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摘要:

為提高三維地震勘探策劃與部署、設計與采集的能效，從勘探部署、地震采集工程設計、勘探經濟效率等方面入手，對三維地震勘探設計的多項指標及其經濟性進行研究。結果表明，三維地震采集的滿覆蓋區域面積必須占地震資料面積的60%以上，且目標層越深，則勘探部署區域面積應越大。勘探部署區域設計時盡可能減少區域拐點數，既有利于與相鄰勘探區塊的對接，又能減少成本;采集參數相同的情況下，布設區域的縱橫比大于1時，地震資料面積、未滿覆蓋區域面積逐漸減小，勘探效果較好。且三維地震測線應盡量沿部署區域的長邊方向布設，減少接收線的條數，提高采集效率。做三維地震滾動勘探部署的整體規劃設計時，在邊緣處理中應盡量接納相鄰工區和以往的炮點、檢波點數據，減少重復采集、消除地震資料空白區，降低勘探費用。

關鍵詞:

三維地震;部署區域面積;覆蓋次數;采集指標;勘探效能

隨著石油地質研究的不斷深入［1－3］，為了進一步搞清地下構造特征及斷裂分布規律，精細刻畫小斷塊和低幅度構造圈閉［4］，有必要部署三維地震。此外，為了滿足開發儲層橫向預測［5－7］，也需要部署三維地震勘探。從長遠發展趨勢來看，三維地震勘探獲取的地震信息量更大，也變得更經濟［8］，是未來解決復雜地質問題的主要手段。地震采集工程設計，一方面要滿足地質設計的要求，另一方面要考慮采集成本［9］。如果地震采集費用超出了成本預算，再好的設計方法也很難實施。對于勘探投資，勘探方(業主)按照地質設計以單位面積(km2)為成本核算，最關心的是疊前、疊后滿覆蓋次數的面積和地震資料的品質;勘探施工方(乙方)按照采集參數核算成本費用時，最關心施工的總炮點數、總檢波點數及激發方式(可控震源或井炮)等這些顯性的實際費用。對于勘探面積設計問題，同樣的采集參數要完成等量的部署區域面積，其總炮點數和總檢波點數相差較大，對這些隱性的實際費用，目前尚未給予過多的關注。

從某油田早期的三維地震勘探部署來看(圖1)，其具有如下幾個缺點:①勘探區域根據地下構造單元進行劃分，按不同年度分別進行地震采集設計與施工，由于不同年份部署區域的方位有差異，必然出現不同程度的地震資料重合與空白，如1996年布設的區域與其他年度布設的區域;②勘探區域之間沒有很好的銜接，如2003年、2007年布設的三維勘探，雖然勘探區域面積的方位角保持一致，但區域的邊界重復布設太多;③勘探區域面積的大小、形狀不同，如1996年布設最小的勘探面積(45.960km2)，2007年布設最大的勘探面積(286.580km2)，2009年布設多邊形的區域面積，矩形面積的拐點多于4個。上述布設勘探區域的布設方式不利于地震資料的連片處理及地質解釋［10］，因為覆蓋次數、方位角、炮檢距等分布的不均勻性［11－12］會造成地震屬性的差異［13－14］。對勘探部署設計而言，為了完成特定的地質目標，經常會出現各種形狀、大小、方向不同的勘探區域，從勘探費用考慮，其設計無可厚非;對地震勘探的采集而言，依據地質條件進行三維地震設計①時，為滿足勘探區域邊界的滿覆蓋地震資料，在未覆蓋區域面積內需部署數量不等的炮點、檢波點，數量的多少取決于勘探面積的布設方式，如勘探面積大小、形狀、方向及其與相鄰勘探區域的銜接等。勘探面積越小、拐點越多，則地震采集所需的總檢波點數、總炮點數就越多，直接導致采集成本增加，使投入與獲取的資料面積不成比例，降低了勘探能效。此外，處理部署區域的邊界問題時無法利用老資料［15－17］，從而增加了采集成本。主要針對勘探區域面積的邊緣處理，三維地震勘探由觀測系統將不同炮點、檢波點聯系在一起，對于一個特定的檢波點，每接收一次地震信號，就認為其被“激活”一次，區域邊界的檢波點被“激活”的次數不斷減少，要達到相同的覆蓋次數，根據面積的大小及形狀變化，必須增加不同數量的炮點，數量的多少取決于部署區域面積，直接影響勘探費用。

分析內容:①在三維地震觀測系統一定的情況下，部署區域面積的大小如何影響滿覆蓋區域面積、未滿覆蓋區域面積及地震資料面積的變化;②在三維地震勘探部署區域面積一定的情況下，區域面積的拐點數量如何影響滿覆蓋區域面積、未滿覆蓋區域面積及地震資料面積的變化;③在三維地震勘探部署區域面積一定的情況下，區域面積的縱橫比如何影響滿覆蓋區域面積、未滿覆蓋區域面積及地震資料面積的變化;④三維地震滾動勘探開發中［15－17］，各勘探區域銜接對滿覆蓋區域面積、未滿覆蓋區域面積及地震資料面積變化的影響。

