羅岐峰,馬立新,張立軍,于寶華,吳永國,楊領(lǐng)軍

(東方地球物理公司青海物探處采集方法研究所，甘肅敦煌 736202)

三維地震勘探部署與設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

羅岐峰,馬立新,張立軍,于寶華,吳永國,楊領(lǐng)軍

(東方地球物理公司青海物探處采集方法研究所，甘肅敦煌 736202)

摘要：為提高三維地震勘探策劃與部署、設(shè)計(jì)與采集的能效，從勘探部署、地震采集工程設(shè)計(jì)、勘探經(jīng)濟(jì)效率等方面入手，對三維地震勘探設(shè)計(jì)的多項(xiàng)指標(biāo)及其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行研究。結(jié)果表明，三維地震采集的滿覆蓋區(qū)域面積必須占地震資料面積的60%以上，且目標(biāo)層越深，則勘探部署區(qū)域面積應(yīng)越大?？碧讲渴饏^(qū)域設(shè)計(jì)時盡可能減少區(qū)域拐點(diǎn)數(shù)，既有利于與相鄰勘探區(qū)塊的對接，又能減少成本；采集參數(shù)相同的情況下，布設(shè)區(qū)域的縱橫比大于1時，地震資料面積、未滿覆蓋區(qū)域面積逐漸減小，勘探效果較好。且三維地震測線應(yīng)盡量沿部署區(qū)域的長邊方向布設(shè)，減少接收線的條數(shù)，提高采集效率。做三維地震滾動勘探部署的整體規(guī)劃設(shè)計(jì)時，在邊緣處理中應(yīng)盡量接納相鄰工區(qū)和以往的炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)數(shù)據(jù)，減少重復(fù)采集、消除地震資料空白區(qū)，降低勘探費(fèi)用。

關(guān)鍵詞：三維地震 ；部署區(qū)域面積；覆蓋次數(shù)；采集指標(biāo)；勘探效能

Economic Indexes of 3D Seismic Exploration Deployment and Design

Luo Qifeng, Ma Lixin, Zhang Lijun, Yu Baohua, Wu Yongguo, Yang Lingjun

(QinghaiDivision,BGPInc.,CNPC,Dunhuang,Gansu736202,China)

Abstract:To enhance planning and deployment, design and acquisition of 3D seismic exploration, we probed into multiple indexes of 3D seismic exploration design and their efficiency from perspectives of exploration deployment, seismic acquisition engineering design, and exploration efficiency, etc. Results showed that total cover of 3D seismic acquisition had to take up more than 60% of the area of seismic data. Moreover, the deeper the target layer is, the larger the acreage of exploration deployment should be. Regional inflection points should be reduced as much as possible while carrying out regional design for exploration deployment. It is not only favorable for adjacent exploration blocks docking, but also reduces cost. When acquisition parameters are the same, and the aspect ratio is higher than 1 in layout area, seismic data area and the proportion of fully covered area drop gradually, the exploration results get better. Furthermore, the 3D seismic survey line should be laid in the long direction, to decrease the number of received lines and enhance acquisition efficiency. When launching overall planning and design of 3D seismic rolling exploration deployment, edge processing should take in adjacent area and previous shot and reflection points, to decline repeated acquisition, eliminate seismic data gap and reduce exploration cost.

Key words：3D seismic; area of layout area; cover frequency; acquisition index; exploration efficiency

隨著石油地質(zhì)研究的不斷深入[1-3]，為了進(jìn)一步搞清地下構(gòu)造特征及斷裂分布規(guī)律，精細(xì)刻畫小斷塊和低幅度構(gòu)造圈閉[4]，有必要部署三維地震。此外，為了滿足開發(fā)儲層橫向預(yù)測[5-7]，也需要部署三維地震勘探。從長遠(yuǎn)發(fā)展趨勢來看，三維地震勘探獲取的地震信息量更大，也變得更經(jīng)濟(jì)[8]，是未來解決復(fù)雜地質(zhì)問題的主要手段。

