李海東，孫 毅，王金寬，陳敬國，王冬雯，裴愛華，李默涵，翟紅穎，李小艷.

(1.中國石油集團東方地球物理公司華北物探處，河北任丘 062552；2.遼寧工程技術大學礦業(yè)學院，遼寧阜新 123000)

1 華北探區(qū)潛山類型及勘探概況

華北探區(qū)地處冀中坳陷，潛山類型可分為地貌潛山和構造潛山兩大類，潛山油氣藏類型可分為單斷式潛山油氣藏、斜坡型潛山油氣藏、斷階式潛山油氣藏、侵蝕性潛山油氣藏四大類[1-4]。這些潛山油氣藏不但規(guī)模大、儲量高,而且大部分油田都有潛山油氣藏或潛山構造背景，其儲量占到其已探明油氣藏儲量的一半以上，勘探潛力巨大。

如圖1所示，1986年以前，華北油田還處于大型潛山勘探階段，勘探方式采用非地震及二維地震的方式。1986—2002年，華北油田開始進入中、小潛山階段，也正式邁入了三維勘探階段。2003年以后，隨著勘探程度的不斷深入,區(qū)域內埋藏淺、規(guī)模大、容易發(fā)現(xiàn)的潛山頂面塊狀油氣藏大多數(shù)已經被鉆探發(fā)現(xiàn)。隨后發(fā)現(xiàn)規(guī)模儲量的難度越來越大，對地震勘探的技術要求也在不斷提高，隱蔽型深潛山、潛山內幕等油氣藏正逐漸成為潛山勘探的重點方向[5]。

圖1 華北油田勘探開發(fā)進程

2 潛山及內幕地震采集技術進展

受潛山成因的影響，通常潛山面非均質性較強、潛山頂面較為破碎，冀中地區(qū)潛山地層傾角變化較大、斷裂發(fā)育，上述因素反映在地震資料上即深層反射信噪比低，能量弱；斷層、斷點不清楚；潛山內幕反射能量弱、反射信息雜亂無章。

此外冀中地區(qū)人口密集，地表條件復雜，部分潛山構造位于城區(qū)附近，加大了潛山勘探激發(fā)參數(shù)的選取以及炮、檢點均勻布設的難度，一定程度影響了潛山及內幕的資料品質(資料成像差、資料缺失等問題)。例如，2003年之前，潛山三維地震采集表層調查并不作為井深設計的依據(jù)，往往采用24m或27m固定井深激發(fā)的方式，并未充分考慮表層結構的變化對激發(fā)影響大這一因素，造成激發(fā)的地震子波、能量不穩(wěn)定，資料品質差異較大(圖2)。

圖2 2003年以前三維采集共炮檢距剖面

由此形成了三個階段的潛山勘探地震采集技術歷程。

2.1 二維地震采集

1970—1990年代，冀中坳陷還處在大、中、小型潛山勘探階段，地震勘探以二維為主，該時期地質目標較為明顯，地質任務相對簡單，從表1來看，該時期針對潛山的二維勘探，多采用炸藥固定激發(fā)，單線、短排列的接收方式。進入2000年，隨著地質目標逐漸轉向深層，對地質體刻畫精度有所要求，二維地震采集技術攻關的關鍵參數(shù)也在逐漸改變：觀測系統(tǒng)的排列長度在逐漸增大，道距逐漸減小，激發(fā)方式由傳統(tǒng)的井炮向可控震源轉變，形成了以寬線、長排列、高覆蓋、寬頻帶，可控震源為代表的新時期潛山二維地震采集技術(表1)。

表1 歷年潛山二維地震攻關代表性采集關鍵參數(shù)

2015年，在楊村地區(qū)開展了針對楊稅務深層潛山及內幕的二維地震勘探技術攻關，該項目采用了當時正在推廣應用的高精度可控震源實施激發(fā)，基于長排列、高覆蓋次數(shù)進行采集。圖3是該區(qū)新、老二維地震勘探技術攻關資料效果對比，從圖中可以明顯看出，新的攻關資料效果較之老資料在信噪比、分辨率上都有顯著提高，不僅潛山頂面形態(tài)較為清晰，深層的潛山內幕反射信息也更加豐富。

