摘要：中国南方碳酸盐岩广泛分布，地形高陡，地下构造复杂，勘探区因裸露碳酸盐岩的存在，致使地震资料信噪比低，制约了这些区域的油气勘探进程。中国石化勘探南方分公司在这些地区开展了多轮采集技术方法攻关，取得了较好的攻关成果，资料品质得到了提高，地下地质特征更加清楚。以中国石化勘探南方分公司多年来的采集实践为基础，从目前的采集技术现状及存在问题出发，对碳酸盐岩裸露区的表层调查方法、观测系统设计、激发接收因素的选取等方面提出见解和认识：南方碳酸盐岩地区的地震勘探要围绕着如何提高资料信噪比来开展；上述地区的地震勘探是一个复杂的系统工程，单项技术难以取得明显效果。

关键词：中国；南；碳酸盐岩；地震勘探；信噪比；分辨率

    中国石化勘探南方分公司(以下简称勘探南方分公司)所登记的矿权区块地表多为碳酸盐岩裸露区(如镇巴地区、黔中及周缘、江南雪峰推覆带，湘鄂西及川西南等区块)，由于复杂的山地地表和地下地质构造(山前逆掩推覆带或高陡构造)，导致了这些地区的地震资料信噪比低，严重制约了这些区域的油气勘探进程。经过多年的地震采集和攻关，针对不同地表及地下地质条件形成了一系列有效的采集技术，地震资料的信噪比也有大幅度的提高，复杂构造的地震成像效果明显改善^[1]。

    1) 观测系统设计技术。通过广泛应用基于地质模型和地震波传播特征分析的观测系统设计、速度建模、正演模拟等技术，取得了良好的应用效果。采取多道数、小道距、长排列、高叠次的观测系统能一定程度地改善石灰岩区的资料品质。

    2) 针对勘探目标的激发技术。开展地质调查，分区、分片、分段设计井深，优选激发参数——单深井(18～24m)、大药量(18～22kg)；在设计允许范围内，根据“五避五就”原则布设炮点。

    3) 基于压制干扰、保护高频有效信号的接收技术。多串检波器面积组合接收技术：每道24个低频检波器(10Hz)面积组合接收；检波器挖坑埋置，坑深超过20cm。

    4) 多种手段相结合的表层调查技术。

    5) 地质、地震、非地震一体化综合勘探的技术。

1.2.1 激发问题是石灰岩区首要问题

    碳酸盐岩具有高密度、高速度的地球物理特征，在碳酸岩中激发时纵波仅有较少的能量穿透碳酸盐岩，相当部分能量在水平方向上传播(面波)，穿透碳酸岩的能量一些被折射(折射波)，一些穿过较厚的地层达到碳酸盐岩底，反射和透射的纵波能量相当低。因此在碳酸岩中激发的初始振幅越小，整体能量弱，信噪比低^[2～3]。

1.2.2 接收问题

    由于地震波在碳酸盐岩中能量衰减、干扰发育等原因，导致石灰岩区接收条件差(图1)，因此石灰岩区的接收问题也是该区地震采集的主要问题。

1.2.3 剧烈的地表起伏引起的静校正问题

    由于表层结构的纵横向变化剧烈，表层调查所建立的表层模型仍然存在一定的误差，导致了静校正问题依然突出。

 

    微测井是目前南方碳酸盐地区常用的有效表层调查方法之一，但由于山地表层结构复杂，采用等密度控制点、网观测的方式难以准确勾画表层结构的变化。因此对微测井的观测方法进行了改进，措施包括：变等密度观测为不等密度观测，在表层结构变化大的地段加密观测点；通过微测井、生产井的重复使用，降低成本，加大微测井密度；开展二次表层调查，生产前先完成3×3km密度的微测井测网观测，为激发因素的选取提供表层资料，并形成初始表层结构模型，最终完成1×1km密度的微测井测网观测，修正初始模型。

    另一方面，开展地质调查，为表层调查点点位布设、表层综合建模、激发点位和激发因素选取、地震剖面的解释等工作提供指导依据。

    在表层结构特别复杂的地区，也尝试采取浅层反射、折射法、电法等表层调查方法，结合微测井及岩性录井的成果，来精确地求取表层模型。

    射线追踪技术只能对较简单的地下构造区设计观测系统，而针对复杂的地下地质目标体，采用基于波动方程理论的照明度分析设计技术，得到最佳的生产采集因素，以提高采集资料的品质。

    值得一提的是，勘探南方分公司的外围新区大都为碳酸盐岩区，勘探程度低，处于区域勘探阶段，部署的测线长、跨度大，地层倾角、地层埋深横向变化大。在实际施工过程中，根据目的层的埋深分区采取了不同排列长度的观测系统。

    关于叠加次数：从石灰岩区的实际资料来看，提高覆盖次数是提高剖面信噪比的有效途径，提高叠加次数可明显的改善剖面品质。

    对于老地层出露区(逆掩推覆带)，由于目的层埋深浅，设计的覆盖次数要考虑处理切除后的实际叠加次数。为此，可通过2种途径来实现：一是减小道距、减短排列长度，使有限的排列长度内的接收道数尽量地多；二是通过增加设计叠次，提高目的层的实际叠加次数。

