王瑞貞,王金寬,晏 豐,李海東,韓 力,武佩佩

(中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司,河北 任丘 062552)

0 引言

近10年來,我國在勘探干熱巖方面做了許多工作,主要是利用非震地球物理方法探查干熱巖體的范圍和深度等[3-6],關于干熱巖地震方法的研究很少。共和盆地干熱巖勘探開發(fā)的關鍵是查明熱儲層構造特征及斷裂系統(tǒng)發(fā)育情況,為建立地下熱流循環(huán)系統(tǒng)提供依據(jù)。共和盆地以往主要采用重磁電進行勘探,對干熱巖斷裂位置、產狀和熱儲構造形態(tài)測定存在誤差,制約了干熱巖開發(fā)利用。地震勘探技術有著探測深度大、探測精度和分辨率高等優(yōu)點,是地熱田開發(fā)最有效的方法。共和盆地現(xiàn)有的地震勘探資料主要是在20世紀90年代采集,花崗巖儲層資料信噪比極低,無法滿足現(xiàn)今勘探開發(fā)的需求。

1 勘探難點

1.1 地震地質條件

共和盆地位于恰卜恰地區(qū),地形較為平坦,地表由草場、砂山土地等地貌組成。區(qū)內第四系沉積物厚達1 000 m以上,特別是南北兩側山前堆積有巨厚的分選性極差的礫石層,極不利于野外施工,對地震記錄的品質也影響極大。地表為黃土覆蓋,厚度為60～170 m,巨厚的黃土層影響了地震能量的激發(fā)與下傳。

區(qū)內主要發(fā)育中晚更新世河流相砂礫卵石、早中更新世共和組、上新世臨夏組、中新世咸水河組和中晚三疊世花崗巖,勘探目的層為花崗巖,埋深為1 500～6 000 m。共和盆地的地震勘探工作主要集中在90年代,采用可控震源激發(fā),覆蓋次數(shù)只有30～60次。從以往二維采集剖面效果來看,干熱巖巖體成像不清楚(如圖1中圈定的位置),無法滿足精細刻畫斷層、裂隙及破碎帶等發(fā)育情況,深層能量弱,無法落實深層干熱巖體的分布及埋深。

圖1 共和盆地干熱巖發(fā)育區(qū)剖面Fig.1 Section of the hot dry rock development area in Gonghe Basin

1.2 勘探難點分析

共和盆地基底為印支期花崗巖,基底上部發(fā)育風化殼,上覆地層以新近系及第四系砂巖、泥巖為主。根據(jù)研究區(qū)內GH-01井資料(如圖2所示),基底花崗巖與上覆地層砂泥巖密度和速度差異很大,二者形成了一個很強的波組抗界面,激發(fā)產生的地震入射波到達這一界面時,產生的反射波能量強,透射波能量弱,屏蔽作用嚴重,造成目的層反射能量弱,影響了目的層成像效果[9-10]。另一方面,跟據(jù)GH-01井反射系數(shù)統(tǒng)計,表明基底以下花崗巖地層反射系數(shù)較小,基本在0.05以下,以短軸雜亂反射為主,不利于地震成像。

圖2 GH-01井合成記錄標定圖Fig.2 Synthetic record calibration diagram of well GH-01

從上述難點中可知,花崗巖成層性差、反射系數(shù)小是造成目的層地震資料信噪比低的最主要原因；基底與上覆地層的強波阻抗界面對地震波的屏蔽進一步影響了研究區(qū)目的層的成像效果。

2 地震勘探關鍵技術研究

2.1 可控震源低頻激發(fā)技術

低頻信號有利于克服強波組抗界面對地震波的屏蔽作用[11],提高花崗巖內反射信號的能量。為了驗證上述結論,根據(jù)共和盆地資料,建立了干熱巖模型,如圖3a所示。花崗巖分為2層,速度分別為4 800 m/s和5 400 m/s,上覆泥、砂巖速度分別為2 100 m/s和2 900 m/s。分別采用3 Hz,15 Hz和30 Hz不同主頻子波進行波動方程正演模擬,模擬結果如圖3b、圖3c和圖3d所示。從正演單炮看,3 Hz激發(fā)獲得的花崗巖地層能量最強,15 Hz次之,30 Hz激發(fā)獲得的花崗巖地層能量最弱。以往采用的8 Hz起始掃描頻率缺少低頻成分,采用3 Hz起始掃描頻率進行采集,提高了能量下傳,有利于得到干熱巖資料。