地震采集工程設(shè)計(jì),一方面要滿足地質(zhì)設(shè)計(jì)的要求，另一方面要考慮采集成本[9]。如果地震采集費(fèi)用超出了成本預(yù)算，再好的設(shè)計(jì)方法也很難實(shí)施。對于勘探投資，勘探方(業(yè)主)按照地質(zhì)設(shè)計(jì)以單位面積(km2)為成本核算，最關(guān)心的是疊前、疊后滿覆蓋次數(shù)的面積和地震資料的品質(zhì)；勘探施工方(乙方)按照采集參數(shù)核算成本費(fèi)用時，最關(guān)心施工的總炮點(diǎn)數(shù)、總檢波點(diǎn)數(shù)及激發(fā)方式(可控震源或井炮)等這些顯性的實(shí)際費(fèi)用。對于勘探面積設(shè)計(jì)問題，同樣的采集參數(shù)要完成等量的部署區(qū)域面積，其總炮點(diǎn)數(shù)和總檢波點(diǎn)數(shù)相差較大，對這些隱性的實(shí)際費(fèi)用，目前尚未給予過多的關(guān)注。

從某油田早期的三維地震勘探部署來看(圖1)，其具有如下幾個缺點(diǎn)：①勘探區(qū)域根據(jù)地下構(gòu)造單元進(jìn)行劃分，按不同年度分別進(jìn)行地震采集設(shè)計(jì)與施工，由于不同年份部署區(qū)域的方位有差異，必然出現(xiàn)不同程度的地震資料重合與空白，如1996年布設(shè)的區(qū)域與其他年度布設(shè)的區(qū)域；②勘探區(qū)域之間沒有很好的銜接，如2003年、2007年布設(shè)的三維勘探，雖然勘探區(qū)域面積的方位角保持一致，但區(qū)域的邊界重復(fù)布設(shè)太多；③勘探區(qū)域面積的大小、形狀不同，如1996年布設(shè)最小的勘探面積(45.960km2)，2007年布設(shè)最大的勘探面積(286.580km2)，2009年布設(shè)多邊形的區(qū)域面積，矩形面積的拐點(diǎn)多于4個。

圖1　某油田三維地震勘探部署圖(局部)Fig.1　Deployment of 3D seismic exploration in an oilfield(part)

上述布設(shè)勘探區(qū)域的布設(shè)方式不利于地震資料的連片處理及地質(zhì)解釋[10]，因?yàn)楦采w次數(shù)、方位角、炮檢距等分布的不均勻性[11-12]會造成地震屬性的差異[13-14]。對勘探部署設(shè)計(jì)而言，為了完成特定的地質(zhì)目標(biāo)，經(jīng)常會出現(xiàn)各種形狀、大小、方向不同的勘探區(qū)域，從勘探費(fèi)用考慮，其設(shè)計(jì)無可厚非；對地震勘探的采集而言，依據(jù)地質(zhì)條件進(jìn)行三維地震設(shè)計(jì)*Andreas Cordsen 著，俞壽朋譯，陸上三維地震勘探的設(shè)計(jì)與施工，石油地球物理勘探局，1996：16-64。時，為滿足勘探區(qū)域邊界的滿覆蓋地震資料，在未覆蓋區(qū)域面積內(nèi)需部署數(shù)量不等的炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)，數(shù)量的多少取決于勘探面積的布設(shè)方式，如勘探面積大小、形狀、方向及其與相鄰勘探區(qū)域的銜接等?？碧矫娣e越小、拐點(diǎn)越多，則地震采集所需的總檢波點(diǎn)數(shù)、總炮點(diǎn)數(shù)就越多，直接導(dǎo)致采集成本增加，使投入與獲取的資料面積不成比例，降低了勘探能效。此外，處理部署區(qū)域的邊界問題時無法利用老資料[15-17]，從而增加了采集成本。

