准噶尔南缘山前二维多波勘探近地表影响因素分析

doi:10.11720/wtyht.2019.1357

准噶尔南缘山前二维多波勘探近地表影响因素分析

程志国¹, 胡婷婷¹, 魏凌云¹, 郭海洋²

1. 新疆油田分公司勘探开发研究院地球物理研究所,新疆乌鲁木齐 830013

2. 东方地球物理勘探西南分公司物探研究中心,四川成都 610213

Influence of near surface structure on multi-wave exploration at the mountain front of South Junggar Basin

CHENG Zhi-Guo¹, HU Ting-Ting¹, WEI Ling-Yun¹, GUO Hai-Yang²

1. GRI,Exploration and Production Research Academe,Xinjiang Oilfield Company,Urumqi 830013,China

2. Seismic Exploration Research Center,East Geophysics Company(Xinan),Chendu 610213,China

责任编辑: 叶佩

收稿日期: 2018-09-28 修回日期: 2019-05-10 网络出版日期: 2019-08-20

基金资助:

国家科技重大专项“准噶尔前陆冲断带油气成藏、关键勘探技术与新领域目标优选”子课题. 2016ZX05003-005

Received: 2018-09-28 Revised: 2019-05-10 Online: 2019-08-20

作者简介 About authors

程志国(1978-),男,高级工程师,硕士,新疆油田地球物理研究所副总工程师,现从事石油地球物理勘探工作。Email:chengzg@petrochina.com.cn 。

摘要

准噶尔盆地近地表对地震资料有显著的影响。在南缘四棵树凹陷高泉背斜部署的一条三分量采集的二维测线的对比中发现,转换横波剖面相比纵波剖面在测线的东段信噪比和能量明显降低。为了进一步分析验证近地表对多波多分量资料的影响,以实际的近地表模型和井资料建立正演模型,按照实际的观测系统进行了单炮的正演,通过对剖面和单炮的分析结合近地表结构调查,发现在东段由于奎屯河的冲刷沉积,低降速带厚度明显加厚,西域砾岩发育,这是造成多波资料能量、信噪比降低的主要因素,而且转换横波相比纵波更易受近地表吸收衰减的影响。

关键词： 准噶尔南缘 ; 高泉背斜 ; 多波勘探 ; 转换横波 ; 近地表 ; 地震正演

Abstract

In Junggar basin,near surface structure is an obvious factor influencing seismic data.2D 3C seismic line data were collected recently at Gaoquan anticline of the mountain front area.Nevertheless,S/N of PS-wave section was obviously lower than P-wave section at the east end of 2D line.To verify and analyze near surface structure's influence on multi-wave 3C seismic data,the authors built forward model by using its near surface structure and well-logging data so as to get modeling shots with real acquisition geometry.By analysis of modeling results and near surface structure investigation,it is found that the thickness of low velocity layer increases and Xiyu conglomerates are developed at the east end of 2D line because of Kuitun River's sedimentation,which is the main reason of energy and S/N reduction of multi-wave seismic data.It is also proved that PS wave is more easily influenced by near surface structure's attenuation than P wave.

Keywords： South Junggar ; Gaoquan anticline ; multi-wave exploration ; PS-wave ; near surface structure ; seismic forward modeling

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本文引用格式

程志国, 胡婷婷, 魏凌云, 郭海洋. 准噶尔南缘山前二维多波勘探近地表影响因素分析. 物探与化探[J], 2019, 43(4): 866-871 doi:10.11720/wtyht.2019.1357

CHENG Zhi-Guo, HU Ting-Ting, WEI Ling-Yun, GUO Hai-Yang. Influence of near surface structure on multi-wave exploration at the mountain front of South Junggar Basin. Geophysical and Geochemical Exploration[J], 2019, 43(4): 866-871 doi:10.11720/wtyht.2019.1357

0 引言

随着勘探难度的增加和对岩性勘探要求的日益提高,多波多分量地震勘探技术得到了迅速的发展。多波多分量勘探能获取更丰富的波动信息,在描述储层参数、预测裂缝发育程度、研究储层含气性等方面表现出明显优越性^[1,2,3,4,5]。目前工业界应用较多的多波勘探方法是利用纵波激发,同时采集纵波和转换波的地震资料^{[6,7,8,9,10,11,12,13]}。准噶尔盆地开展多波勘探相对较少,目前还处在二维试验攻关阶段,仅采集了少量的多波多分量二维测线,三维多波勘探还未开展。南缘山前地区是新疆油田天然气勘探的重要领域^[14],此次通过对南缘四棵树凹陷二维多波多分量的实际资料、理论分析及正演分析发现,近地表低降速带会对多波资料尤其是转换横波造成很大的影响。

1 工区概况及二维多波资料采集

近年,新疆油田公司针对车排子凸起—四棵树凹陷部署二维地震,其中包括一条多波多分量采集的A201719二维攻关线一次覆盖长度49.47 km(图1)。本次部署主要针对车排子凸起至四棵树凹陷石炭系、侏罗系,具有完善地层格架、落实钻探目标及持续地震攻关的三重意义。

