姚 江，徐 钰，荣 毅，贾静敏

（1.中国石油化工股份有限公司石油工程地球物理有限公司，北京100728；2中国石油化工股份有限公司石油工程地球物理有限公司胜利分公司，山东东营257068；3.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营257100）

胜利油田潍北滩涂区内主要以近海滩涂地表为主，近地表为第四系冲积平原饱含水的泥沙介质，具有明显的滩浅海表层特性。由于多条河流从该处入海，相互作用导致低降速带的速度、厚度和岩性纵、横向变化非常剧烈。近年来，随着地方工业的快速发展，这些区域内建成了多个化工厂和大量的晒盐池，为了获得高浓度的卤水，在滩涂地区连片分布有大量的卤水井，由于多年大量抽取地下卤水［1－2］，而地下水的补充过程非常缓慢，造成近地表流沙层和空穴广泛分布，形成各种类型的低速体，导致地震勘探激发单炮记录质量差异较大，多次波和低频干扰严重，信噪比偏低，能量偏弱，频率分带明显且非常单一，严重影响地震资料品质［3－12］。针对以上存在的近地表问题，以模型模拟和实验室测试为手段，分析了不同低速体的大小和埋深、不同激发深度、不同围岩介质对激发的影响，探索适合潍北滩涂区特殊近地表结构的施工方法。

1 近地表特征与低速体的形成

潍北地区为第四系冲积平原覆盖区，胶莱河、潍河、虞河等多条河流从该地区入海，河流对近地表介质特性有很大影响，尤其是潍河的作用相当明显，潍河在这一狭窄区域内左右摆动，形成巨厚的冲积扇体、浅埋古河道带，以扇体为核心，向北呈指掌状分布，基底顶面最深可达110多米。古河道沉积具有明显的阶段性，早期沉积物以粒度较大的中细砂为主；晚期沉积物以粒度较小、较连续的粉砂为主，沉积厚度大。每个阶段下部均为不同粒级的砂质沉积，其颗粒直径自下而上呈越来越细的趋势，纵、横向差异非常明显。

同时，在潍北地区近地表分布有浓度较高的卤水层，多年来一直抽取近地表的卤水用于晒盐，该地区井位密集，井网最密可达20m×20m，井深一般为10～120m，总的井数在2×104口以上。图1给出了潍北昌深1井区卤水井的分布情况。由图1可见，该区井位非常密集，呈连片分布。由于大面积抽取卤水造成潜水面严重下降，介质含水率大幅度降低，介质密度减小，形成多个低速体，低降速带厚度明显增大，在平面上呈连片分布（图2）。

图1 潍北地区卤水井分布

图2 潍北地区低降速带厚度（单位：m）

2 不同因素对地震激发效果的影响分析

2.1 低速体对地震激发效果的影响分析

由于近地表低速体的存在引起近地表的非均质性，在地震勘探中容易产生多次干扰、近地表散射等［13－14］，造成有效信号能量损失。为研究低速体对地震激发效果的影响，首先根据该区近地表低降速带速度和厚度，构建简单的近地表模型，在此模型的基础上，增加不同大小、不同埋深的低速体模型，分析其对地震激发效果的影响。表1是通过近地表调查得到的潍北地区低降速带速度和厚度参数表。利用表1给出的参数构建了该区近地表模型（图3），模型中黄色代表近地表1～3层，蓝色代表第4层，紫色代表第5层。

表1 潍北地区近地表模型参数

2.1.1 不同低速体埋深的影响

由于卤水井很多，且抽取盐水的深、浅不同，从而在高速层中形成不同埋深的低速体。图3是2个长度50m，厚度5m，速度350m／s，埋深分别为20和100m的低速体模型及其模拟激发记录，激发深度均为30m，激发子波频率70Hz。从模拟记录分析，无论低速体埋藏深浅，初至波和反射波都产生大量多次波、次生干扰和散射；激发点位于低速体上方时，多次波能量较强，反射波能量减弱。但由于低速体较小，干扰能量较弱，有效波反射较清楚。图3中紫色虚线为300m处地层反射。

图3 不同埋深的低速体模型与模拟记录

2.1.2 不同尺度低速体的影响

通常当低速体较大时，大部分能量被低速体反射并形成多次波，目的层反射能量很弱，很难看到有效反射，低速体越大，这种现象越明显。图4是3个不同尺度的低速体模型及其模拟记录。图4a为长度50m，厚度5m的低速体模型；图4b为长度150m，厚度20m的低速体模型；图4c为长度550m，厚度20m的低速体模型。3个模型中低速体的埋深均为100m，速度均为350m／s。图4中紫色虚线为300m处地层反射，黄色点线为低速体形成的干扰。由图4可见，在激发井深均为30m时，低速体越大，干扰越类似地层反射，而有效反射能量越弱，多次波越发育。对比分析其它不同尺度低速体，也存在同样规律。因此，在进行激发点位布设时，首先应该通过调整点位避开低速体，在低速体密集区实在无法避开时，也应尽量避开大型的空穴或低速体。