主要針對勘探區(qū)域面積的邊緣處理，三維地震勘探由觀測系統(tǒng)將不同炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)聯(lián)系在一起，對于一個特定的檢波點(diǎn)，每接收一次地震信號，就認(rèn)為其被“激活”一次，區(qū)域邊界的檢波點(diǎn)被“激活”的次數(shù)不斷減少，要達(dá)到相同的覆蓋次數(shù)，根據(jù)面積的大小及形狀變化，必須增加不同數(shù)量的炮點(diǎn)，數(shù)量的多少取決于部署區(qū)域面積，直接影響勘探費(fèi)用。

分析內(nèi)容：①在三維地震觀測系統(tǒng)一定的情況下，部署區(qū)域面積的大小如何影響滿覆蓋區(qū)域面積、未滿覆蓋區(qū)域面積及地震資料面積的變化；②在三維地震勘探部署區(qū)域面積一定的情況下，區(qū)域面積的拐點(diǎn)數(shù)量如何影響滿覆蓋區(qū)域面積、未滿覆蓋區(qū)域面積及地震資料面積的變化；③在三維地震勘探部署區(qū)域面積一定的情況下，區(qū)域面積的縱橫比如何影響滿覆蓋區(qū)域面積、未滿覆蓋區(qū)域面積及地震資料面積的變化；④三維地震滾動勘探開發(fā)中[15-17]，各勘探區(qū)域銜接對滿覆蓋區(qū)域面積、未滿覆蓋區(qū)域面積及地震資料面積變化的影響。

在進(jìn)行三維地震部署與設(shè)計(jì)的指標(biāo)分析之前，先闡述兩個概念：

(1)三維地震資料面積：在不考慮偏移孔徑[6](為了使任意傾斜同相軸能正確成像，而加到勘探部署區(qū)域外的寬度)的情況下，三維地震資料面積一般指兩個區(qū)域面積之和(圖2)，即三維地震資料的滿覆蓋區(qū)域(中部)和未滿覆蓋區(qū)域(外部)，勘探部署區(qū)域(內(nèi)部)認(rèn)為是滿覆蓋區(qū)域。勘探部署區(qū)域是勘探方(業(yè)主)部署的勘探面積，其面積為偏移前的滿覆蓋面積，勘探方按照面積支付給乙方勘探費(fèi)用。未滿覆蓋區(qū)域是覆蓋次數(shù)漸減帶區(qū)域，設(shè)計(jì)者在此區(qū)域內(nèi)布設(shè)炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)，以保證滿覆蓋區(qū)域邊界處達(dá)到滿覆蓋次數(shù)，最大的炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)面積為施工面積。

圖2　三維地震資料面積區(qū)域劃分示意圖Fig.2　Geographic division of 3D seismic data area

(2)平均覆蓋次數(shù)：將獲取三維地震資料的區(qū)域面積按照網(wǎng)格(面元)進(jìn)行劃分，如地震采集的觀測方式為6L×4S×120，每放一炮共計(jì)720個地震道接收，每接收一道地震信息，獲取地下地震反射一次，即覆蓋次數(shù)為一次。(地震采集總炮數(shù)×每炮的地震道接收總數(shù))÷網(wǎng)格(面元)數(shù)，得到每個面元內(nèi)的射線數(shù)目，即為平均覆蓋次數(shù)。地震資料面積內(nèi)的平均覆蓋次數(shù)越高，則未滿覆蓋區(qū)域面積占總資料面積的比值越小，勘探能效越高。

1 部署區(qū)域面積大小與采集指標(biāo)分析

根據(jù)三維地震特定觀測系統(tǒng)，地震勘探部署區(qū)域按照微型、中型、大型的矩形面積進(jìn)行數(shù)據(jù)采集(表1)，滿覆蓋區(qū)域面積、未滿覆蓋區(qū)域面積、地震資料面積表現(xiàn)出各自的變化規(guī)律，滿覆蓋區(qū)域面積與其占地震資料面積百分比的變化規(guī)律為對數(shù)函數(shù)(圖3)，滿覆蓋區(qū)域面積相對于地震資料面積而言，其變化規(guī)律為二次函數(shù)(圖4)。