图1

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图1 工区构造位置图

Fig.1 Survey's structure and position map

四棵树凹陷高泉构造带下组合构造形成早,持续稳定,保存条件好。高泉构造带位于头屯河组与清水河组南北两大物源体系的交汇处,高泉东背斜发育两套规模储层,上覆发育巨厚泥岩与膏泥岩区域盖层,储盖组合配置有利,而且近邻四棵树生烃凹陷,油源供给充足,高泉、艾卡构造带高泉地区油气显示活跃。1986~2012年,断续围绕三个构造带—高泉、西湖、艾卡,针对不同的地质任务实施了多批次的二维地震。早期的地震资料主要部署在构造主体部位,凹陷区测线少,控制程度低,主沟槽区侏罗系展布特征不清楚,同时不同年份的二维测线分辨率差异很大,资料拼接后进行储层预测难度大,目标区高泉背斜群是否发育规模储层不清楚。为进一步细化头屯河组储层展布和开展流体检测等工作,明确高泉3井区目的层是否发育规模储层和裂缝,有必要进行多波勘探。多分量转换波地震技术既具有纵波勘探深度大、资料采集相对容易和投资少的特点,又能反映地下介质的横波速度变化,同时三分量检波器比常规检波器接收频带更宽。因此,纵波、转换波联合应用,可更准确地确定层位信息、描述储层并提高储层反演预测精度,降低多解性。

此次多波多分量二维测线A201719采用宽线两线两炮的采集方式,线距40 m,道距10 m,最大覆盖次数1 000次,井炮激发,三分量检波器接收,观测系统参数见表1。

表1 A201719线二维地震观测系统参数

Table 1 Geometry parameters tab of 2D line A201719

名称	参数	名称	参数
观测方式	宽线	观测系统	2L2S2000R
道距/m	10	激发点距/m	40
接收道数/道	2000	最小炮检距/m	5
纵向排列方式	9995-5-5-9995	最大炮检距/m	9995
纵向覆盖次数	250	接收线距/m	40
横向覆盖次数	4	激发线距/m	40
覆盖次数	1000	采样间隔/ms	2
记录长度/s	10

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2 问题及近地表影响因素分析

工区发育高泉东背斜和西湖背斜,通过对A201719二维多波资料的处理得到纵波叠前时间偏移剖面和转换波叠前时间偏移剖面(图2)对比分析,纵波和转换波剖面表现类似的构造形态,纵波地震资料品质较好,测线中部以Ⅰ级剖面段为主,测线边界有少量Ⅲ级剖面分布;转换波地震资料在高泉附近品质较好,为Ⅰ级剖面,两侧为Ⅱ级剖面,测线东段的西湖背斜为Ⅲ级剖面分布区。整体上,转换波剖面资料信噪比比纵波剖面低,在西湖背斜即测线东段差异最为明显。

图2

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图2 A201719线纵波(a)和转换横波(b)叠前时间偏移剖面

Fig.2 PP(a) and PS(b) pre-stack migration section of A201719

针对以上问题,首先开展了表层结构的差异分析。准噶尔盆地山前地区,地震勘探区域多处在天山一级和山前二级褶皱带上,地表地形起伏剧烈,表层结构复杂,除分布有出露风化的老地层外,在出露的老地层之间还充填着一层无胶结或半胶结洪积沉积物质。本区位于天山北麓,地貌以黄土砾石和戈壁砾石为主,地表覆盖层多为坡积物、洪积物、松散砾岩,A201719二维多波测线长度较长,近50 km,从工区卫片(图3)上可以看到测线横跨山前冲积扇、四棵树河和奎屯河多个地表沉积体系,冲积扇带的戈壁砾石区沉积压实和胶结作用比较差,分选性也较差,冲沟砾石区主要分布在四棵树河、奎屯河及其支流两侧。

图3

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图3 工区卫片

Fig.3 Survey's satellite map

从A201719线纵波层析反演得到的近地表速度模型(图4)可以看出,测线的东端低降速层明显加厚,厚度为60~80 m,纵波速度为500~800 m/s,这说明奎屯河冲积形成的沉积物的厚度和深度范围都很大。2008年在A201719线的东端部署了西湖背斜三维,工区开展了以瞬变电磁和微测井相结合的精细表层结构调查与建模,结果显示电阻率相对较高的西域组砾岩在局部区域冲沟发育,厚度近百米。