圖3 楊村地區(qū)新、老二維地震勘探疊加剖面對比

2.2 常規(guī)三維地震采集

1990年代末，隨著華北探區(qū)勘探成果構建的冀中坳陷油氣資源分布框架的大致成型，基于區(qū)域性的、精細地質要求的一次、二次三維地震勘探也掀起了熱潮。此時，華北探區(qū)中、小型潛山勘探也已進入中后期，潛山油氣藏開發(fā)呈疲軟態(tài)勢，年產量僅占華北油氣藏年產量的20%左右，急需勘探成果支持潛山油藏開發(fā)轉型，因此相應的三維地震采集技術得到推廣普及應用。

華北探區(qū)的三維采集技術攻關根據(jù)攻關目標，以2003年為界，分為兩個階段：2003年以前，多是針對2.5 s以上目的層、較大圈閉及構造開展的一次三維技術攻關；2003年以后，以針對3.2 s以上目的層、小圈閉及構造，要求潛山面更加清晰的二次三維技術攻關為主。

2003年以前一次三維采集方案的特點為較大面元、低覆蓋次數(shù)、大滾動線距、固定井深激發(fā)(表2)，從實施效果來看(圖4)，能夠落實大型潛山，但內幕成像差，且深潛山存在多解性，地震數(shù)據(jù)屬性分析精度低。

2003年以后二次三維采集多采用較小面元、較高覆蓋次數(shù)、逐點設計井深激發(fā)，但對深潛山及內幕勘探來說，仍然存在著覆蓋次數(shù)不足、最大炮檢距稍小、縱橫比較低、滾動距較大的問題(表2)。雖然通過該類采集方案落實了多個潛山帶，但從資料上(圖4)看，潛山局部信噪比低，深、小潛山及內幕成像效果差。

表2 2003年前、后潛山三維地震攻關關鍵參數(shù)表

圖4 2003年前、后三維地震勘探技術攻關資料效果對比

2.3 目標三維采集

伴隨著華北探區(qū)潛山油氣藏勘探歷史的變遷，華北探區(qū)潛山及內幕地震勘探技術的探索與研究工作也已開展了50多年。在此期間，針對由華北探區(qū)潛山復雜地表、地下地震地質條件引起的勘探技術難點，開展了大規(guī)模的集合潛山區(qū)勘探的新老采集方案分析、資料分析、模擬正演分析的工作，從中剖析影響潛山資料采集的關鍵因素，在不斷地攻關試驗項目研究過程中，目前，已形成了一套較為成熟的，由“基于潛山構造特征的觀測系統(tǒng)設計技術”“基于潛山資料品質的激發(fā)設計技術” “復雜地表區(qū)觀測系統(tǒng)實施技術”組成的適合華北探區(qū)潛山三維勘探采集的成熟配套技術。

2.3.1 基于潛山構造特征的觀測系統(tǒng)設計

潛山面非均質性強、內幕反射能量弱，且冀中地區(qū)地層傾角較大，潛山區(qū)域斷裂構造較為發(fā)育(斷層走向多向性)，對資料的成像精度要求高，因此從提高覆蓋次數(shù)出發(fā)，在潛山地層傾角變化大、斷裂發(fā)育的區(qū)域設計長排列、寬方位的觀測系統(tǒng)，確保各方位信息的有效接收[6、7]。

2.3.2 基于潛山資料品質的激發(fā)設計

華北探區(qū)表層結構橫向變化較為劇烈，通過采取“收集水文資料、巖性取芯、潛水面調查、小折射、微測井”等多種方法聯(lián)合調查的方式對區(qū)域內的潛水面控制點進行布設，從而確保把控全區(qū)的表層情況。隨后，在上述精細表層結構調查的基礎上進行逐點設計井深，充分利用微測井資料的動力學特征，追蹤出最佳巖性進行激發(fā)，資料能量的均衡性、穩(wěn)定性及頻率較以往都有了明顯的提高。

2.3.3 基于復雜地表區(qū)觀測方案優(yōu)化

華北探區(qū)潛山勘探除了受表層地震地質條件的影響，還受到該探區(qū)所處的復雜人文地理環(huán)境的制約。該探區(qū)多數(shù)潛山勘探區(qū)涉及城、鎮(zhèn)及廠礦區(qū)，在這些區(qū)域，相關技術實施條件會受到制約，特別是大型城、礦密集區(qū)，常規(guī)采集勘探方法難以實施，導致資料缺失嚴重，影響富油凹陷的整體評價；同時城、鎮(zhèn)區(qū)高樓林立，人口密集，給地震勘探的施工也帶來了極大安全隱患。