若滿覆蓋區(qū)域面積為12.32km2，未滿覆蓋區(qū)域面積為54.88km2，勘探滿覆蓋區(qū)域面積占未滿覆蓋區(qū)域面積的22.45%；當(dāng)滿覆蓋區(qū)域面積擴(kuò)大到214.32km2，未滿覆蓋區(qū)域面積為118.98km2，勘探滿覆蓋區(qū)域面積占未滿覆蓋區(qū)域面積的180.13%。

因此，當(dāng)滿覆蓋區(qū)域面積逐漸增大時，未滿覆蓋區(qū)域面積也隨之緩慢增大，但滿覆蓋區(qū)域面積占未滿覆蓋區(qū)域面積的百分比提高更快，相對于滿覆蓋區(qū)域面積而言，未滿覆蓋區(qū)域面積逐漸縮小，在區(qū)域面積內(nèi)不必部署更多的炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)數(shù)，從而可以提高地震勘探的能效。

表1　三維地震勘探部署區(qū)域面積大小與采集參數(shù)和工作量對照表

圖3　滿覆蓋區(qū)域面積與其占地震資料面積百分比的變化關(guān)系圖Fig.3　Variation of the acreage of fully covered area and its percentage of seismic data area

圖4　滿覆蓋區(qū)域面積與地震資料面積的變化關(guān)系圖Fig.4　Correlation between the acreage of fully covered area and the seismic data area

對于特定的勘探部署區(qū)域面積，由勘探目標(biāo)層深度選擇觀測系統(tǒng)的最大排列長度(最大偏移距)，在炮點(diǎn)距、接收道間距、炮線距、接收線距相同的情況下，由滿覆蓋區(qū)域面積占地震資料面積的百分比變化關(guān)系*Andreas Cordsen 著，俞壽朋譯，陸上三維地震勘探的設(shè)計(jì)與施工，石油地球物理勘探局，1996：16-64。(圖5)可知，目標(biāo)層深度越深，則最大排列長度越長(一般最大排列長度Xmax≈目標(biāo)層深度)，未滿覆蓋區(qū)域面積及未滿覆蓋區(qū)域面積的長度(邊長)增大，一般接收線方向(縱向)上的未滿覆蓋區(qū)域面積及長度比炮線方向(橫向)增長較快，當(dāng)最大排列長度為3000m時，滿覆蓋區(qū)域面積占地震資料面積的百分比越低，在未滿覆蓋區(qū)域面積內(nèi)需要部署更多的炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)，使得采集成本越高。

圖5　不同最大排列長度下滿覆蓋區(qū)域面積占地震資料面積的百分比關(guān)系圖Fig.5　Correlation between the acreage of fully covered area and its percentage of seismic data area with different maximum arrangement length

2 部署區(qū)域形狀與采集指標(biāo)分析

圖6a是“口”形布設(shè)區(qū)域，為了分析不同區(qū)域形狀對采集指標(biāo)的影響，在保證區(qū)域面積相同的前提下，將3個小矩形區(qū)域(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)沿縱向、橫向移動，放置在特定區(qū)域(ⅰ、ⅱ、ⅲ)，將原先的“口”形區(qū)域重新組合成面積相同、形狀各異的部署區(qū)域(圖6b、c)，此時勘探區(qū)域面積的拐點(diǎn)(圖6中的字母為拐點(diǎn))由4個增加到8個，分別對其進(jìn)行三維地震數(shù)據(jù)采集，三維地震部署區(qū)域與采集參數(shù)、工作量對照如表2所示。

圖6　勘探部署區(qū)域面積布設(shè)示意圖Fig.6　Sketch map showing the acreage layout of exploration deployment area

三維地震勘探采集參數(shù)“口”形布設(shè)“L”形布設(shè)“倒L”形布設(shè)炮點(diǎn)距(m)505050檢波點(diǎn)距(m)505050炮線距(m)100100100接收線距(m)100100100觀測方式6L×2S×326L×2S×326L×2S×32

