四川盆地致密气资源潜力巨大，是西南油气田积极推进“建设300亿，奋斗500亿”战略目标的重要领域，近年来已进入加快发展新时期。针对致密气藏多期河道叠置、非均质性强、单层厚度薄的地质特点，单一纵波资料面临“砂体刻画精度低、含气预测多解性强”两大难题，横波沿岩石骨架传播，受流体影响较小，多波多分量地震勘探技术在储层成像、岩性和流体识别等方面具有独特优势，成为解决特定地质难题，提高油气勘探精度的物探技术。本文结合理论方法与实际资料处理分析，通过面元、覆盖次数、最大偏移距等采集观测系统关键参数的优选，获得了适合川西北部地区多波多分量采集观测系统方案，实施后获得了高品质的多波地震资料，为后续处理解释工作奠定了基础。 The Sichuan Basin has enormous potential for tight gas resources and is an important area for the Southwest Oil and Gas Field to actively promote the strategic goal of “building 30 billion and striving for 50 billion”. In recent years, it has entered a new era of accelerated development. In response to the geological characteristics of multi-stage river stacking, strong heterogeneity, and thin single-layer thickness in tight gas reservoirs, a single longitudinal wave data faces two major challenges: low accuracy in sand body characterization and strong multi resolution in gas content prediction. Shear waves propagate along the rock skeleton and are less affected by fluids. Multi wave and multi-component seismic exploration technology has unique advantages in reservoir imaging, lithology, and fluid identification, and has become a geophysical exploration technology to solve specific geological problems and improve oil and gas exploration accuracy. This article combines theoretical methods with practical data processing and analysis, and through the optimization of key parameters such as panel elements, coverage times, and maximum offset of the acquisition and observation system, obtains a multi wave and multi component acquisition and observation system scheme suitable for the northwest Sichuan region. After implementation, high-quality multi wave seismic data is obtained, laying a foundation for subsequent processing and interpretation work.
四川盆地致密气资源潜力巨大，是西南油气田积极推进“建设300亿，奋斗500亿”战略目标的重要领域，近年来已进入加快发展新时期。针对致密气藏多期河道叠置、非均质性强、单层厚度薄的地质特点，单一纵波资料面临“砂体刻画精度低、含气预测多解性强”两大难题，横波沿岩石骨架传播，受流体影响较小，多波多分量地震勘探技术在储层成像、岩性和流体识别等方面具有独特优势，成为解决特定地质难题，提高油气勘探精度的物探技术。本文结合理论方法与实际资料处理分析，通过面元、覆盖次数、最大偏移距等采集观测系统关键参数的优选，获得了适合川西北部地区多波多分量采集观测系统方案，实施后获得了高品质的多波地震资料，为后续处理解释工作奠定了基础。
致密气，纵横波，观测系统，优选
Xiaoyang Wang1, Rongrong Zhao2, Zengyou Wu1, Cong Ren2, Minyi Li2, Yiwei Li1, Shuqin Li1, Pingchao Fang2, Junguo Du1
1BGP Southwest Geophysical Branch, CNPC, Chengdu Sichuan
2Exploration Business Department of Southwest Oil and Gas Field Company, CNPC, Chengdu Sichuan
Received: Jan. 19th, 2024; accepted: Jun. 28th, 2024; published: Jun. 30th, 2024
The Sichuan Basin has enormous potential for tight gas resources and is an important area for the Southwest Oil and Gas Field to actively promote the strategic goal of “building 30 billion and striving for 50 billion”. In recent years, it has entered a new era of accelerated development. In response to the geological characteristics of multi-stage river stacking, strong heterogeneity, and thin single-layer thickness in tight gas reservoirs, a single longitudinal wave data faces two major challenges: low accuracy in sand body characterization and strong multi resolution in gas content prediction. Shear waves propagate along the rock skeleton and are less affected by fluids. Multi wave and multi-component seismic exploration technology has unique advantages in reservoir imaging, lithology, and fluid identification, and has become a geophysical exploration technology to solve specific geological problems and improve oil and gas exploration accuracy. This article combines theoretical methods with practical data processing and analysis, and through the optimization of key parameters such as panel elements, coverage times, and maximum offset of the acquisition and observation system, obtains a multi wave and multi component acquisition and observation system scheme suitable for the northwest Sichuan region. After implementation, high-quality multi wave seismic data is obtained, laying a foundation for subsequent processing and interpretation work.
