六盘山盆地黄土塬区地震数据采集技术_张志林.pdf

第41卷第5期 2013年10月 煤田地质与勘探Vol. 41 No.5 Oct. 2013 COALGEOIOOY 2.中国石化胜利油田地质科学研究院，山东东营257100 摘要宁夏南部六盘山盆地属于典型黄土坊、地貌的沉积盆地，该区表层沉积了巨厚黄土层，深层 不同构造单元差异大，在地震数据采集上需克服地表和地下的双重影响．分析了该区地质条件以 及勘探难点，结合实际资料并应用新技术和新方法，总结出一套针对该区的地震数据采集技术， 可以指导该区后期地震勘探工作． 关键词六盘山盆地；黄土螺；巨犀黄土层；双重影响；地质条件；数据采集 中图分类号P631文献标识码ADOI 10.3969/j.issn.1001-1986.2013.05.015 Seismic acquisition technolo部rin loess area of Liupanshan basin ZHANGZhi时，HEJin部uo1，πANGenβai 1, RONG Yi2 1. Geophysical Exploration Company of Shengli Oilfield, Dongying 257100, China; 2. Geoscience Research Institute of Shengli Oilfield, Dongying 257100, China Abstract Loess plateau in very complex geological conditions is considered to be a world-class problem. Liupanshan basin located in the south of Ningxia belongs to typical loess tableland geomorphology and sedimentary basin, the acquisition project is located in an area of low degree exploration, It has very large exploration potential. But the geological conditions of the area are very complex, specific feature is a thick layer of loess. Deep conditions in different tectonic units are very different, we must overcome the double impact of surface and underground in the collection. The paper analyzes the area with different geological conditions, and the di伍cultyof exploration. It sums up a set of seismic acquisition technology aiming at the area to guide也earea exploration in combination with test data and application of new technologies, new s Key words Liupanshan basin; loess plateau；也icklayer of loess; the double impact; geological conditions; data collection 黄土塘地质条件复杂，黄土覆盖巨厚，给地震 数据采集尤其是地震波激发接收环节造成了巨大困 难，被认为是世界级难题［1-2）。六盘山黄土塘二维地 震勘探数据采集项目是胜利油田在该区的首次勘 探。该区勘探程度低，勘探潜力大，但地质条件复 杂，表层沉积了巨厚黄土层，深层不同构造单元差 异大，特别是沙沟断阶、桃山－石峡口断阶，反射弱、 信噪比低，在采集上要克服地表和地下的双重影响， 难度非常大。 通过前期调研和资料分析，结合以往黄土摞成 功采集经验，采用详细而科学的试验流程、新技术 以及先进的采集工艺，取得了较大的突破。 