續(xù)表

在采集參數(shù)相同的情況下，不同區(qū)域形狀的 未滿覆蓋區(qū)域面積、地震資料面積、滿覆蓋區(qū)域面積與地震資料面積的比值各不相同，布設(shè)區(qū)域拐點(diǎn)數(shù)越少，則地震資料面積、未滿覆蓋區(qū)域面積越小，在未滿覆蓋區(qū)域內(nèi)部署的炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)數(shù)目越少，提高了勘探能效；反之，布設(shè)區(qū)域形狀拐點(diǎn)數(shù)越多(圖6b、c)，未滿覆蓋區(qū)域面積越大，CMP面元內(nèi)的平均覆蓋次數(shù)越低，在未滿覆蓋區(qū)域內(nèi)需要部署更多的炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)數(shù)，從而降低了勘探能效。

其次，在勘探部署區(qū)域面積相同的情況下，垂直地震測線方向增加區(qū)域面積(圖6c)，需要增加額外的接收線，使得地震采集的區(qū)域邊界問題更加突出，在未滿覆蓋區(qū)域面積內(nèi)需要部署較多的炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)，勘探能效更低。

第三，炮密度差異與拐點(diǎn)沒有直接關(guān)系，主要差異由縱橫向的炮點(diǎn)距(橫向炮點(diǎn)距為50m，縱向炮點(diǎn)距為200m)不對稱造成的，同時，炮密度的高低間接地反映了勘探能效。

3 勘探面積縱橫比與采集指標(biāo)分析

將地震勘探的滿覆蓋區(qū)域分解成面積相同、縱橫比不同的矩形(表3)，在采集參數(shù)相同的情況下，矩形面積的縱橫比大于1時，地震資料面積、未滿覆蓋區(qū)域面積逐漸減小，并趨于穩(wěn)定(地震資料面積在6～7km2之間變化，未滿覆蓋區(qū)域面積在3～4km2之間變化)；矩形面積的縱橫比小于1時，地震資料面積、未滿覆蓋區(qū)域面積逐漸增大(地震資料面積在7～12km2之間變化，未覆蓋區(qū)域面積在4～8km2之間變化)?？v橫比越小，其差異越明顯(圖7)，為了使勘探區(qū)域邊界達(dá)到滿覆蓋，在未滿覆蓋區(qū)域面積內(nèi)需要布設(shè)更多的炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)，會增高成本。

因此，對于特定的勘探區(qū)域面積，地震采集工程設(shè)計(jì)應(yīng)盡量在勘探區(qū)域較長邊長方向布設(shè)測線，減少接收測線的條數(shù)，以提高勘探能效。

表3　地震勘探部署區(qū)域面積縱橫比與采集工作量對照表

圖7　部署區(qū)域縱橫比對未滿覆蓋區(qū)域面積和地震資料面積的影響Fig.7　Influence of the aspect ratio of layout area on the acreage of non-fully covered area and seismic data

4 勘探區(qū)塊銜接與采集指標(biāo)分析

以某油田三維地震勘探為例(圖8)，A工區(qū)和B工區(qū)為不同年度施工的相鄰三維地震勘探區(qū)域，從勘探部署設(shè)計(jì)及采集參數(shù)來看，相鄰勘探區(qū)域的測線方位角保持一致，且觀測方式(8L×8S/360磚墻式)、面元尺寸(15m×30m)、覆蓋次數(shù)(72次)基本相同。由于在相鄰區(qū)域的邊界處理時沒有更多地考慮工程設(shè)計(jì)的銜接問題，為保證邊界滿覆蓋次數(shù)，在未滿覆蓋區(qū)域內(nèi)各自都布設(shè)了炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)，采用甩道施工，使得重復(fù)區(qū)域的炮密度增加了一倍(圖8a)，覆蓋次數(shù)由A、B工區(qū)的72次逐漸過渡到重復(fù)區(qū)域最高達(dá)136次(圖8b)。