Keywords:Tight Gas, P-Wave and S-Wave, Observation System, Optimization
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川西北部河道砂体叠置发育，二维剖面显示河道砂体亮点反射特征清楚，区内及周边钻井过程中油气显示频繁，共有7口井累计10次油气显示，其中G4井在沙一段测试获日产气2.16万方，截止目前已累产气0.25亿方。同时，地震地质综合预测ZT地区沙一段发育5期砂体，累计面积三千多平方公里，资源量四千多亿方，砂体厚度大、物性好，展现出该区巨大的勘探潜力。其次，本区须家河组须二、须三段砂体叠置连片发育，地震资料初步刻画须二段有利面积六百多平方公里，须三段有利面积四百多平方公里；另外，本区位于二叠系茅口组台缘滩和灯影组灯二段台缘带丘滩体发育有利区，具备多层系立体勘探优势 [
常规勘探三维地震资料存在成像精度低、横向保幅能力较差、分辨率低等问题，对河道砂体横向边界预测精度较低。道集中的远炮检距信息不足，造成高置信度的AVO属性分析无法实施，制约了对含气甜点砂体的识别 [
勘探的过程相互独立又相互衔接。地震勘探采集的资料品质与其后续处理和解释成果有重要的联系。地震采集工作中，观测系统与野外生产的效率、难度以及成本密切相关，对地下地质体成像精度影响很大。因此，开展观测系统参数优化技术研究，科学合理的设计采集参数，在保证地震资料品质的前提下，获得较高性价比的观测系统参数，为勘探部署、开发及工程部署提供充足可靠的依据意义重大 [
本次多波多分量地震勘探的观测系统参数优化主要通过深入分析转换波传播与纵波的差异，明确其传播特征，结合工区三维观测系统，确定并开展转换波关键参数论证分析，开展模型正演分析和实际观测系统退化验证，形成转换波观测系统论证方法。
通过研究，发现转换波传播具有以下特征：1) 共转换点具有非对称性特征，转换点靠近接收点一侧，覆盖次数不均匀(如图1所示)；2) 转换波速度低于纵波速度，转换波对应的观测系统面元与纵波不一致；3) CCP面元内，炮检距和方位角分布在连续性、均匀性上较CMP稍差；4) 转换波只是在中等炮检距上会有较大的能量。
图1. 转换波P-SV、纵波P-P传播路径
对转换波、纵波叠前道集数据从面元、覆盖次数(炮道密度)、偏移距、接收线距、横纵比方面考虑，进行不同方式抽取重新构建观测系统，便于下一步进行观测系统参数分析评价，从而优选观测系统参数(图2)。
图2. 观测系统参数重构技术流程图
选取工区三维满覆盖内地表地腹地质条件较好的区域开展多波多分量观测系统退化分析，分析方案详见表1。
| 原始参数 | 对比分析参数 | 工作量(套) | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 面元 | 20 × 20 | 20 × 40、40 × 20、40 × 40 | 3 × 2 = 6 | ||
| 覆盖次数 | 272 | 208、176、144、112、80 | 5 × 2 = 10 | ||
| 偏移距(m) | 限最大偏移距 | 0~7556 | 0~1000、0~2000、……、0~6000 | 6 × 2 = 12 | 36 |
| 等偏移距 | 0~1000、1000~2000、……、6000~7556 | 6 × 2 = 12 | |||
| 限最小偏移距 | 0~7556 | 1000~7556、……、6000~7556 | 6 × 2 = 12 | ||
| 接收线距(m) | 280 | 560 | 1 × 2 = 2 | ||
| 合计 | 54 | ||||
表1. 多波多分量观测系统退化分析方案表
1) 偏移距分析–理论分析
最大炮检距有三条要求：1) 要大于目的层深度；2) 入射角要小于临界角；3) 保证最大炮检距动校拉伸后不被切除；在平面P波入射时，P波、SV波的反射和透射能量分配遵循以下Zoeppritz方程(图3)。
图3. Zoeppritz方程
根据工区主要目的层属性建立多层模型，计算四个目的层的PP波和PS波的反射系数，论证沙溪庙组底界反射系数随炮检距变化的情况。论证结果表明，对于沙溪庙组，PP波、PS波反射系数随炮检距变化均在小于4500范围内，能量稳定。
2) 偏移距分析–实际资料分析
按照表2的分析方案，对工区多波、纵波资料进行偏移距分析。
