摘要：适当的观测系统是保证野外地震记录采集质量的关键。为此，运用地震物理模拟技术，设计制作井间地震模型来研究了井间地震观测系统的设计问题。通过对观测系统类型和参数选择的模拟分析，结果表明：井间距的大小对所接收的波场有很大的影响，设计井间地震观测系统时，应当力求将射线的入射角控制在临界角以内；下倾激发、上倾接收得到的井间记录能更好地反映井间介质的变化。上述结论可用于指导实际的野外采集观测系统的设计。
关键词：井间地震；地震勘探；模拟；激发；观测；系统；设计
提高地震数据的信噪比和分辨率是地震勘探技术发展的永恒主题，野外采集数据高信噪比和高分辨率是物探技术发挥作用的基础，而适当的野外采集观测系统则是保证原始资料信噪比和分辨率的关键。
井间地震技术由于具有能量传播距离短、接近探测目标、避开低速带、数据频率高、信噪比高、分辨率高和保真度高的优势，更具有能实现透射、反射成像等特点。因此，可以获得高分辨率储层构造形态，进行精细储层的构造与沉积特征描述，研究其横向变化、连通性等，从而达到寻找漏失油气层的目的[1～2]。
井间地震采集成本巨大，采用适当的采集观测系统更是保证其成功实施的关键。地震物理模拟技术具有直观性和可重复性[3～5]，所以笔者以地震物理模拟为手段，研究井间地震的观测系统设计问题，指导实际地震采集观测系统的设计。
1 井间地震模型的设计与制作
以实际的储集体类型为主要依据设计物理地震模型。目标油气田具有多期成盆，多凹共生，多种构造带类型、多样性油气藏组合等特点，构造上主要有潜山披覆带、陡坡带、中央背斜带、坡带、洼陷带和凸起带等。因此，设计了岩石透镜体、不整合遮挡、楔状体、背斜、及薄互层等多种物理模型。物理模拟的比例因子如下：①空间尺度(几何长度)比为1:1000，实验室模型的1mm相当于实际野外的1m；②时间比为1:1000，实验室记录1μs相当于实际野外的地震剖面记录1ms；③频率比为1000:1，实验室所用发射震源的主频为100kHz，相当于野外的100Hz。
2 观测系统类型和参数的选择
井间地震观测要求探区内有2口或更多已完钻的井。每次在1口井的研究井段上，设置密集的震源点，在其预定位置上安放震源；而在另一口井(或几口井)的相应井段设置密集接收点并布置检波器。通过改变井中震源和检波器的深度，进行激发和接收，要使地震射线能穿越井间的全部区域，适合井间地震的观测系统设计便显得尤为重要，它关系到整个数据采集的质量以及施工效率。根据研究目的、激发和接收设备条件等，可以采用不同的观测方式，本文参考文献[1]列举了6种观测方式，本项研究的目的是确定井间观测系统设计的一般原则，采用目前应用较多的共接收点与共激发点方式研究了井间距、入射方向、上下倾方向接收等问题，以便指导实际的野外采集观测系统的设计。
2.1 井间距的选择
从应用的角度看，井间距越大所研究的井间介质横向范围越大，因此井距越大越好。从理论上来讲，井间距越大地震波传播的路径越长，能量穿过介质被吸收衰减得越多，对井下震源的要求也越高，实现起来越困难。
图1-a所示为层状物理模型，其中：v1=1800m/s；v2=2500m/s；v3=1500m/s；v4=2400m/s；震源点位于激发井中450m深处，与接收井1的井间距为250m，与接收井2的井间距为400m。图1-b、c分别为接收井1和接收井2井间观测的物理模拟实验共炮点道集(CSG)记录。图中红圈部位为地层分界面发生折射现象部位，井间距大时会接收到明显折射波。
对比分析两张实验记录可发现，图1-c中红圈处是波在地层分界面上发生的折射现象。在进行井间资料采集时，应根据研究问题的实际需要，尽可能地使用小井间距观测。因为井间距越大，井间波场折射等伴随效应的影响越大，不利于准确地拾取初至值。
对于图2-a所示的层状模型，其中：v1=1800m/s，v2=2500m/s，v3=1250m/s。当震源点位于激发井中850m深处，与接收井1的井间距为250m，与接收井2的井间距为400m时，接收井1和接收井2井间观测的物理模拟实验共炮点道集记录如图2-b和图2-c。图中红圈部位为震源在低速层中引起的槽波，井间距越大，波场越复杂。
对比可以看出，图2-c中出现层间多次反射波，使波场复杂化，形成一种“波列”现象。在低速薄层(相对其上下层速度)中放置一个震源，激发出的弹性纵、横波就会向三维方向传播。当波射线以大于临界角的方向入射到顶底界面时，根据斯内尔定律就会产生“全反射”。“全反射”过程中，由于纵、横波的临界角不同，必然产生干涉。结果使得一些谐波消失，使另一些谐波增强，并在垂直于低速层方向上形成驻波，也称为槽波。在井间地震勘探中，井间距越大受槽波干扰越强。另外，随着井间距增大能量衰减增大，分辨率明显降低，图中红圈部位波场有显著的差异。