    关于道距选择问题。小道距有利于提高地震采集的横向分辨率，但目前南方碳酸盐岩地区应以提高信噪比为主，从实际资料看，30～40m的道距比较合适。

    总之，针对南方碳酸岩盐地区复杂的地下结构，应采用基于波动方程的照明分析技术、灵活多变分区分段设计不同的观测系统、适当增加叠加次数、采取适中的道距等，这些都是提高信噪比的手段。

2.3.1 激发条件的改善

    碳酸岩区激发条件差，但随着激发点的含泥性、含水性、地层产状、地层破碎程度及地表高程的不同，激发效果也有较大的差异。总的来讲，含泥质较高、含水性较好、地层完整、产状平缓、地表高程较低地段的激发效果相对较好，这些地段是激发优选目标。

    另外，在碳酸岩区，地震钻井前通过表层调查资料获得表层速度模型，尽量选择在速度较高的围岩中激发，特别避免在低速夹层中激发，可减轻低速折射波、多次折射波(槽波)的出现。根据地震波的传播原理，当高速层中间夹低速层时，在低速夹层中激发，大部分能量会在低速层内横向传播，并形成地面振动(槽波)，成为干扰。

    综上所述，野外采集时要在精细表层调查的基础上，按岩性、破碎程度、含水性、速度、产状及地形更加精细地选取激发点位，并分区逐点设计激发参数。

2.3.2 激发井深和药量的选择

    根据球腔震源的纵波位移方程^[4～5]：假设介质泊松比为0.25，则纵波的位移方程式为：

   

式中：u为纵波的位移；a为球腔半径；p₀为作用于腔壁上的起始应力；μ为切变模量.r为波传播的距离；r为波传播的时间；k为圆频率，。

    由u、k的表达式可知：①激发产生纵波质点位移与介质纵波速度成反比，而介质速度随介质密度的增大而增大；②激发子波频率与波速成正比。因此，在致密的碳酸盐岩中激发的波振幅小、频率高。

    按照以上分析，提高碳酸岩区的激发振幅是解决激发问题的关键：一是可合理增加药量来提高激发初始振幅；二是合理增加激发井深甚至采取超深井(50m以上)激发，也可以提高激发有效能量(图2)。

 

    考虑到施工成本、施工效率和资料品质等方面的因素，生产过程中可以部分井采取超深井激发，并适当降低叠加次数，减少炮数、按少放炮多铺道的原则，可以一定程度地缓解超深井所带来的成本增加矛盾。

    碳酸岩区的接收是另一个关键环节，接收效果的好坏与检波器个数、检波器的组合图形以及检波器的型号等都有很大关系。

    检波器的组合个数。增加检波器个数有利于压制噪声水平，对碳酸岩地区理论上讲检波器组合个数越多越好，但实际又不能过多。从以往盒子波及检波器个数对比试验来看，兼顾质量和效率，每道不少于24个，以每道36个检波器组合更好。

    检波器的组合图形。表1为黔中地区盒子波调查所得到的干扰波参数表，从干扰波调查结果来看，碳酸岩地区主要发育有低频干扰(波长长)。为压制低频干扰，要求检波器的组合基距要足够大，检波器要按设计图形尽量放开。

    由于地形复杂，检波器难以按设计图形铺放，可行的施工方案是：①铺放检波器时沿地形等高线布设，尽量保证较大的组合基距；②放大检波器组合高差的限制，设有效波的最高保护频率为60Hz，以检波器间反射波时间差小于T/4计算，给定不同的速度，便可以求出允许的道内最大组合高差，由于碳酸岩裸露区表层速度高(大于3000m/s)，检波器组合

高差可放宽至5m。

    通过多年来在碳酸岩区的勘探和攻关，碳酸岩区的地震资料品质均有较大程度的提高，并且形成和发展了一系列针对碳酸岩区的地震采集技术。2006年在雪峰隆起区获得的剖面(图3)推覆构造特征明显，基底反射清晰，较好地解剖了雪峰隆起的内部结构，对该区有了准确的地质认识；在通南巴及镇巴地区开展了多次攻关，获得的剖面品质(图4)与老剖面相比均有较大的改善。还有在黔中隆起等多个地区的剖面也都取得了类似的满意效果。

    1) 南方碳酸盐岩地区的地震勘探要围绕着如何提高资料信噪比来开展，而信噪比和分辨率之间是一对矛盾。就目前碳酸岩地区的勘探技术水平、勘探工艺和勘探程度来看，应以提高资料信噪比为主。

    2) 南方碳酸岩地区的地震勘探是一个复杂的系统工程，单项技术难以取得明显效果。因此，要求按照采集、处理、解释一体化的工作思路，不断提高认识，综合应用多种方法技术，实现由量变到质变的飞跃！

[1] 刘树田.地震勘探中炸药震源药型选择问题研究[J].石油物探，1999，38(4)：66-73.

[2] 钱绍瑚，刘江平，谷永兴.炸药震源爆炸机制及激发条件研究[J].石油物探，1998，37(3)：1-14.

[3] 任义庆，李勤学，马在田，等.地震爆炸震源模拟[J].石油物探，1998，37(3)：15-21.

[4] 张智，刘财，邵志剐，等.地震勘探中的炸药震源药量理论与实验分析[J].地球物理学进展，2003，18(4)：724-728.

[5] 凌云.激发药量与药型分析[J].石油地球物理勘探，2001，36(5)：584-591.

　

(本文作者：李仲远 中国石化勘探南方分公司)