1 地震数据采集难点 1.1 表层地震地质条件与数据采集难点 六盘山盆地地貌主要以黄土摞为主，工区北部 收稿日期2012-08-20 及西北部黄土相对较薄（80～150m）；中部和南部相 对较厚（350-400m）；其余地区黄土厚度在250m左 右。另外，该区普遍存在多套料姜石层，间隔约5m, 自东向西层数增多。 黄土塘层划分为次生黄土层和原生黄土层。一 般次生黄土层速度为320-400mis，原生黄土层速度为 710-840 mis，下伏中生界地层速度可达3400 mis。 该区表层主要采集难点有 a.表层速度、厚度及岩性纵横向变化大，造成 表层结构调查困难，激发点位优选困难，静校正问 题突出； b.黄土覆盖厚度大，使地震波的吸收衰减严重 （相当于深层100倍）； c.黄土土质结构疏松，潜水面深，造成激发地 震波能量与频率过低； d.料姜石层与黄土层、黄土层与中生界地层之 作者简介张志林（198萨一），男，湖北武穴人，工程师，从事地震勘探数据采集方法研究工作． ChaoXing 72 煤田地质与勘探第41卷 间，波阻抗差异大，严重阻挡了地震波能量的下传； e.纵横向介质的不均匀性造成地震资料的多 次波和次生干扰发育，散射严重。 1.2 深层地震地质条件与数据采集难点 两大一级构造单元中央蝴陷和东部斜坡交界 处，沙沟断阶带和挑山一石峡口断阶深层非常复杂， 发育多个叠瓦状前展式逆冲席，呈现明显逆掩推覆 构造以及多个鼻状构造，使得该区成像问题突出， 观测系统设计困难。 该区主要存在以下两大难点 a.表层复杂，整个工区都是黄土楞，导致激发 接收非常困难。 b.深层构造复杂（两大一级构造单元交界处）， 观测系统设计难度大。 2 黄土拥区地震勘探数据采集技术 2.1 激发技术 2.1.1 精细近地表调查 黄土摞表层复杂，采用单一或简单的微测井、 小折射调查方法难以取得较好效果［4］。为了详细调 查该区的近地表结构，在该区首次采用了表层地质 平面图、地质露头调查、钻井取心、多井测井、微 测井、小折射和折射微测井、局部规律调查等多种 方法联合调查技术，取得了较精细近地表模型，为 后面的激发以及静校正提供了可靠的数据［4］（图1）。 2.1.2 激发条件优选 黄土摞区吸收衰减非常严重，频率和信噪比低， 应尽量激发出较强和较高频率的地震波，从而寻找 最佳井深和药量以及激发方式。在炸药类型上，一 般高爆速震惊使用较多［5-7］。在黄土螺区激发方式的 选取上，一般在较薄的区域尽量打穿黄土层；在巨 U相 ”四 NE86。L25。 厚黄土掠区，多井组合更有利于提高信噪比和能量 的下传；在不能选取好的激发岩性前提下，采用组 合井激发。分析前期资料，该区组合井井深应打穿． 料姜石层，并保持在同一深度上；组合井深是否打 穿料姜石层，单炮品质差别很大，前者相对后者单 炮信噪比高，同相轴连续性好，浅中深有效反射信 息清晰。 在岩性上，黄土摞区激发岩性效果较好依次为 基岩、红土、含水黄土、潮湿黄土、干燥黄土。表 层红土中激发频率高，有效反射信息突出（尽管是在 黄土区接收），而黄土激发、黄土中接收，频率低， 有效反射不明显，激发达不到要求。 在组合井激发上，以往采用井数类型多而复杂， 没有给出具体的井数或范围，也缺少这方面系统的 试验。为了确定巨厚黄土摞合适的井数，在理论分 析基础上，进行了2-17井不同井数组合井试验，井 深分别为2-6井30m、8-11井20m、13-17井18m; 药量分别为2-9井20kg、11-17井单井药量2kg。 定性分析，11井激发效果较好。 2.2 接收技术 黄土塘区由于激发接收条件差，噪音严重，主 要发育有两大类干扰波一是规则干扰，如面波、 折射波、多次折射波；二是次生干扰，如黄土孔隙 中的空气作用而发生散射干扰，由于地形剧烈起伏 形成的多次震动和侧面波等［8］。 为了查清不同干扰波特征，在该区进行了“十”字 排列环境噪音调查、1”型排列规则干扰波调查，并在 该区首次尝试“刁 便查清工区干扰波类型及分布特征（图2）。其中面波1 视速度531mis，人射角180。；面波2视速度786mis, 人射角198。；折射波1视速度2091 mis，人射角162。