0 引言

随着油气勘探开发面临的地质问题日趋复杂，要求得到更精细的地震成果资料，以更准确地识别岩性、小断块和复杂储层目标，因此地震勘探也从常规三维勘探发展到“两宽一高”(宽频、宽方位、高密度)三维勘探。这种应用日渐广泛的地震勘探方式为提高地质体叠前偏移成像、空间分辨率和油气检测精度奠定了资料基础^[1]。

中国石油集团东方地球物理公司的“两宽一高”地震采集技术得到快速发展，采用带道能力达10万道的G3i采集系统，激发采用低频可控震源，接收采用单点动圈式高灵敏度检波器，通过在准噶尔、塔里木、吐哈等盆地及国外多个区块的广泛应用，推动了“两宽一高”地震技术的持续完善^[2]。

中石化地球物理公司形成了以单点加速度检波器接收、宽方位高密度的观测系统为主的单点高密度地震采集技术，并应用于胜利探区，资料品质取得大幅度改善^[3-4]。川东北是中石化油气勘探的热点区域，已发现普光、元坝等大型气田^[5]。不同于西部戈壁、沙漠和东部平原，川东北地区复杂的山地地表、近地表，以及埋藏深、储层薄、断块小的深层地震地质条件对地震勘探提出了更大的挑战。

TJ地区为川北坳陷通南巴背斜、通江向斜的一部分，北侧为米仓山冲断带，东侧为大巴山冲断带。通过与邻区对比分析，认为TJ地区油气成藏条件有利，纵向多层叠置(须家河组致密砂岩气，千佛崖组致密砂岩油、气，沙溪庙组致密砂岩气及深层海相储层)，发育多种类型圈闭，具有多层兼探的良好潜力。期望通过高精度三维地震勘探，精确落实有利钻探目标，形成该区陆相地层勘探的接替领域。因此选择川东北TJ地区开展宽频宽方位三维地震采集技术攻关，探讨设计出最有效采集参数。

1 存在问题及技术思路

该区属于地下地质目标、表层条件和地形三复杂地区。主要勘探目标陆相须家河组地层具有小断层发育，储层致密、层薄，非均质性强的特征，以裂缝孔隙型储层^[6]为主。断层是裂缝发育的基础，其两侧伴生裂缝改善了储层物性及储集性能。因目的层断裂、褶皱发育，破碎严重，波场复杂，故需设计更有效观测方式，精细刻画小断裂，厘清断裂和裂缝发育特征及规律，提高储层预测精度。

区内近地表条件复杂，出露地层中频见大量疏松砂岩，该类岩性激发效果差，造成半数以上为Ⅱ、Ⅲ类品质单炮，激发频带窄，50~100Hz分频滤波难见目的层有效反射。同时山地植被密集，高频干扰发育，影响高频段信噪比，也降低了有效频带。因此，采集设计须充分考虑拓宽单炮有效频带。

基于上述问题和难点，拟定本次采集设计的主要技术思路是，按照宽方位、高密度的理念设计观测系统与优选参数。即通过高覆盖次数提高陆相地层资料信噪比，以小面元突出小断裂成像效果，用宽方位保证有利于各向异性处理。

针对区内单炮频带相对较窄的问题，实施精细岩性调查：落实疏松砂岩分布，优化激发因素设计，增加激发频宽；在接收因素方面，注重压制高频环境随机噪声，突出高频有效信息，拓宽频带。

2 关键技术 2.1 基于储层特征观测系统优化技术 2.1.1 针对小断层成像的参数优化

与邻区相比，研究区陆相须家河组地层更破碎、变形更严重。由于邻区采用的“窄排列片宽方位”观测系统的均匀性、连续性差，不能满足本区复杂储层勘探的需求。为此，优先考虑减小面元尺寸。从图 1所示的不同面元尺寸的正演模拟剖面可见，在加入1%白噪情况下，采用小面元尺寸的叠前时间偏移剖面(图 1a)信噪比较高，断点更清晰。

