張志林 江 峰 楊德寬 何京國 趙獻立

(中石化石油工程地球物理有限公司勝利分公司 山東 東營 257100)

0 引 言

激發(fā)是地震勘探的重要環(huán)節(jié)，尤其在縱橫向地震地質條件變化大的區(qū)域，激發(fā)效果的好壞直接關系到該區(qū)勘探的成敗［1，2］。

隨著勝利油田西部探區(qū)勘探的不斷開展，ZW 地區(qū)的地震勘探也逐步開始走向深入，復雜的地表及地下地質條件決定了該區(qū)對地震采集技術將越來越高。ZW 工區(qū)地表涉及沙漠、戈壁礫石、丘陵、山地、平原、黃河、銀川城區(qū)等多種類型;近地表低降速帶厚度、速度、巖性縱橫向變化大;地下賀蘭山褶皺帶構造復雜，地層破碎，斷裂發(fā)育。地表、近地表以及地下的三層復雜性導致了該區(qū)激發(fā)問題尤為突出，通過對該區(qū)激發(fā)技術進行研究，總結其提高激發(fā)效果的規(guī)律［3、4］，在實踐中取得了良好的效果。

1 地震地質條件

1.1 表層地震地質條件

工區(qū)地表條件復雜，地形變化較大，分布有山區(qū)、戈壁丘陵、沙漠、沖積平原等各種地形。其中，山區(qū)約占工區(qū)面積的43.8%，戈壁丘陵區(qū)約占工區(qū)面積的28.1%，沙漠約占工區(qū)面積的6.2%，沖積平原約占工區(qū)面積的21.9%。

工區(qū)出露巖性多而雜，主要為砂巖、頁巖和礫石;低降速帶厚度、速度變化劇烈，近地表厚度在3 m ～80 m 之間，速度在1 800 m/s ～4 500 m/s 之間，大多數區(qū)域激發(fā)條件較差。

1.2 深層地震地質條件

該區(qū)主要發(fā)育石炭-二疊系、三疊系、侏羅系地層。構造復雜，地層破碎，斷裂系統(tǒng)發(fā)育。

2 激發(fā)難點

2.1 激發(fā)因素選取困難

ZW 地區(qū)近地表類型多變性，造成了激發(fā)因素如炸藥類型、藥量、激發(fā)方式等選取難。

2.2 復雜地下地質構造對激發(fā)技術要求高

在工區(qū)構造突變以及構造破碎帶等復雜構造引起的低信噪比地區(qū)，常規(guī)激發(fā)因素無法保證地震資料品質，需要根據工區(qū)地震地質條件優(yōu)化激發(fā)點位置及激發(fā)方式。

2.3 地表巖性的多變性造成鉆井成井難

黃河灘內大部分地區(qū)表層浮土1 m ～2 m 厚，下部為沖積礫石，無法鉆井;戈壁丘陵地區(qū)礫石層分布廣泛，成井困難;山區(qū)老地層出露，鉆井時間長，大部分鉆井設備需要人抬肩扛進入，嚴重影響鉆井時效;農田區(qū)大部分位置上土下礫，影響鉆井時效。

綜合以上的難點分析，ZW 地區(qū)由于橫向地表條件變化及縱向的地下地質條件變化，產生了一系列地震采集中面臨的問題，對地震資料品質造成了嚴重的影響，必須針對該區(qū)進行地震采集激發(fā)技術研究加以解決，確保激發(fā)技術的全面落實，確保資料品質。

3 激發(fā)技術研究

3.1 主要激發(fā)介質與激發(fā)效果綜合評價

從激發(fā)巖性分類看，ZW 地區(qū)主要有六種激發(fā)巖性，分別為平原粘土區(qū)、平原粘土和細小礫石混合區(qū)、賀蘭山北部致密砂巖區(qū)、沙漠區(qū)、賀蘭山南部頁巖和礫石混合區(qū)以及山前礫石區(qū)。

平原粘土區(qū)(農田區(qū))及致密砂巖(賀蘭山北部)區(qū)均為單相介質，沖擊波與爆生氣體作用等效，應力波各向相等，波前疊加，激發(fā)效果好。

平原粘土和細小礫石混合區(qū)為雙相介質，沖擊波與爆生氣體作用具有一定的抵消作用，應力波各向強弱有一定的差異，波前疊加性稍差，激發(fā)效果中等，黃河邊局部地區(qū)表層由于含有大量細砂，成井難。

沙漠區(qū)為雙相介質，沖擊波與爆生氣體作用具有一定的抵消作用，應力波各向強弱有一定的差異，波前疊加性稍差，激發(fā)效果中等，局部低降速帶厚度較厚的沙漠區(qū)激發(fā)條件較差。