图4 不同尺度的低速体模型与模拟记录

2.1.3 不同激发深度的影响

不同激发深度对地震资料品质的影响非常大，即在低速体的上方、中间、下方不同位置激发时差异极其明显。图5给出了长度为50m，厚度为5m，埋深为20m，速度为350m／s的低速体模型，当激发深度分别为10，20和30m时，模拟单炮记录面貌明显不同。图5中紫色虚线为300m处地层反射；黄色点线为低速体形成的干扰。在低速体上方激发，即激发深度为10m时（图5a），可以见到目的层的反射，同时，也可见多次波、散射等干扰；在低速体中激发，即井深为20m时（图5b），地震资料品质非常差，有效波完全被多次波、散射等干扰掩盖，在低速体两端形成能量较强的散射干扰；当井深达到30m，即在低速体下方激发时（图5c），地震资料品质最好，目的层反射波能量强，信息丰富，信噪比高，多次波较弱，是较理想的激发深度。因此，在设计激发井深时应选择在低速体下方激发，即打穿低速体进行激发。

2.2 围岩介质对地震激发效果的影响分析

潍北地区发育的多条河流造成了该区近地表围岩介质特性差异很大，有粘土、沙土、砂等，抽取卤水又形成了多个低速体，含水率也不一样，导致近地表介质结构更加复杂。我们在实验室模拟分析了介质特性对地震激发效果的影响。根据潍北地区近地表结构特征［15］，在实验室构建了粘土胶泥、湿沙土、干沙土、湿沙、干沙和空穴几种模型，利用振动台测试在相同激励条件下，不同介质模型中检波器接收到的激励响应振幅值。测试原理如图6所示，测试结果如图7所示。从图7可以看出，胶泥中的振幅明显高于其它介质，是最好的激发岩性；含泥沙土介质优于沙质介质；含水介质优于不含水介质；存在空穴的介质响应最差。

图5 不同激发深度的低速体模型与模拟记录

3 物理点点位布设与激发参数设计原则

图8 潍北地区局部激发点位分布

在上述分析的基础上，结合潍北地区地表情况，首先在卤水井分布比较密集的区域加密低降速带调查点位，查清区域内的表层结构特征，根据调查结果确定了潍北地区点位布设和激发井深设计的3条原则：①激发点位布设尽量避开低速体，采用不规则观测系统［16］对激发点位进行适当偏移，尽量将位于低速体上方的点位偏离卤水井区域（图8）；②打穿低速体，在其下方激发；③选择粘土胶泥或含水介质。结合表层结构调查结果，依照上述3条原则，分区进行激发因素设计。无卤水井区激发井深设计为13～15m，激发岩性为胶泥；卤水井深度较浅的靶场区域激发井深采用20～27m的含水沙泥互层；卤水井较深的盐池区域激发井深设计为27～30m，选择含水沙泥互层。图9是潍北昌深1井区根据上述方法确定的激发深度分布图，在卤水井分布区域加大了激发井深进行激发。

图9 潍北昌深1井区地震激发深度分布

4 应用效果分析

在潍北地区昌深1井区，通过合理加密低降速带调查点、调整物理点位置、加大激发深度、优选激发岩性等方法避开低速体的影响，地震资料品质明显改善，极大地减少了潍北地区普遍存在的低频干扰。图10给出了打穿低速体前、后的单炮记录，由图10可见，按照前期试验确定的井深15m位于低速体上方，所获得的记录存在非常严重的低频干扰和多次波；根据表层调查结果将井深调整为30m，打穿低速体后的记录面貌清晰，频率明显提高，低频干扰和多次波基本消除。图11给出了通过井位调整避开低速体前、后的单炮记录。由图11可见，激发点位偏移后的单炮记录多次波干扰明显减弱，有效波反射能量、信噪比提高。图12为昌深1井区某测线叠前时间偏移剖面，从剖面上看不到低速体的影响，剖面信噪比高，频率过渡自然。

图10 井深调整前（a）、后（b）单炮记录（AGC）

5 结束语

通过模拟分析和实际应用研究，得到以下几点认识：

1）潍北地区近地表的低速体造成地震波的吸收衰减、散射比较严重，产生大量多次波和低频干扰，低速体越大，干扰越严重；

2）激发点深度与低速体埋深的位置关系决定地震资料品质，在低速体下方激发资料品质最好，在低速体中激发时产生的多次波、散射等干扰最严重；

3）选择不同岩性激发，效果差异较大，胶泥中激发最好，含水介质优于不含水介质，含泥沙土介质优于沙质介质，存在空穴的介质中激发效果最差；

4）物理点点位设计宜采用较灵活的不规则观测系统，井深设计应尽量打穿近地表低速体，优选胶泥激发，以避开卤水井及近地表低速体的影响。

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