圖8　三維地震工區(qū)A、B及重復(fù)區(qū)域炮點(diǎn)設(shè)計(jì)和覆蓋次數(shù)分布圖 Fig.8　Distribution of shot design and cover frequency in A and B 3D seismic work areas and repeated area

按照上述設(shè)計(jì)進(jìn)行地震采集，對于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)一體化的勘探模式存在以下幾點(diǎn)不足：

首先造成采集成本的直接增加，A工區(qū)滿覆蓋資料面積為201.132km2，設(shè)計(jì)炮點(diǎn)數(shù)為16856炮；B工區(qū)滿覆蓋資料面積為240.000km2，設(shè)計(jì)炮點(diǎn)數(shù)為21480炮。重復(fù)面積達(dá)91.58km2，以炮密度為56.92炮/km2進(jìn)行計(jì)算，炮點(diǎn)重復(fù)5212炮，占A工區(qū)總炮點(diǎn)數(shù)的30.9%，占B工區(qū)總炮點(diǎn)數(shù)的24.26%。

其次增加的覆蓋次數(shù)(重復(fù)區(qū)域)主要在相鄰區(qū)塊的邊界，對主體構(gòu)造的地震資料信噪比沒有任何改善[18-19]。

第三，盡管重復(fù)區(qū)域面元內(nèi)的覆蓋次數(shù)比設(shè)計(jì)要高，但受兩套觀測系統(tǒng)影響，炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)連通性差，高斯—賽德爾迭代法計(jì)算延遲時[19]，仍然按照各自的觀測系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，邊界效應(yīng)引起的靜校正量誤差較大，容易產(chǎn)生不同勘探工區(qū)(地震剖面)的閉合問題[20]。

5結(jié)論與建議

通過三維地震勘探部署設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析，從勘探部署、地震采集工程設(shè)計(jì)、勘探經(jīng)濟(jì)效率等方面進(jìn)行綜合分析，提出如下建議：

(1)從部署區(qū)域面積大小與采集能效考慮，地震采集的滿覆蓋區(qū)域面積占地震資料面積的百分比必須提高到60%以上，對于深度在3000m以下的勘探目標(biāo)層，勘探部署區(qū)域面積至少在200km2以上，目標(biāo)層越深，則勘探部署區(qū)域面積應(yīng)越大，勘探能效越高。

(2)勘探部署區(qū)域面積盡可能減少拐點(diǎn)數(shù)，既有利于提高地震采集能效，又有利于相鄰勘探區(qū)塊的對接。

(3)部署區(qū)域面積的縱橫比為0.7～1.5時，勘探能效較高。三維地震測線盡量沿部署區(qū)域的長邊方向布設(shè)，減少接收線的條數(shù)，提高地震采集效率。

(4)做好三維地震滾動勘探部署的整體規(guī)劃設(shè)計(jì)，保持各相鄰區(qū)塊的銜接方向，在邊緣處理時，盡量接納相鄰工區(qū)和以往的炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)數(shù)據(jù)，一方面減少地震資料的重復(fù)采集或消除地震資料的空白區(qū)，另一方面降低勘探費(fèi)用。

(5)目前，油田三維地震勘探進(jìn)入二次滾動開發(fā)階段，以往的三維地震勘探受采集設(shè)備、技術(shù)的限制，剖面滿足不了精細(xì)地質(zhì)解釋的要求。在二次勘探設(shè)計(jì)時，采用部署、技術(shù)(采集、處理、解釋)、經(jīng)濟(jì)一體化的勘探模式，在不增加勘探費(fèi)用的前提下，通過觀測系統(tǒng)的融合來充分利用老地震資料，有利于勘探效率的提高和目標(biāo)的落實(shí)。

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中圖分類號：P631.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

作者簡介：第一 羅岐峰(1964年)，男，高級工程師，主要從事地震采集、靜校正技術(shù)及方法研究工作。郵箱：luoqifeng815@126.com。