頁巖和礫石(賀蘭山南部)均為雙相介質，沖擊波與爆生氣體作用具有較大的抵消作用，激發(fā)應力波各向強弱差異較大，波前干涉較大，激發(fā)效果較差。

山前礫石區(qū)也為雙相介質，沖擊波與爆生氣體作用具有很強的抵消作用，激發(fā)應力波各向強弱差異大，波前干涉嚴重，激發(fā)效果差。

3.2 炸藥類型選擇

高爆速炸藥激發(fā)地震子波主頻較高，低頻能量弱子波穩(wěn)定性好;低爆速炸藥激發(fā)地震子波低頻能量較強，子波穩(wěn)定性差;本次勘探主要落實該區(qū)基本構造形態(tài)，同時該區(qū)噪音干擾強，近地表吸收衰減嚴重，主要以保護低頻信息，提高信噪比為主，爆速過高對本區(qū)勘探不利;工區(qū)圍巖介質變化大，爆速過低，激發(fā)因素發(fā)生改變時，子波穩(wěn)定性差。ZW 地區(qū)分別根據山地、平原、山前帶三種不同的地表類型進行了不同藥型的對比分析，如圖1 所示。野外實際采用的高爆速炸藥密度為1.4 ㎏/m3左右(見表1)、速度大于5 500 m/s;中爆速炸藥密度在1.2 kg/m3～1.4 kg/m3之間、爆速在4 500 m/s ～5 500 m/s 之間;低爆速炸藥密度為1. 2 kg/m3左右、爆速在3 500 m/s ～4 500 m/s 之間;炸藥成分都為TNT 炸藥。

表1 ZW 地區(qū)二維不同爆速炸藥對比表

圖1 不同爆速激發(fā)的頻率與能量關系圖

從高、中、低三種不同爆速炸藥對比分析看，中爆速能量強，單炮整體信噪比稍高，從主要頻段分頻掃描可以看出，中爆速激發(fā)單炮目標層同相軸連續(xù)性好，有效信息比較明顯，從800 ms ～1 200 ms 、1 800 ms ～2 200 ms、2 800 ms ～3 200 ms 三種時窗能量和信噪比的定量分析可以看出中爆速整體能量強，各個頻率段信噪比較高。從三種藥型激發(fā)子波相關性也可以看出中爆速炸藥激發(fā)子波相關性相對其它兩種較好。山地及山前帶的藥型試驗結論與平原區(qū)一致，綜合分析ZW 地區(qū)藥型采用中爆速炸藥激發(fā)效果較好。

3.3 激發(fā)藥量選擇

激發(fā)子波的振幅A 隨Q 的增大而增加，即A =cQ1/3。激發(fā)子波的頻率與藥量Q 的立方根成反比，即F= cQ-1/3，F 隨Q 的增大而減少，如圖2 所示。

A:大藥量的激發(fā)，子波波形變寬，小藥量激發(fā)，子波波形窄，有利于提高分辨率。

B:信號的幅值隨藥量的增加而增加，低頻成分增加的快，高頻成分增加的慢，峰值頻率隨藥量的增加向低頻靠近，如圖3 所示。

圖2 子波頻率與振幅關系圖

圖3 頻率與藥量關系圖

ZW 地區(qū)勘探主要以保護低頻信息，提高信噪比為主，為確保激發(fā)藥量選取的準確性，沙漠和山前帶能量損失快，目標層能量較弱，因此重點對這兩種地表進行了詳細的分析。

針對ZW2013 -3 測線西部穿越沙漠區(qū)，低降速帶厚度較厚，進行了不同藥量的對比試驗。從中可知，總藥量21 kg 與20 kg 單炮主要目的層連續(xù)性較好;從能量、信噪比及子波分析上看，21 kg 單炮子波一致性較好，能量較強，信噪比較高。20 Hz ～40 Hz 淺中深目標層反射特征清楚，現場處理疊加剖面淺中深層信息豐富，特別是2 200 ms 處，地層展布特征明顯。

針對ZW2013 -4 -2 測線西部低降速帶厚度較厚的沙漠區(qū)和東部山前帶巨厚礫石區(qū)，根據理論分析和試驗情況，藥量分別從14 kg 增大到22 kg 和28 kg，有效地提高了地震資料品質。