； J, 主尘牛主一」 图1LPS2011-4地面地质剖面（局部）及表层结构调查图（段） Fig. I Geological section LPS2011-4 and surface layer structure ChaoXing 第5期张志林等六盘山盆地黄土壤区地震数据采集技术 73 t市tt.二二二二＝丁 共70炮｜ ; .点伊；二舰瞧 第l炮点 l 500m pt铃.u二二仅仅斗_J 旦旦旦旦 第8炮点 第7炮点 第2炮点 I 500 m d 图2“刁”字型和盒子波干扰波调查观测系统及调查记录 Fig. 2 Survey system and record of “刁”shapedand box shaped interference wave a一盒子波调查；护－“刁”字型调查；c一盒子波调查原始记录； d一“刁 折射波2视速度1414 mis，入射角216。；折射多次 波视速度2091 mis，人射角198。；侧面干扰波视速 度200～550mis，人射角30。～175。。另外，该区次生 干扰发育，随机性强，掩盖了大量有效信息。 2.2.1 组合压嗓技术 在组合方向上，由盒子波记录中抽取垂直测线 6 mx66 m和平行测线66m叫m两种组合图形进行 组合方向对比分析可知前者对沿测线折射干扰压制 效果较差，但对垂直测线次生干扰压制效果较好；后 者对沿测线压制效果较好，但对次生干扰压制效果较 差，有效信息不突出。从两种组合图形记录定量分析 认为，垂直测线6mx66 m相对平行测线66mx6 m 目标层整体能量强，信噪比高。 在组合图形选取上，组内距、组合基距是其中 最关键参数，主要根据目标层有效波和主要干扰波 的特点，进行组合压噪［7）。黄土掠区干扰最严重的 是由大小和形状不一的黄土塘引起的次生干扰，其 中侧面波干扰严重，是该区组合压噪的主要对象（表1）。 表1组合压曝主要参数对比表 Table 1 Comparison of major parameters for combined n01se suppression 地震波关键参数 视速度／（ms-1 视频率/Hz 视波长Im 主要压制干扰波（侧面波） 200550 IO15 2050 目标层有效波 2 400-6 800 1830 80400 在组内距选取上，利用相关半径求取软件对环 境噪音调查记录进行分析，由相关半径曲线可知 组内距为4m随机干扰明显减弱；通过对于12m不 同组内距的组合压噪分析可以看出，组内距为6m 时，在压制带范围内，侧面波得到了很好的压制，而 且对压制带以外通放带有效波破坏相对较小（图3）。因 此，组内距应选取6m左右。 在组合基距选取上，根据组合基距理论计算公式 0.9λ1L0.44勾 通过计算，其组合基距范围应取45m三LllOmo 针对黄土掠接收技术，很多学者对大组合基距 接收进行了深入的研究，也取得了较好的效果［9］。 在实际资料分析中，通过30～138m不同组合基距压 噪分析可以看出，组合基距在102m时，既对侧面 波的压制效果较好，而且对有效波破坏也不大。结 合实际试验记录，当组合基距达到102m左右，有效 反射明显，达到120m对有效波有一定的损害（图4）。 2.2.2 栓泼器辑合技术 工区主要有河谷砾石区（夹有黄土）、未改造沟 底（黄土螺地区）、坚硬首稽地、黄土瞟白地、松软机耕 地、黄土摞坡地、岩石出露区以及黄土塘梯田8种地 表。为了保证藕合效果，共进行了8组不同地表特征 ChaoXing 74 煤田地质与勘探第41卷 a b c {d e （η 图3不同组内距干扰波压制分析（波长） Fig. 3 Analysis of suppression of interference wave 6 mxJO m 6 mx66 m 6mxJ02m 6 mx]20 m 图4不同组合基距原始记录 Fig. 4 Original record of basic intervals of different configu- rations 3.60 3.50 3.40 3.30 3.20 3.10 4.00 3.00 2.00 1.00 4.30 3.10 4.25 3.00 4.20 2.90 4.15 4.10 .... 2.80 4.051.. -.. .. -2.70 4.00 2.60 直接埋置20cm埋宜50cm理笠50四点接.