圖3 正演模擬記錄Fig.3 Forward simulation record

2.2 長排列接收技術

根據(jù)地震波傳播原理,當入射角大于臨界角時發(fā)生廣角反射,廣角反射的能量一般大于常規(guī)反射的能量,采用長排列接收技術接收廣角反射信息有利于深層弱反射地層資料的獲取[13]。

Weibull計數(shù)模型下索賠頻率的Bühlmann-starb信度估計…………曾歡琴 吳黎軍 (3-76)

花崗巖內地層埋深約為2 300 m,根據(jù)廣角反射理論該地層發(fā)生廣角反射的炮檢距為3 970 m。根據(jù)花崗巖模型,采用6 000 m長排列進行正演模擬,由正演模擬地震記錄可見(如圖4a所示),中近偏移距花崗巖內地層反射較弱,約4 000 m產生廣角反射,其反射能量明顯增強,地震記錄正演結果與理論計算結果一致。圖4b是共和盆地恰不恰地區(qū)的實際地震記錄,可以清楚地看到廣角反射現(xiàn)象,記錄面貌和正演結果一致。

2.3 寬線高覆蓋技術

寬線、高覆蓋結合可以提高采樣密度,是解決目的層能量弱、信噪比低的有效手段。圖5是花崗巖不同覆蓋次數(shù)的照明效果圖。從圖中可以看出,200～600次隨著覆蓋次數(shù)的提高,目的層的照明效果越來越好,600～800次照明效果改善不明顯,因此600次覆蓋能夠滿足花崗巖勘探的需求。

圖5 干熱巖不同覆蓋次數(shù)照明效果對比Fig.5 Comparison of lighting effects of different coverage times of hot dry rock

2.4 綜合靜校正技術

復雜地表區(qū)靜校正是地震資料處理的關鍵技術, 研究區(qū)近地表地震地質條件橫向差異大,整體高程為2 770～3 050 m,主體地貌為砂土山地和草場,局部高差較大。

常規(guī)的方法是對比高程靜校正、層析靜校正和折射靜校正的效果,優(yōu)選一種解決靜校正問題。研究區(qū)干熱巖目的層波阻抗差異小,不存在強反射界面,連續(xù)性差,3種靜校正技術對資料成像精度改善效果均不明顯。該文采用超級道剩余靜校正技術改善花崗巖的成像精度,該方法與共地面點疊加法比較類似,由共炮點的超級道疊加生成相對應的炮點的疊加道與相應的模型道的互相關函數(shù),估算出該炮點的靜校正量,經計算炮點靜校正量為-30～90。相對于常規(guī)算法,超級道剩余靜校正前后同向軸連續(xù)性改善,信噪比得到提高,剩余靜校正量收斂更穩(wěn)定,精度更高,經多次迭代,可逐步改善成像效果,如圖6所示。

圖6 不同靜校正方法疊加剖面對比Fig.6 Different static correction methods stack profile comparison

2.5 高保真去噪技術

共和盆地屬于高原山地地貌,面波、線性干擾發(fā)育。采用常規(guī)先去噪后補償?shù)奶幚砹鞒?由于遠近偏移距能量差異較大,在進行強能量抑制時一定時窗內道數(shù)統(tǒng)計計算的平均振幅值容易抑制有效信號,因此采用先進行球面擴散補償和地表一致性補償,將深層的不同偏移距的能量補得相對均衡以后再去強能量干擾,可以最大限度地保留深層的有效信號。

2.5.1 線性干擾的多域消除

線性干擾是研究區(qū)地震資料比較嚴重的一種噪聲。線性干擾的特點是其主頻和視速度基本一定,它和有效波的不同在于最大真速度和有效波的視速度范圍不同,因此可以利用干擾波與有效波之間的視速度差異進行抑制。以該工區(qū)資料為例,從單炮上看,工區(qū)線性干擾速度為100～2 000 m/s,有效波信號視速度在4 000 m/s以上,利用兩者的速度差異可以對線性干擾進行初步抑制。但是,由于資料信噪比較低,線性干擾無法完全抑制,可以通過不同的數(shù)據(jù)域進一步抑制。該工區(qū)數(shù)據(jù)線性干擾在炮域和CMP域都不是非常明顯,因此選擇在檢波點域抑制線性干擾,效果非常明顯,線性干擾抑制后工區(qū)信噪比從0.6～0.8提高到1.2以上。