在進行三維地震部署與設計的指標分析之前，先闡述兩個概念:(1)三維地震資料面積:在不考慮偏移孔徑［6］(為了使任意傾斜同相軸能正確成像，而加到勘探部署區域外的寬度)的情況下，三維地震資料面積一般指兩個區域面積之和(圖2)，即三維地震資料的滿覆蓋區域(中部)和未滿覆蓋區域(外部)，勘探部署區域(內部)認為是滿覆蓋區域。勘探部署區域是勘探方(業主)部署的勘探面積，其面積為偏移前的滿覆蓋面積，勘探方按照面積支付給乙方勘探費用。未滿覆蓋區域是覆蓋次數漸減帶區域，設計者在此區域內布設炮點、檢波點，以保證滿覆蓋區域邊界處達到滿覆蓋次數，最大的炮點、檢波點面積為施工面積。(2)平均覆蓋次數:將獲取三維地震資料的區域面積按照網格(面元)進行劃分，如地震采集的觀測方式為6L×4S×120，每放一炮共計720個地震道接收，每接收一道地震信息，獲取地下地震反射一次，即覆蓋次數為一次。(地震采集總炮數×每炮的地震道接收總數)÷網格(面元)數，得到每個面元內的射線數目，即為平均覆蓋次數。地震資料面積內的平均覆蓋次數越高，則未滿覆蓋區域面積占總資料面積的比值越小，勘探能效越高。

1部署區域面積大小與采集指標分析

根據三維地震特定觀測系統，地震勘探部署區域按照微型、中型、大型的矩形面積進行數據采集(表1)，滿覆蓋區域面積、未滿覆蓋區域面積、地震資料面積表現出各自的變化規律，滿覆蓋區域面積與其占地震資料面積百分比的變化規律為對數函數(圖3)，滿覆蓋區域面積相對于地震資料面積而言，其變化規律為二次函數(圖4)。若滿覆蓋區域面積為12.32km2，未滿覆蓋區域面積為54.88km2，勘探滿覆蓋區域面積占未滿覆蓋區域面積的22.45%;當滿覆蓋區域面積擴大到214.32km2，未滿覆蓋區域面積為118.98km2，勘探滿覆蓋區域面積占未滿覆蓋區域面積的180.13%。因此，當滿覆蓋區域面積逐漸增大時，未滿覆蓋區域面積也隨之緩慢增大，但滿覆蓋區域面占未滿覆蓋區域面積的百分比提高更快，相對于滿覆蓋區域面積而言，未滿覆蓋區域面積逐漸縮小，在區域面積內不必部署更多的炮點、檢波點數，從而可以提高地震勘探的能效。對于特定的勘探部署區域面積，由勘探目標層深度選擇觀測系統的最大排列長度(最大偏移距)，在炮點距、接收道間距、炮線距、接收線距相同的情況下，由滿覆蓋區域面積占地震資料面積的百分比變化關系①(圖5)可知，目標層深度越深，則最大排列長度越長(一般最大排列長度Xmax≈目標層深度)，未滿覆蓋區域面積及未滿覆蓋區域面積的長度(邊長)增大，一般接收線方向(縱向)上的未滿覆蓋區域面積及長度比炮線方向(橫向)增長較快，當最大排列長度為3000m時，滿覆蓋區域面積占地震資料面積的百分比越低，在未滿覆蓋區域面積內需要部署更多的炮點、檢波點，使得采集成本越高。

2部署區域形狀與采集指標分析

圖6a是“口”形布設區域，為了分析不同區域形狀對采集指標的影響，在保證區域面積相同的前提下，將3個小矩形區域(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)沿縱向、橫向移動，放置在特定區域(ⅰ、ⅱ、ⅲ)，將原先的“口”形區域重新組合成面積相同、形狀各異的部署區域(圖6b、c)，此時勘探區域面積的拐點(圖6中的字母為拐點)由4個增加到8個，分別對其進行三維地震數據采集，三維地震部署區域與采集參數、工作量對照如表2所示。在采集參數相同的情況下，不同區域形狀的未滿覆蓋區域面積、地震資料面積、滿覆蓋區域面積與地震資料面積的比值各不相同，布設區域拐點數越少，則地震資料面積、未滿覆蓋區域面積越小，在未滿覆蓋區域內部署的炮點、檢波點數目越少，提高了勘探能效;反之，布設區域形狀拐點數越多(圖6b、c)，未滿覆蓋區域面積越大，CMP面元內的平均覆蓋次數越低，在未滿覆蓋區域內需要部署更多的炮點、檢波點數，從而降低了勘探能效。其次，在勘探部署區域面積相同的情況下，垂直地震測線方向增加區域面積(圖6c)，需要增加額外的接收線，使得地震采集的區域邊界問題更加突出，在未滿覆蓋區域面積內需要部署較多的炮點、檢波點，勘探能效更低。第三，炮密度差異與拐點沒有直接關系，主要差異由縱橫向的炮點距(橫向炮點距為50m，縱向炮點距為200m)不對稱造成的，同時，炮密度的高低間接地反映了勘探能效。