图 1也表明对于复杂断裂发育的地层，在小面元采集的基础上，也需进一步优化观测系统属性，改善叠前时间偏移效果。例如：将覆盖次数提高近2.5倍，达到160次；增加排列片宽度，接收线数由12条增至20条，提高了横向覆盖次数；减小线束滚动距，增加了炮道密度。

2.1.2 基于各向异性的观测系统评价技术

裂缝地层物理性质复杂，表现出强各向异性，因此裂缝预测需多方位信息，但常规观测系统评价中基于CMP(共中心点)或CRP(共反射点)的观测系统综合属性分析不能满足对各向异性地质目标适应性评价需求^[7]，故提出基于各向异性的观测系统属性评价技术，包括基于AVOA属性、基于多方位速度属性和基于OVT处理需求的观测系统评价技术。

基于叠前数据的AVOA属性分析是进行裂缝预测的重要方法，因此观测系统属性应满足AVOA属性分析的需求。具体思路为，首先根据目的层地球物理参数建立模型，利用Shuey简化方程

$ R_{\mathrm{PP}}=P+G \sin ^{2} \theta $

(1)

解算理论截距和梯度值，再通过正演模拟求取不同观测系统不同方位的实际截距和梯度。式中：R_PP为反射波振幅；P为截距值；G为梯度值；θ为入射角。

对比分析观测系统不同方位的截距值P、梯度值G与理论值的误差，误差小且不同方位误差值相对接近的观测系统有利于裂缝预测。

基于多方位速度属性的观测系统评价方法：各向异性造成地震波在不同方位的传播速度不同，利用多方位速度分析可得到更精确的速度场。对不同观测系统多方位的速度分析精度进行估算，不同方位均具有较高精度的观测系统，有利于建立精确速度场，是能充分满足各向异性处理的观测系统。

基于OVT处理需求的观测系统评价方法：传统的共炮检距处理技术能较好地解决VTI各向异性问题，但因共炮检距未能保存方位角信息，使后续方位各向异性分析难以进行，炮检距向量片(OVT)技术则可望弥补这一缺限^[8-10]。该技术可达到分炮检距、分方位角处理的目的。但观测系统也要具有满足OVT处理的属性，即数据空间连续性好，空间分布均匀，可细分单元较多。

观测系统的OVT属性包括OVT片属性和OVT道集属性两个方面^[11]。OVT片属性要求炮检距或方位角越集中越好，容差越小越好；OVT道集属性则要求不同炮检距、方位角OVT片规则、连续、无缺失^[11]。

图 2为20L(线)8S(炮)观测系统与以往12L48S、12L24S观测系统的OVT道集属性对比，可见20L8S提高了覆盖次数，减小了束线滚动距，方位角更宽，波场连续性更好，在不同炮检距段均没有缺失，明显优于其他两种观测系统。因此宽方位在各向异性处理方面具有明显的优势。

通过小面元、宽方位的参数优化，优选了观测系统，采用20L8S面元细分观测系统，纵向12.5m×12.5m小面元接收，横纵比接近0.6，炮道密度超过50万道/km²，使观测属性明显改善，更有利于小断裂的精确成像，实现裂缝的精细预测。

2.2 疏松砂岩发育区宽频激发技术

相关地质资料表明：疏松砂岩多以冲积成因的砂岩、粉砂岩为主，欠压实、胶结性差，发育冲积扇、辫状河、辫状河三角洲、湖泊等多种沉积，具有厚薄不一、纵横向分布多变的特征，同时该区地形、出露地层复杂。因此，搞清疏松砂岩分布的难度很大，需用精细岩性识别调查技术。

2.2.1 疏松砂岩识别调查技术

综合采用了地面地质调查、横向剖面法、垂直剖面法、常规微测井取心录井法、连续微测井、深井微测井和递进微测井七种方法，将地面地质调查与近地表地质调查联合，进行疏松砂岩的识别调查，厘清疏松砂岩的分布范围和埋深变化。其具体技术思路如图 3所示。