不同井间距接收的井间地震物理模拟实验记录分析表明，井间距的大小对所接收的波场有很大的影响。通过多种速度差的模型以及不同井间距的井间物理模拟实验发现，当井间距小于300m时，记录上未出现较明显的折射现象，各种干扰波也相对简单、易辨。模拟结果说明，设计井间地震观测系统时，应当力求将射线的入射角控制在临界角以内。
2.2 激发井与接收井的选择
图3为两个楔形模型的射线追踪图，比较可以发现，对于尖灭倾斜层来说，激发井相对地层为下倾或接收井相对地层为上倾时(图3-b、图3-d)，其经过尖灭倾斜层射线明显多于上倾激发或上倾接收(图3-a、图3-c)。显而易见，利用下倾激发上倾接收的井间资料进行偏移成像或层析成像，其得到的结果肯定优于上倾激发下倾接收的结果。图4是与图3-c、3-d对应的物理模型实验炮集记录，也表现出同样的结果。数值模拟和物理模拟结果均表明下倾激发、上倾接收得到的井间记录能更好地反映井间介质的变化。
3 工区井间地震物理模型实验分析
图5是根据某油田H地区2口井的井间地质结构并适当简化后制作的物理模型[6～8]。该模型主要为层状模型，其中有一小断层、几个薄层，并含有倾斜层。实验采用中国石化石油物探技术研究院的超声地震物理模拟实验系统进行数据采集。
3.1 观测系统
根据对特殊地质体井间观测系统的实验结果，结合工区的实际地质情况，井间地震物理模型模拟采集的具体方法为：采用共炮点激发方式，在模型的一侧放置震源(超声换能器的发射探头)，在另一侧放置接收器(超声换能器接收探头)。根据井间地震层析成像处理的要求，保证每个层内至少有一条射线穿过，同时还要提高工作效率，在井间距为300m的前提下，制定了如下的采集参数：接收道距为4m，每炮175道接收；激发炮间距4m，在2414～3114m井段进行测量。震源与检波器彼此间在井中的水平位置。总激发炮数为175炮，得到实验记录175张，共获得井间数据30625道。
3.2 地震波能量分析
图5所示为震源处于低速夹层及其附近所获得的CSG剖面。通过比较可明显看出，当震源位于低速夹层时，地震波能量明显被屏蔽在槽内。断层面也对地震波产生一定的屏蔽作用。总体分布规律为高速区射线分布较密，低速区射线分布较疏，具有高速层“吸引”射线、低速层“排斥”射线的特征，导致射线主要沿着高速层传播，而在低速层形成射线空白区。
4 结束语
井间地震技术是一种空间连续且具有特高分辨率的地震勘探方法，但就目前它也是一种采集成本极高的方法。因此，设计有效的采集观测系统，保证采集质量是保证发挥其作用的关键之一。笔者利用地震物理模拟技术，研究了井间地震的采集设计问题。
模拟结果表明，在设计井间地震观测系统时，应当力求将射线的入射角控制在临界角以内。同时，为了更好地反映井间介质的变化，应该采取下倾激发、上倾接收的方式。因此，物理模型实验可以为野外井间观测系统设计提供直观的依据。
参考文献
[1] 曹辉.井间地震技术发展现状[J].勘探地球物理进展，2002，25(6)：6-10.
[2] 曹辉.井中地球物理技术综述[J].勘探地球物理进展，2004，27(4)：235-240.
[3] 牟永光.三维复杂介质地球物理模拟[M].北京：石油工业出版社，2003：4-40.
[4] 李剑峰，赵群，郝守玲，等.塔河油田碳酸盐岩储层缝洞系统的物理模拟研究[J].石油物探，2005，44(5)：428-432.
[5] 赵群，郭建，郝守玲，等.模拟天然气水合物的岩石物理特性模型实验[J].地球物理学报，2005，48(3)：649-655.
[6] 李智宏，赵群，钱菊华，等.模型材料研制以及在地球物理模型制作中的应用[C]∥中国地球物理学会.中国地球物理第22届年会论文集.成都：四川科学技术出版社，2006.
[7] 魏建新，狄帮让.地震物理模型中三维地质模型材料特性研究[J].石油物探，2006，45(6)：586-590.
[8] 李智宏，钱菊华，赵群，等.模型材料研制及其在三维复杂介质地震物理模拟中的应用[C]∥中国地球物理学会.中国地球物理第21届年会论文集.长春：吉林大学出版社，2005.
(本文作者：朱海龙1，2 李智宏2 赵群2 1.中国地质大学(武汉)；2.中国石化石油物探技术研究院)
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