| 序号 | 实现方式 | 偏移距范围(m) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 限最大偏移距 | 0~1000 | 0~2000 | 0~3000 | 0~4000 | 0~5000 | 0~6000 | 0~7556 |
| 2 | 等偏移距 | 0~1000 | 1000~2000 | 2000~3000 | 3000~4000 | 4000~5000 | 5000~6000 | 6000~7556 |
| 3 | 限最小偏移距 | 0~7556 | 1000~7556 | 2000~7556 | 3000~7556 | 4000~7556 | 5000~7556 | 6000~7556 |
表2. 偏移距分析参数表
根据实际资料分析结果显示，偏移距小于3000 m，转换波信息较少，信噪比低。偏移距大于4000 m，纵波沙底成像效果改善不明显。从速度谱分析来看(图4、图5)，随着偏移距增加，沙底能量团逐渐收敛，当偏移距大于4000 m后，沙底能量团变化不明显。
图4. 不同偏移距速度谱效果对比(P-SV)
图5. 不同偏移距速度谱效果对比(P-P)
理论论证与数据重构处理评价结果如下：
偏移距对川西北地区转换波成像影响较大，川西北致密气多波勘探，针对沙溪庙组目的层偏移距应在4000 m~4500 m，可以同时满足纵波和转换波获得高信噪比成像需求。转换波等偏资料显示：近偏移距转换波反射信息较少，0 m~1000 m主要是噪音干扰，远偏移距转换波信息对成像贡献较少：4000 m~6000 m段剖面上，沙溪庙内部有效反射信息较少；最有利的高信噪比成像范围在3000 m~4000 m偏移距之间。纵波等偏资料显示：偏移距在4000 m以上，对目的层成像没有贡献。
1) 理论分析
由于转换点出现位置的不对称性，覆盖次数出现高低交替出现，分布极不均匀。
根据工区观测系统(32L7S306R正交，RI = SI = 40，RLI = 280，SLI = 360，BIN：20 * 20)，开展理论计算，纵波和不同目的层转换波的覆盖次数。
纵波覆盖次数均匀分布稳定，满覆盖区域稳定、边界清晰(图6)；转换波覆盖次数分布极不均匀，相对纵波的满覆盖区域，覆盖次数高低交替出现，最高达到307次。转换波覆盖次数与地层深度有更高的相关度，随着目的层深度的增加，一次覆盖区域逐渐变小，覆盖次数逐渐变好。
图6. 面元内覆盖次数分布示意图(左面元20 × 20，右面元26.6 × 26.6)
2) 实际资料分析
按照表3的分析方案，对工区三维多波、纵波资料进行覆盖次数分析(观测系统32L7S306R，接收线距280 m)。
| 序号 | 实现方式 | 接收道数 | 炮线距(m) | 纵向面元(m) | 横向面元(m) | 覆盖次数(次) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 原始 | 306 | 360 | 20 | 20 | 16 (横) * 17 (纵) = 272 |
| 2 | 炮线17抽2 | 306 | 非均匀 | 20 | 20 | 16 (横) * 15 (纵) = 240 |
| 3 | 炮线17抽4 | 306 | 非均匀 | 20 | 20 | 16 (横) * 13 (纵) = 208 |
| 4 | 炮线17抽6 | 306 | 非均匀 | 20 | 20 | 16 (横) * 11 (纵) = 176 |
| 5 | 炮线17抽8 | 306 | 720 | 20 | 20 | 16 (横) * 9 (纵) = 144 |
| 6 | 炮线17抽10 | 306 | 非均匀 | 20 | 20 | 16 (横) * 7 (纵) = 112 |
| 7 | 炮线17抽12 | 288 | 非均匀 | 20 | 20 | 16 (横) * 5 (纵) = 80 |
表3. 覆盖次数分析参数表
从不同覆盖次数叠加剖面转换波资料可以明显看出：随着覆盖次数的增加，剖面由浅至深成像品质呈逐渐改善趋势；沙底覆盖次数大于98次后，成像质量总体差异不大。从等时切片振幅能量图(图7)可以分析出，随着覆盖次数的增加，等时切片振幅能量逐渐增强，沙底覆盖次数大于98次后，振幅能量总体差异不大。
图7. 不同覆盖次数等时切片振幅能量图