針對上述城、鎮(zhèn)及廠礦區(qū)復雜地表條件引起的問題，首先采用“城礦區(qū)近地表障礙物綜合調查技術”，根據(jù)地質雷達對地下管線的探測定位結果，避免在管線正上方施工的情況，有效地降低了安全風險[6]；其次，對于無法規(guī)避的地面障礙物引起的資料品質差、資料缺失等問題，采用“三域互補設計技術”，即“大排列與小排列互補”“大藥量與小藥量互補”“炸藥震源與可控震源互補”。

在城區(qū)無法實施布設炮點的區(qū)域，采用小排列加密的方式，保證該區(qū)的覆蓋次數(shù)；在城區(qū)內適當?shù)夭捎眯∷幜考ぐl(fā)，以保證淺層的資料品質，同時在城區(qū)外圍采用大藥量激發(fā)彌補中、深層的資料品質；特別是對于安全要求較高的區(qū)域，采用炸藥震源與可控震源相結合的方式，確保激發(fā)效果。

華北探區(qū)先后開展了2010年鳳河營潛山三維、2012年南馬莊潛山三維、2013年澤42潛山三維的目標區(qū)三維技術攻關項目，深入開展了寬頻、寬方位、高覆蓋地震采集技術攻關，提高了縱橫向分辨率，解決了深潛山及內幕、凸起潛山和內幕以及控山斷層成像效果差的問題。該類目標區(qū)技術攻關采用20 m×20 m的小面元，覆蓋次數(shù)72～225次，最大炮檢距3 500～4 500 m，滾動線距僅為1條排列，橫縱比在0.35～1，覆蓋密度提高到18～60萬次/km2，潛山內幕成像效果顯著提高，3.2 s以下潛山內幕信息仍然清晰、連續(xù)(圖5)。

圖5 二次三維與目標三維地震勘探技術攻關資料效果對比

3 深潛山及內幕勘探地震采集技術攻關方向

3.1 潛山及內幕地震勘探需求分析

隱蔽型潛山的定義不僅局限于其在地質上的復雜性，更多是指其相對于目前的勘探技術來說，發(fā)現(xiàn)與認知的難易程度[8]。近年來，隨著思想解放、精細研究、模式創(chuàng)新和技術進步，積極預探隱蔽型深潛山及潛山內幕油氣藏已成為未來華北探區(qū)潛山勘探的重要方向，至2014年，相繼發(fā)現(xiàn)了牛東1超高溫深潛山油氣藏、長3古儲潛山內幕油氣藏等多個隱蔽的富集高產潛山油氣藏，展現(xiàn)出該領域的良好勘探前景。

根據(jù)目前的研究成果，如表3，冀中坳陷的隱蔽型潛山可分為深潛山及凸起潛山兩大類，其中深潛山以楊稅務潛山為代表，規(guī)模較小(一般不超過5 km2)、埋藏較深(4 000～5 000 m以下)、類型復雜(潛山內幕、潛山坡)，對于地震勘探來說，目標層系多，是深化勘探的重要方向；該區(qū)凸起潛山以束鹿西斜坡潛山帶為代表，雖然埋藏較淺(1 000～2 000 m)、但類型復雜，潛山面及潛山內幕面巖性變化大。

表3 隱蔽型潛山及內幕地球物理特征參數(shù)

表3中，無論是深潛山還是凸起潛山，其潛山及內幕地震資料主頻低、頻帶窄，高頻成分缺失，資料信息豐富性降低[9、10]。潛山面相較于潛山內幕來說，是一個較強的波阻抗界面，對地震波的下傳有一定影響，使得潛山內幕(深潛山)反射信息能量弱、信噪比低。特別是對于埋深在大于4 600 m的深潛山勘探來說，常規(guī)的三維地震勘探技術(通常對埋深4 000 m以上的目的層勘探有效)難易達到地質要求。以南馬莊潛山目標三維為例，設計最大炮檢距4 582 m，潛山內幕埋深6 000多米，最大炮檢距較短，針對深層潛山內幕速度分析精度不夠，深部位地層資料畫弧現(xiàn)象嚴重，潛山內幕深層地層的成像存在多解性(圖6)。