3勘探面積縱橫比與采集指標分析

將地震勘探的滿覆蓋區域分解成面積相同、縱橫比不同的矩形(表3)，在采集參數相同的情況下，矩形面積的縱橫比大于1時，地震資料面積、未滿覆蓋區域面積逐漸減小，并趨于穩定(地震資料面積在6～7km2之間變化，未滿覆蓋區域面積在3～4km2之間變化);矩形面積的縱橫比小于1時，地震資料面積、未滿覆蓋區域面積逐漸增大(地震資料面積在7～12km2之間變化，未覆蓋區域面積在4～8km2之間變化)。縱橫比越小，其差異越明顯(圖7)，為了使勘探區域邊界達到滿覆蓋，在未滿覆蓋區域面積內需要布設更多的炮點、檢波點，會增高成本。因此，對于特定的勘探區域面積，地震采集工程設計應盡量在勘探區域較長邊長方向布設測線，減少接收測線的條數，以提高勘探能效。

4勘探區塊銜接與采集指標分析

以某油田三維地震勘探為例(圖8)，A工區和B工區為不同年度施工的相鄰三維地震勘探區域，從勘探部署設計及采集參數來看，相鄰勘探區域的測線方位角保持一致，且觀測方式(8L×8S/360磚墻式)、面元尺寸(15m×30m)、覆蓋次數(72次)基本相同。由于在相鄰區域的邊界處理時沒有更多地考慮工程設計的銜接問題，為保證邊界滿覆蓋次數，在未滿覆蓋區域內各自都布設了炮點、檢波點，采用甩道施工，使得重復區域的炮密度增加了一倍(圖8a)，覆蓋次數由A、B工區的72次逐漸過渡到重復區域最高達136次(圖8b)。按照上述設計進行地震采集，對于經濟、技術一體化的勘探模式存在以下幾點不足:首先造成采集成本的直接增加，A工區滿覆蓋資料面積為201.132km2，設計炮點數為16856炮;B工區滿覆蓋資料面積為240.000km2，設計炮點數為21480炮。重復面積達91.58km2，以炮密度為56.92炮/km2進行計算，炮點重復5212炮，占A工區總炮點數的30.9%，占B工區總炮點數的24.26%。其次增加的覆蓋次數(重復區域)主要在相鄰區塊的邊界，對主體構造的地震資料信噪比沒有任何改善［18－19］。第三，盡管重復區域面元內的覆蓋次數比設計要高，但受兩套觀測系統影響，炮點、檢波點連通性差，高斯—賽德爾迭代法計算延遲時［19］，仍然按照各自的觀測系統進行計算，邊界效應引起的靜校正量誤差較大，容易產生不同勘探工區(地震剖面)的閉合問題［20］。

5結論與建議

通過三維地震勘探部署設計與經濟指標分析，從勘探部署、地震采集工程設計、勘探經濟效率等方面進行綜合分析，提出如下建議:(1)從部署區域面積大小與采集能效考慮，地震采集的滿覆蓋區域面積占地震資料面積的百分比必須提高到60%以上，對于深度在3000m以下的勘探目標層，勘探部署區域面積至少在200km2以上，目標層越深，則勘探部署區域面積應越大，勘探能效越高。(2)勘探部署區域面積盡可能減少拐點數，既有利于提高地震采集能效，又有利于相鄰勘探區塊的對接。(3)部署區域面積的縱橫比為0.7～1.5時，勘探能效較高。三維地震測線盡量沿部署區域的長邊方向布設，減少接收線的條數，提高地震采集效率。(4)做好三維地震滾動勘探部署的整體規劃設計，保持各相鄰區塊的銜接方向，在邊緣處理時，盡量接納相鄰工區和以往的炮點、檢波點數據，一方面減少地震資料的重復采集或消除地震資料的空白區，另一方面降低勘探費用。(5)目前，油田三維地震勘探進入二次滾動開發階段，以往的三維地震勘探受采集設備、技術的限制，剖面滿足不了精細地質解釋的要求。在二次勘探設計時，采用部署、技術(采集、處理、解釋)、經濟一體化的勘探模式，在不增加勘探費用的前提下，通過觀測系統的融合來充分利用老地震資料，有利于勘探效率的提高和目標的落實。

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作者：羅岐峰 馬立新 張立軍 于寶華 吳永國 楊領軍 單位：東方地球物理公司青海物探處采集方法研究所