3.4 激發(fā)位置選擇

ZW 工區(qū)近地表由于沒有穩(wěn)定的潛水面和虛反射界面，且縱橫向激發(fā)巖性變化大，該區(qū)激發(fā)位置(激發(fā)點位、激發(fā)深度、激發(fā)巖性)的選取主要依賴于合適的激發(fā)巖性，同時考慮地下構造形態(tài)。在激發(fā)巖性選取上，通過詳細踏勘工區(qū)，了解工區(qū)地形分布，綜合野外實際調查結果和室內子波分析確定最佳激發(fā)點位。在近地表調查和解釋方面，利用測量成果和表層調查的波形特征進行解釋，提高表層資料解釋的準確性;根據表層結構調查數據建立模型，并利用軟件在室內進行不同激發(fā)巖性的模擬及激發(fā)子波的分析，進行針對性的逐點井深設計，以指導野外鉆井激發(fā)巖性選取，這是確定該區(qū)最佳激發(fā)巖性行之有效的方法。

考慮工區(qū)地下構造，對激發(fā)位置的影響較大，通過建立典型地質模型進行激發(fā)效果模擬，與實際資料結合來優(yōu)選最佳激發(fā)位置。針對ZW2013 -3 測線東部穿越復雜構造帶，由于該區(qū)地下地質條件突變，大傾角高速層造成西部排列接收不了來自東邊炮點下傾方向地震波的有效信號，從而導致該區(qū)域單炮資料品質突然變差，部分單炮1/4 排列完全見不到有效信息和直達波。根據野外實際情況，結合處理和解釋專家進行復雜構造室內模型實時監(jiān)控，通過逐點踏勘優(yōu)選復雜構造區(qū)激發(fā)點位置，有效提高了剖面品質，如圖4 所示。

3.5 激發(fā)方式選擇

為了增加下傳能量，又不降低頻率，最好的解決方案為采用組合方式激發(fā)，可分為水平組合和垂向組合兩種方式。由于工區(qū)橫向巖性變化大，人為控制垂直延遲疊加震源各個炸藥包的起爆時間難度大，難以實現波前同相疊加。為了盡量克服炸藥周圍介質的不均勻性，井徑不宜太大。

圖4 ZW2013-3 東部穿越復雜構造帶模擬單炮及實際單炮對比

單井激發(fā)能量最強，次生干擾也最強，沿層面激發(fā)信噪比最高，水平面激發(fā)信噪比次之。

多井激發(fā)必須保證單井有合適藥量，如果單井藥量太小則不能發(fā)揮其優(yōu)勢。

對于組合基距，單井激發(fā)能量最強，組合井距增大信噪比提高，頻帶變窄，在以提高信噪比為主的情況下，組合基距可以大些。

ZW 工區(qū)表層復雜多變，根據工區(qū)的地震地質條件和試驗資料情況，以提高能量和信噪比為主要目標，為此，應因地制宜選擇合適的激發(fā)方式。

3.6 鉆井工藝研究

針對工區(qū)四大地表類型分別配備了不同型號鉆機，如表2 所示，并進行相應的鉆井工藝研究，如賀蘭山地區(qū)采用人抬風鉆與人抬水鉆不同鉆井時效及激發(fā)質量對比、平原區(qū)沙土與礫石混合區(qū)鉆井工藝研究、沙漠區(qū)流沙井工藝研究等，探索出了一套針對不同地表、不同巖性的鉆井工藝，保證不同激發(fā)方案的實施。

表2 ZW 項目不同鉆機類型配備表

4 應用效果分析

通過單炮分析認為，ZW 地區(qū)通過優(yōu)化激發(fā)因素，不同地表單炮能量及信噪比均較高。從新老單炮對比看，2013 年采集的單炮無論在能量及信噪比上較老單炮有明顯改善。從新老剖面對比看，新剖面較老剖面構造形態(tài)清晰，深層目標層信噪比高，波組特征明顯，如圖5 所示。

圖5 ZW 新老剖面對比

5 結 論

ZW 地區(qū)屬于典型的雙復雜區(qū)域，激發(fā)問題尤為突出，本文以理論研究為指導，通過對全區(qū)不同地震地質條件開展針對性試驗，并結合室內模型模擬以及實時資料品質定性、定量分析，選取了不同區(qū)域的最佳激發(fā)因素和激發(fā)方式，總結了一套針對該區(qū)有效地激發(fā)技術，顯著地提高了該區(qū)的地震資料品質，特別是賀蘭山褶皺帶資料品質獲得了實質性的突破，為加快該區(qū)的勘探開發(fā)步伐提供了可靠的資料，同時也為今后該區(qū)以及類似地區(qū)的規(guī)模生產提供了可靠的激發(fā)技術方案。

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