\ft20cm理置40cm埋置40cm 资实埋置t务实理置 第l组河谷厚黄t区第2组未仪造沟底（黄土掠区） 3.10 0.80 3.00 2.90 0.60 2.80 0.40 2.70 0.20 0.00 ----2.60- 0.00 直接埋置20cm理笠4晴cm埋.ti40cm 直按理笠20cm埋宜40cm埋笠40cm 资实埋置劳实埋置 第5组构软机耕地第6组黄土螺披地 检波器藕合试验。每种地表特征采用2-4种埋置方式 进行检波器搞合试验，并对8组不同地表的藕合试验 进行定性和定量对比分析（表2和图匀，明确了每种 地表相应的埋置方式首宿地、黄土塘、未改造沟 底宜采用20cm挖坑埋置；河谷厚黄土、马铃薯等经 济作物地宜采用直接埋置；岩石出露区、部分沟底 岩石出露区应采用培土埋置。 2.3 黄土螺区观测系统设计 在黄土摞区观测系统优选方面，国内多家兄弟 单位进行过宽线或多线实践和理论研究［10］。这里采 用基于叠前偏移成像的观测系统优化技术（图6），优化 后观测方式为2L2Sl440T、7190-10-20-10-7190，另外 在两大一级构造单元交界处适当加密。从新老单炮对 表28种地表不同理置方式埋置效果统计表 Table 2 St叫“csof effect of 8 burring ways 序最好较好最差 地表情况备注 埋置方式埋置方式埋置方式 50 cm务实 1 河谷厚黄土直接埋置50 cm埋置 埋置 2 未改造沟底20cm埋置40cm埋宣直接埋置 3坚硬首稽地20cm埋宣直接埋置 4 黄土摞白地20cm埋置直接理置40cm埋 5 松软机耕地 6 黄土摞坡地20cm埋置 7岩石出露区培土埋置 直接埋置 见缝插针 埋置 4种效 果相当 8 黄土摞梯田20cm埋置直接埋置50cm埋置 宣接埋宜20cm埋童40cm埋置40cm 资实埋置 第3组坚硬首稽地 有上埋置风缝插针埋置 第7组岩石出露区 2.60 2.50 2.40 2.30 2.20 2.10 2.00 1.90 2.60 2.50 2.40 且按理置20cm埋置4阳n埋置40cm 务实埋置 第4组黄土掠白地 直接埋觉20cm埋宜50cm搜觉50cm 资实埋篮 第8组黄土草草梯田 图5不同部位检波器藕合定量分析 Fig. 5 Quantitative analysis of geophone coupling at different location ChaoXing 第5期张志林等六盘山盆地黄土壤区地震数据采集技术 75 基于叠前深度偏移成像的技术要求 CRP、成像、速度、 采集痕迹、能盘聚集、 FK谱、模拟单炮、 模拟剖面 论证观测系统参数、优选观测系统 图6六盘山观测系统设计流程图 Fig. 6 Flowchart of observation system design in Liupanshan 比可以看出，新单炮相对老单炮信噪比有了较大的提 高，同相轴连续性较好（图7）；从新老剖面对比也可 以看出，新剖面同相轴连续性明显增强，信噪比得 到大幅提高，尤其是中深层白辈系以下有效信息丰 富，构造形态更加清楚，波组特征更加明显；而老 剖面深层信噪比较低，很难见到有效反射，新剖面 品质相对老剖面有了明显的提高，取得了较好的剖 面效果（图的。 a b 图7六盘山老（a）新（b）单炮对比 Fig. 7 Comparison of olda and newb single shot in Liupanshan a b 图8六盘山新老剖面对比 Fig. 8 Comparison of old and new profiles a一老资料II号线叠加剖面；廿－新资料II号线叠加剖面 4结论 a.在影响黄土摞区地震勘探效果的诸多因素 中，激发技术起着决定性作用。表层分区调查、单 深井与多井组合相结合、多种井深药量配合激发能 够有效地提高激发质量，取得较好的勘探效果。 b.干扰波压制是黄土摞勘探的主要难题，由黄 土棵大小和形状引起的侧面波是组合压噪的重点。 c.由于黄土摞区地震资料普遍较低，宜采用宽线 或多线（非纵勘探）采集，采用基于叠前偏移成像的观 测系统优化技术，优选适合工区的最佳观测系统。 参考文献 [I］熊毒害．我国物探技术的进展及展望［巧石油地球物理勘探， 2003, 384 447-459. 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