图4

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图4 A201719线表层结构模型

Fig.4 Near surface structure model of A201719

根据理论研究,转换横波与纵波品质因子具有以下关系: $\frac{1}{Q_{PS}} \approx \frac{1 + (3 / 4) λ^{3}}{1 + λ} \frac{1}{Q_{P}} 。$ 其中,Q_PS为转换横波品质因子,Q_P为转换纵波品质因子,λ为地震波长。可以看出Q_PS明显小于Q_P,说明横波更易受地表吸收衰减及噪声的影响。从纵波和转换横波的反射振幅随偏移距也就是入射角变化的关系图(图5)上可以看出^[15]:在垂直入射时纵波振幅最大,随着入射角的增加,纵波振幅在缓慢减小,转换横波振幅在逐渐增加,在30°入射角附近,纵波和转换横波振幅相当。而叠加剖面是不同入射角的地震反射能量相加,相当于最大偏移距内的反射振幅曲线的积分(阴影部分的面积),转换横波反射能量基本上是纵波的50%~60%,它的有效反射能量与纵波差异实际上是很大。

图5

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图5 典型纵波和转换横波反射振幅随偏移距变化关系

Fig.5 Typical PP and PS reflection amplitude versus offset

为了进一步分析近地表表层结构对多波地震的影响,开展了地震模型正演分析。利用层析反演得到的近地表纵波速度、地震解释层位及测井资料建立了带有近地表的纵波速度模型(表2),同时对模型进行了简化,纵横波速度比为2,以此为基础建立了地震正演模型。

表2 地震正演模型信息表

Table 2 Seismic forward model information tab

地质层位	地震层位	纵波速度/(m·s^-1)	密度/(g·cm^-3)
新近系沙湾组	N₁s	3180	2.5
古近系紫泥泉子组	E_1-2z	3500	2.55
白垩系清水河组	K₁q	2.60	3900
侏罗系头屯河组	J₂t	2.55	4150
侏罗系西山窑组	J₂x	2.50	3150
侏罗系西山窑组之下		2.62	4000

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根据反射系数序列与子波褶积得到PP波、PS波记录,其反射系数公式分别为^[16] :

(1)

R_{PP} (θ) = \frac{1}{2 co s^{2} θ} \frac{Δ V_{P}}{V_{P}} - 4 {(\frac{V_{S}}{V_{P}})}^{2} si n^{2} θ \frac{Δ V_{S}}{V_{S}} + \frac{1}{2} [1 - 4 {(\frac{V_{S}}{V_{P}})}^{2} si n^{2} θ] \frac{Δ ρ}{ρ},

(2)

\begin{array}{l} R_{PS} (θ) = - \frac{V_{S} sinθ}{V_{P} 2 \cos φ} \{- 4 [{(\frac{V_{S}}{V_{P}})}^{2} si n^{2} θ - \frac{V_{S}}{V_{P}} \cos θ \cos φ] \frac{Δ V_{S}}{V_{S}} + \\ [1 - 2 {(\frac{V_{S}}{V_{P}})}^{2} si n^{2} θ + 2 \frac{V_{S}}{V_{P}} \cos θ \cos φ] \frac{Δ ρ}{ρ}\} 。 \end{array}

式中:R_PP、R_PS分别为PP波、PS波的反射系数;θ、φ分别为PP波、PS波的反射角与透射角的平均值;V_P、V_S、ρ分别为界面两侧岩层的纵、横波平均速度与平均密度;ΔV_P、ΔV_S、Δρ分别为界面两侧岩层的纵、横波速度差与密度差。

采用射线追踪方法计算入射角,炮检距范围选择参考了实际多波资料采集的观测系统信息,子波采用零相位雷克子波。正演参数与实际采集参数一致。共进行了600炮的单炮正演,每炮正演15 min,共计耗时6 d完成整条测线的正演。随后对正演单炮进行地震资料常规处理,得到叠加剖面(图6)。

图6

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图6 正演纵波模型(a)、纵波叠加剖面(b)、转换波叠加剖面(c)

Fig.6 P-wave Velocity section of forward model(a),PP wave stack section(b) and PS wave stack section(c)

从剖面对比可以明显看出,受近地表速度的影响,转换波正演数据的目的层同相轴连续性较差,进一步验证了近地表对多波多分量采集的地震数据有着很大的影响。同时通过对工区不同位置激发的实际采集单炮的不同时窗的频谱分析发现(图7),工区东段低降速带较厚、西域砾岩发育区域的单炮高频信息随偏移距的增加衰减效果最为明显。

图7

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图7 A201719线东段单炮不同时窗的时频分析结果

Fig.7 Time-frequency analysis results of different time window of one shot at eastern part of A201719

3 结论及建议

通过对准噶尔盆地南缘山前的二维多波多分量试验测线A201719的对比、理论分析及地震正演分析,表明近地表造成的转换横波吸收衰减对转换横波地震剖面较纵波有更为显著的影响。后续在山前低降速带较厚区域的多波地震勘探中,建议一方面要加强近地表结构的调查和研究,另一方面要优化多波地震数据采集的观测系统优化设计,加强激发和接收的研究。

(本文编辑:叶佩)

参考文献

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被引期刊影响因子

[1]

董敏煜

. 多波多分量地震勘探[M]. 北京: 石油工业出版社, 2002.