从不同覆盖次数信噪比曲线图可以分析出：当沙底覆盖次数达到98次(总覆盖次数208次)，信噪比增加变缓，因此采用200次左右覆盖能够满足纵波、转换波获得较高品质成像需求。
1) 理论分析
随着波速比增加，转换波对应的观测系统面元大小是逐渐增加的；侏罗系沙溪庙组致密气勘探，转换波面元大小的需求小于纵波，约为纵波面元的1.3倍。
转换波面元大小：
B i n p − s v = Δ x 1 + ν s / V p × Δ s 1 + ν s / V p ，
其中Δx为道距，Δs为炮距。
转换波面元大小与波速度比、纵波面元大小有关系。随着波速比增加，转换波满足空间采样要求面元大小是逐渐降低；侏罗系沙溪庙组致密气勘探，转换波空间采样要求面元大小的需求小于纵波，约为纵波面元的1.6倍。针对深度为3000米左右的侏罗系沙溪庙组致密气勘探，纵波面元大小能够满足转换波勘探需求。
2) 实际资料分析
对三维多波、纵波资料进行覆盖次数分析。纵向面元对纵波资料成像影响较大，对转换波成像影响较小；纵向面元增大为40 m，纵波剖面横向分辨率和信噪比下降较为明显。横向面元变化，对纵波资料成像影响较大，对转换波成像影响较小；横向面元增大为40 m，纵波剖面信噪比下降。
从转换波等时切片可以看出，随着面元变大，等时切片上整体振幅能量略有降低，但不影响振幅能量变化趋势。
1) 理论分析
接收线距一般不大于垂直入射时的菲涅尔带半径：
R = z 0 λ 2 + λ 2 16 ≈ z 0 λ 2 = z 0 v i n t 2 f d o m
以沙溪庙组转换波接收线距论证为例，随着波速比的增加，转换波对接收线距要求严格。当波速比为2时，转换波和纵波对接收线距要求近似。接收线距对致密气成像影响较为重要，线距过大会导致浅层无法成像。
2) 实际资料分析
280 m小接收线距相对560 m大接收线距对浅层的资料成像更好，有效反射更清晰可见，能量更强。
观测系统设计时，面元覆盖次数、炮检距、方位角的均匀性是评价观测系统好坏的重要属性之一，转换波传播射线路径不对称导致不同面元覆盖次数极不均匀，因此，采用离散度和变异度对不同面元大小的观测系统进行评价。
开展不同面元大小、相同速度比条件下面元属性变异度分析和相同面元大小、不同速度比条件下面元属性变异度分析，得到转换波勘探面元属性变化规律，形成面元均匀性评价方法。
以工区三维观测系统出发，论证沙溪庙组面元属性均匀性，认为面元大小在20~30之间，面元的属性均匀稳定。
川西北部致密气多波多分量地震勘探观测系统关键参数优选结论：沙溪庙组底覆盖次数大于98次；针对沙溪庙组最大偏移距4000 m~4500 m；面元不大于20 m。
本轮川西北部三维勘探通过对面元、覆盖次数、最大偏移距、接收线距等观测系统关键参数进行优选，理论分析与实际资料分析相结合，评价了不同参数资料成像效果，并确定了多波多分量地震勘探的采集观测系统参数，采用宽方位、高密度、高覆盖次数观测系统，结合创新的三分量检波器标准化埋置工艺、激光雷达+软件智能布设物理点以及精细的过障碍观测系统设计等，获得了高信噪比、高分辨率的地震资料。
从图8新老剖面对比中可以看出，本轮工区多分量剖面层位特征明显、层间信息更丰富，品质较邻区有明显提升。
图8. 新老资料叠前时间偏移剖面对比
川西北部多波多分量地震勘探通过高精度地震资料采集，特别是观测系统关键参数进行优选等技术的应用，提高了二叠系茅口组成像精度，提高了地震资料的信噪比和分辨率，确保了分布均匀的、高质量、高信噪比三维原始地震数据的获得。
本论文是川西北部致密气多波多分量地震勘探技术攻关研究及现场试验项目部分成果的展示，衷心感谢参与该项目的各位同事！
王晓阳,赵容容,吴增友,任 聪,李明翼,李一苇,黎书琴,房平超,杜均国. 川西北部多波多分量地震勘探采集观测系统关键参数优选技术及应用效果Key Parameter Optimization Technology and Application Effect of Acquisition Observation System of Multi-Wave and Multi-Component Seismic Exploration in the Northwest of Sichuan[J]. 地球科学前沿, 2024, 14(06): 914-922. https://doi.org/10.12677/AG.2024.146085
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