首先基于以往资料特征进行地面地质精细调查。依据二维资料评估结果，以二维测线作为控制线，进行精细地面地质调查，落实疏松砂岩分布层位、产状、位置、高程，绘制地面地质剖面，搞清区域分布。

通过横向和垂直剖面法落实重点区域，即结合局部横向地质剖面与纵向剖面，以多点垂向地质剖面横向对比对疏松砂岩做精确刻画，落实重点区域分布范围。

在地面地质调查确定分布范围的基础上，布设1km×1km网格微测井，综合速度分析与岩性分析，测算疏松砂岩的埋深及厚度。对于厚层或巨厚砂岩区、地形及岩性剧变区，利用连续、递进微测井、深井微测井等做精确落实。对于厚层(30~50m)砂岩分布区，采用布设1口/2km的低密度深井(50m)微测井，调查疏松砂岩垂向分布状况。对于巨厚(50m以上)砂岩区，根据高差变化将微测井井布设为阶梯状，根据巨厚砂岩层速度和岩性变化，确定其中疏松砂岩层分布深度和厚度。对于地层、岩性剧变区域，在500~1000m范围内，按1口/50m的密度布设10~20口调查井，摸清局部区域疏松砂岩横向分布状况。综合应用以上方法，搞清区内疏松砂岩岩性特征及分布规律。

2.2.2 疏松砂岩岩性特征及分布规律

表 2展示区内存在四类疏松砂岩：①薄层状灰白色粉砂岩；②块状黄绿色粗粒砂岩具不规则状薄层、低速特征，单炮记录品质最差；③和④分别为灰黄色和灰白色较厚层粗砂岩，分布范围较广，速度虽较高，但仍略低于常规砂泥岩，是Ⅱ类品质单炮主要的岩性分布区。

疏松砂岩在平面分布上呈东、西部不同的特征。图 4蓝框标示西部地形平缓区域。在七曲寺组地层出露区，为连片厚层疏松砂岩分布(图 4a紫色区域)；在白龙组地层出露区，地表岩层及岩性横向变化较大，较厚疏松砂岩分布欠连续，呈零散、条带状分布(图 4b浅蓝区域)。东部地表地形切割严重，疏松砂岩大多分布于高部位七曲寺组出露区，少部分分布于白龙组出露区(图 4c紫色片区)。疏松砂岩的垂向分布特征较复杂。西部七曲寺组存在五套连片分布的疏松砂岩层，厚度大多超过30m，为③、④类疏松砂岩；白龙组地层泥岩占比较大，主要存在三套疏松砂岩，厚度均小于20m。东部七曲寺组上层被剥蚀，底部残留厚层疏松砂岩；白龙组中上部含两套较厚疏松砂岩，总体激发效果差，以往二维单炮为Ⅲ类品质。

2.2.3 疏松砂岩区宽频激发因素设计技术

通过地质调查，结合测量成果、高清卫片，建立包含高程数据、地质调查数据和地表地球物理数据三种信息的地形地质综合模型。以七曲寺组、白龙组为重点目标，基于地形地质综合模型，厘清地形与出露岩性的相对关系，根据炮点高程和设计井深可得知各井的适宜激发岩性。通过井深与点位的交互调整，可尽量避开疏松砂岩，优选泥质含量高、速度高的有利激发岩性。

基于以上原则，针对不同类型疏松砂岩分布区采用不同的激发因素设计方法。对中薄层疏松砂岩，采用井深控制法，即通过增大和减小井深，在疏松砂岩上部或下部泥岩中激发；在巨厚疏松砂岩区，通过调整点位，避开巨厚疏松砂岩，确保以合适井深在泥岩中激发；在不规律分布区，采用随钻以点带线法，依据钻井、录井结果优选有利岩性，开展现场井深设计(据测量成果和地层倾角做井深局部逐点设计)，保证在有利岩性中激发；在巨厚疏松砂岩连片分布区，据微测井成果，选取相对高速层段，以大药量(16kg)进行激发。

