定过程中,通过科学论证和严细试验,优选激发因素,保证激发能量,压制背景干扰;保证激发速度,降低激发面波;严格闷井质量,避免激发声波。优选处理方法,通过水平叠加、频率滤波、混波、二维滤波、相干加强等处理手段降低干扰波对地震资料的影响。已有的研究成果表明,影响组合压噪效果的主要因素除组合基距、组合形式外,还包括组内距、检波器数量、组内高差等。根据以往的研究成果,同道检波器组合高差不应大于反射波视周期的1/4。在低信噪比地区,可以放宽限制,高差引起的时差不超过视周期的1/2。区内高速顶界面一般比较平坦,引起道内时间延迟的主要原因是低降速带内反射波传播的时间差。低降速层速度在500m/s~1800m/s,不同的速度、频率对组合高差的要求不一。满足最浅目的层主频30Hz左右和全区不同低降层速度的要求,达到反射波视周期1/4的要求,组合高差小于4.2m。满足1/2的要求,组合高差应小于8.4m。综上所述,认为对于喀斯特地貌区、地形切割剧烈区、岩性剧烈变化区,次生干扰严重发育,资料信噪比不高的区域,单一的采用Inline或是Crossline方向的线性组合不能有效地压制干扰波。根据干扰波的特点确定合理的组合参数,采取大面积组合压制干扰波。

2.3复杂构造区成像问题

利川地区跨越利川复向斜、中央背斜带等主要构造单元。构造过渡带和断裂带附近地层高陡,陡产状地层成像困难,地层反射信息缺失严重,难以满足页岩层识别的需求。

2.3.1成像问题分析利用射线追踪、波动方程模拟、照明分析等多种方法分析复杂构造带地震资料成像困难的原因,力求找到问题的根本。2.3.1.1射线追踪法当地层倾斜、地表起伏的情况下,地震反射已经不能满足水平叠加理论,地下反射点位置发生偏移(图3)。常规的基于水平层状介质的覆盖次数分析已经不能满足设计的需要,正常的设计无法保证覆盖次数的均匀性。构造平缓位置地下层位反射信息齐全;断裂带附近,构造高陡位置,一次覆盖存在反射盲区;在构造复杂区地震反射存在覆盖次数的缺失。2.3.1.2波动方程模拟法通过波动方程模拟发现构造复杂区单炮能量散失较快,能量转化为干扰波,直接影响目的层的成像(图4)。在构造平缓带,模拟单炮可看到清晰的反射同向轴。在构造复杂带,模拟单炮中产生了大量干扰波,有效反射信息模糊不清。2.3.1.3照明分析方法照明分析是分析复杂构造区成像效果的有效手段(图5)。高陡构造带照明分析表明构造复杂区单炮能量下传困难,特别是存在断裂的情况下,反射波能量大部分被断面屏蔽。在复杂构造区目的层反射的成像效果难以满足采集要求。研究人员认为解决复杂构造区成像困难的根本在于保证覆盖次数和覆盖能量,关键在于克服覆盖次数缺失、能量散失和能量屏蔽等问题。

2.3.2解决方案1)采样点密度改善(图6)。不同激发位置,目的层反射信息差异较大,相邻激发点或是间隔激发点之间存在互补关系,通过加密激发点设计能够保证目的层的实际覆盖。2)接收信息丰富度改善。当地层不符合水平层状介质的情况下,反射波传播路径复杂多变。在构造复杂区,通过增加排列长度,接收更多有效反射信息,保证覆盖次数和能量。然而,针对利川地区可采页岩气勘探埋深目的层较浅的情况,盲目增大偏移距只会造成成本的浪费,偏移距达到一定程度(图7),资料品质改善不明显,利川地区偏移距最大基本达到6000m即可。

3应用效果分析

剖面整体品质较好,从剖面上看目的层无缺失,三叠系到志留系地层层间信息丰富,信噪比高。地下构造较为平缓的区域,各反射目的层的反射相位连续性较好,波组特征清晰,易于连续对比追踪;在地下构造高陡或是断裂发育区域,反射层位连续性较差,反射能量较弱量比较强。通过对比不同年度采集获得的地震剖面,认为随着仪器设备的更新、覆盖次数的增加,剖面信噪比和反射相位连续性均有显著提升,较以往老资料有较大改善(图8)。

4认识与建议

1)在利川地区,通过优选激发因素能够改善不同地震地质条件下资料的频率和能量特性,实现频率能量的一致性。2)在利川地区,对于喀斯特地貌区、地形切割剧烈区、岩性剧烈变化区,次生干扰严重发育,资料信噪比不高的区域,采取大面积组合是压制干扰波的有效方法。3)采用加密激发、接收点,增加接收道数能够保证覆盖次数和覆盖能量,改善复杂构造带资料品质。但必须考虑到道距、炮距的减小使得随机干扰相干性加强,而面元道集内传播路径差异变小,使利用叠加压制相干干扰和随机干扰的统计效应降低。

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[3]魏继东,丁伟.检波器野外组合因素对地震资料品质影响分析[J].石油物探,2010,49(3):312-318.

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作者:谢丹 单位:中石化地球物理有限公司武汉勘查公司

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