另一方面，受潛山面強波阻抗的影響，地震剖面無法真實反映潛山面巖性的變化，對解釋工作易造成誤導。如圖7，分頻剖面上，晉古18、晉7鉆遇東營組對應的地震資料1.0 s左右的波組特征有較為明顯差異，預示著兩口井所鉆遇地層應該存在著明顯的地震相差異，然而從偏移成果剖面圖8上看，該處為一強波阻抗特征界面，無法反映出巖性變化引起的波組特征變化。

圖6 不同方法得到的速度譜效果對比

圖7 高頻純波數(shù)據(jù),頻掃30～60 Hz

圖8 偏移成果剖面

3.2 深潛山及內幕勘探地震采集技術攻關方向

近年來，針對華北探區(qū)隱蔽型潛山的地震勘探技術攻關工作正在逐步走上正軌，通過多年來對該區(qū)隱蔽型潛山及內幕勘探難點的認識，目前已明確了其技術攻關的實施思路：即在常規(guī)潛山勘探的技術基礎上，以其深度、介質特性、資料特征等方面與常規(guī)潛山的差異為切入點，開展隱蔽型潛山勘探巖性、速度建模等方面的專題研究，形成針對不同潛山類型的觀測系統(tǒng)參數(shù)設計方法[10-13]；同時，考慮到潛山區(qū)域特有的復雜的地表條件(地表障礙物、人口密集)，開展 “高效”“安全”“環(huán)?！钡呐涮准夹g。

基于上述思路，目前正開展或籌備著多項針對隱蔽型潛山的二次以及目標區(qū)三維的技術攻關項目。例如，華北探區(qū)廊固凹陷楊稅務—泗村店一帶潛山規(guī)模大，高點埋深在4 600～4 750 m，構造幅度為260～400 m。此外，該區(qū)內城鎮(zhèn)、路網(wǎng)、水網(wǎng)、經濟作物等各種障礙區(qū)大且密集，占總施工面積的48.9%。F

2017年針對類似潛山，開展了包括“兩寬一高”技術、“混采實施”技術、“綠色勘探”技術為主體的技術攻關籌備工作。考慮到隱蔽型潛山(深潛山)埋深深、類型復雜(凸起潛山)，僅有的弱反射信息難以精準成像的實際情況，將觀測系統(tǒng)橫縱比由以往的0.5提高到1.0，實現(xiàn)真正意義上的寬方位，甚至是全方位；同時，覆蓋密度也大幅度提升，以解決深層資料能量弱、信噪比低的問題；在城區(qū)內布設檢波點連線困難的區(qū)域，采用無線節(jié)點接收，在城區(qū)外采用有線檢波器接收，一方面保證了地震資料的接收效果，另一方面有效解決了由于有線儀器設備資源量占用大、生產效率低、安全風險高等難題；增加可控震源震感測試，以便根據(jù)地面設施情況，科學合理設計炮點及每一個炮點的激發(fā)參數(shù)，實現(xiàn)“綠色”作業(yè)[14-16]。

4 結論

(1)華北探區(qū)潛山具有類型多、分布廣、構造復雜的特點，并且該探區(qū)的潛山油氣藏不但規(guī)模大而且儲量高，勘探潛力巨大，有必要針對該區(qū)潛山勘探開展地震采集技術深化研究。

(2)華北探區(qū)潛山勘探經歷多個階段，呈現(xiàn)勘探目標由常規(guī)潛山轉向深潛山、潛山內幕，地震采集由二維向三維轉變、常規(guī)向精細拓展、精細向目標延伸，施工方式由粗放轉向精細、由炸藥轉向綠色勘探等特點。

(3)目前已形成了一套較為成熟的，由基于潛山構造特征的觀測系統(tǒng)設計、基于潛山資料品質的激發(fā)設計、復雜地表區(qū)觀測系統(tǒng)實施、多期采集垂直觀測等技術組成的適合華北探區(qū)復雜地表潛山三維地震采集的配套技術。

(4)結合深潛山及內幕勘探地質需求和實際情況，建議下一步開展包括“兩寬一高”技術、“混采實施”技術、“綠色勘探”技術為主體的技術攻關，實現(xiàn)真正意義上的高精度高效“綠色”勘探。