通过以上方案，所得单炮记录信噪比大幅度提高，有效频带显著拓宽。

2.3 基于压制高频干扰的接收技术

该区总体属高信噪比地区，在有利岩性地层中激发，高频有效信息较丰富；在接收因素方面也要考虑保护高频成分。根据VSP测井数据的吸收衰减分析，认为需保护目的层的最高频率为120Hz^[12]。

区内主要规则干扰是线性干扰，第一组面波视速度为1900m/s、视频率为17Hz、视波长为111m；第二组面波视速度为1300m/s、视频率为11Hz、视波长为118m。针对这两种线性干扰，在山地地表条件下难以采用组合压制，且采用过大组合基距会影响有效波高频段接收，因此组合压噪的目标应是环境干扰中的中高频成分。高频干扰对提高分辨率影响很大，高频有效信号经大地吸收衰减之后已非常微弱，很容易淹没于高频干扰背景中。观察单炮分频显示(图 5a)和频谱分析(图 5b)可见，分频滤波后中深层信噪比低于1，频率大于70Hz单炮频谱曲线与环境噪声频谱曲线基本重合。

在这种高频噪声发育的条件下，采用单点接收不能拓展有效频宽。图 6为小组合接收所得剖面与单点单个检波器所得对比剖面的60~120Hz分频显示，两者观测参数相同，道距为20m、覆盖次数252次。可见小组合接收在高频端信噪比明显高于单点单个检波器。因此，应该坚持“复杂山地组合压噪的目标应是随机干扰中的中高频成分”的理念。若采用单点检波器采集现场数据，应减小道距，选用高密度空间采样的观测系统。

图 7是组内距分别为30、15和70cm的试验资料对比，组合图形为A-(3333)-Dx-Dy。可见70cm组内距在60~120Hz频段(图 7a)分频显示资料较好，而在更高频段(图 7b，70~140Hz)的显示中未见进一步的优势；30cm组内距在70~140Hz分频显示中的信噪比明显更高，而组内距15cm的小组合在上述两种频段均未见好的效果。

因此，在该区组内距应大于15cm，采用30cm×30cm小组合能有效压制高频干扰，提高高频端信噪比，从接收上达到拓宽有效频带的目的。

3 资料效果

将上述技术应用于实际资料，所得单炮记录和剖面品质明显改善。在单炮品质方面，抽取与以往TNB2012-NW4线邻近的25931炮线中320炮进行定性评价。Ⅰ类单炮比例提高了37%，Ⅲ类单炮比例降低了27%。低频炮比例明显减少，主频分析可见低于14Hz的点位分布未出现连片现象，明显优于邻区单炮品质。

图 8是研究区内4个相同位置的新老单炮60~120Hz分频记录，可见新单炮高频段信噪比得到明显提高，有效频带得到拓宽。图 9为对应的新老对比剖面，可见新剖面中信噪比较高，成像好，断点清晰，有效落实了构造细节及烃源断裂分布。利用该区采集的宽频宽方位地震资料进行有效的潜在烃源断裂、砂岩和断缝体精细预测，圈定的多个钻探目标证实为油气高产富集带，资源量达上千亿方。

4 结论

(1) 针对断裂复杂、裂缝发育的陆相须家河组地层，宽方位、小面元、高密度三维观测系统可有效提高成像效果，利于精细构造解释。

(2) 精细的岩性调查技术能有效落实不利激发岩性的分布，在此基础上进行基于岩性的激发因素设计改善了单炮激发品质，显著拓宽了地震资料的有效频带。

(3) 小面积组合能有效压制川东山地的高频噪声，提高高频段信噪比，且进一步拓宽有效频带。