2.5.2 速度掃描監(jiān)控去噪效果

由于深層有效信號能量弱,有效波速度難以確定,通過噪音疊加剖面判斷有效信號是否損失難以實現(xiàn),因此每步去噪后對噪音剖面按照網(wǎng)格20 m×20 m、速度間隔100 m/s進行常速掃描,判斷有效信號是否損失,同時逐步確定深層速度?；◢弾r的速度為3 500～6 000 m/s,通過該區(qū)段的速度掃描,噪音剖面上看不到有效信息,表明有效反射沒有損失。經過幾輪去噪后原始單炮背景干凈,疊加剖面同相軸連續(xù)性增強,反射能量強,資料信噪比從去噪前的約0.6,最終提高到1.4以上,如圖7所示。

圖7 去噪前剖面與去噪后疊加剖面對比圖Fig.7 Comparison of pre-denoising section and post-denoising superimposed section

2.6 精細速度分析

疊加速度調整是利用常速掃描、速度譜、動校正道集和疊加剖面等多種手段相結合進行調整,速度譜解釋除要注意主能量團外,還要注意層間弱反射能量團,以突出層間弱反射。在實際處理中,精細的速度分析主要通過以下措施來實現(xiàn)：

1)廣角反射技術

大偏移距采用高階動校正以最大限度地利用遠道信息,提高遠偏移距成像質量。該工區(qū)最大偏移距在4 000 m以上,當偏移距大于3 000 m的道集成像時需要采用高階動校正后才能拉平,遠道信息才能最大限度的得到運用。

2)全方位、高精度速度掃描

在拾取速度過程中,考慮到區(qū)域地層速度變化情況不清,對該區(qū)采用高精度的速度掃描。常規(guī)地層按照200 m/s的間隔進行掃描,對該區(qū)采用100 m/s的間隔進行掃描,不會丟失弱信號層位。

3)超道集速度分析

由于深層信號弱,速度譜疊加段層位信噪比低,難以識別,應采用超道集疊加產生速度譜的方法,即常規(guī)地區(qū)采用11道生成疊加段,低信噪比區(qū)經過試驗兼顧斜層成像應采用21道生成疊加段,采用超道集后速度譜疊加段的信噪比明顯提升(如圖8所示),有利于準確拾取速度。

圖8 采用超道集前后速度譜對比Fig.8 Comparison of velocity spectrum before and after using super gather

4)優(yōu)勢偏移距速度譜分析

通過試驗發(fā)現(xiàn),小偏移距資料信噪比較低,遠偏移距資料有效信號缺失,小偏移距(0～800 m)和遠偏移距(大于3 500 m)對提高速度譜成像效果不明顯。采用信噪比較高的中偏移距(800～3500 m)形成速度譜,可以減少干擾,提高速度譜質量。

3 應用效果

如圖9所示,通過共和盆地地震采集及資料處理技術的應用,新剖面新生界沉積地層波阻特征明顯,花崗巖頂面特征清楚,深層花崗巖內部信息豐富,達到了干熱巖勘探需求。

圖9 共和盆地干熱巖新老剖面對比Fig.9 Comparison of old and new profiles of hot dry rocks in Gonghe Basin

4 結論

1)共和盆地地熱資源儲層主要為印支期花崗巖,資料信噪比極低,成像效果差。地震采集環(huán)節(jié),可控震源掃描起始頻率采用3 Hz有利于能量下傳,提高深層反射能量和深層資料信噪比,是取得攻關突破的關鍵技術；通過2線1炮的寬線接收方式,將覆蓋次數(shù)提高到600次,是提高花崗巖儲層信噪比的有效技術手段。

2)地震資料處理環(huán)節(jié),檢波點域抑制工區(qū)的線性干擾和超級道剩余靜校正處理技術是提高地震剖面信噪比的關鍵,精細速度分析是提高深層弱信號成像的有效措施。

3)地震勘探能夠準確測定斷裂位置、產狀和熱儲構造,并不意味著其能解決干熱巖勘探中的所有問題。干熱巖勘探開發(fā)是一項系統(tǒng)工程,需要有針對性地綜合運用重磁電震等多種地球物理方法,尋求最優(yōu)解決方案。