摘要：適當?shù)挠^測系統(tǒng)是保證野外地震記錄采集質量的關鍵。為此，運用地震物理模擬技術，設計制作井間地震模型來研究了井間地震觀測系統(tǒng)的設計問題。通過對觀測系統(tǒng)類型和參數(shù)選擇的模擬分析，結果表明：井間距的大小對所接收的波場有很大的影響，設計井間地震觀測系統(tǒng)時，應當力求將射線的入射角控制在臨界角以內(nèi)；下傾激發(fā)、上傾接收得到的井間記錄能更好地反映井間介質的變化。上述結論可用于指導實際的野外采集觀測系統(tǒng)的設計。
關鍵詞：井間地震；地震勘探；模擬；激發(fā)；觀測；系統(tǒng)；設計
提高地震數(shù)據(jù)的信噪比和分辨率是地震勘探技術發(fā)展的永恒主題，野外采集數(shù)據(jù)高信噪比和高分辨率是物探技術發(fā)揮作用的基礎，而適當?shù)囊巴獠杉^測系統(tǒng)則是保證原始資料信噪比和分辨率的關鍵。
井間地震技術由于具有能量傳播距離短、接近探測目標、避開低速帶、數(shù)據(jù)頻率高、信噪比高、分辨率高和保真度高的優(yōu)勢，更具有能實現(xiàn)透射、反射成像等特點。因此，可以獲得高分辨率儲層構造形態(tài)，進行精細儲層的構造與沉積特征描述，研究其橫向變化、連通性等，從而達到尋找漏失油氣層的目的[1～2]。
井間地震采集成本巨大，采用適當?shù)牟杉^測系統(tǒng)更是保證其成功實施的關鍵。地震物理模擬技術具有直觀性和可重復性[3～5]，所以筆者以地震物理模擬為手段，研究井間地震的觀測系統(tǒng)設計問題，指導實際地震采集觀測系統(tǒng)的設計。
1 井間地震模型的設計與制作
以實際的儲集體類型為主要依據(jù)設計物理地震模型。目標油氣田具有多期成盆，多凹共生，多種構造帶類型、多樣性油氣藏組合等特點，構造上主要有潛山披覆帶、陡坡帶、中央背斜帶、坡帶、洼陷帶和凸起帶等。因此，設計了巖石透鏡體、不整合遮擋、楔狀體、背斜、及薄互層等多種物理模型。物理模擬的比例因子如下：①空間尺度(幾何長度)比為1:1000，實驗室模型的1mm相當于實際野外的1m；②時間比為1:1000，實驗室記錄1μs相當于實際野外的地震剖面記錄1ms；③頻率比為1000:1，實驗室所用發(fā)射震源的主頻為100kHz，相當于野外的100Hz。
2 觀測系統(tǒng)類型和參數(shù)的選擇
井間地震觀測要求探區(qū)內(nèi)有2口或更多已完鉆的井。每次在1口井的研究井段上，設置密集的震源點，在其預定位置上安放震源；而在另一口井(或幾口井)的相應井段設置密集接收點并布置檢波器。通過改變井中震源和檢波器的深度，進行激發(fā)和接收，要使地震射線能穿越井間的全部區(qū)域，適合井間地震的觀測系統(tǒng)設計便顯得尤為重要，它關系到整個數(shù)據(jù)采集的質量以及施工效率。根據(jù)研究目的、激發(fā)和接收設備條件等，可以采用不同的觀測方式，本文參考文獻[1]列舉了6種觀測方式，本項研究的目的是確定井間觀測系統(tǒng)設計的一般原則，采用目前應用較多的共接收點與共激發(fā)點方式研究了井間距、入射方向、上下傾方向接收等問題，以便指導實際的野外采集觀測系統(tǒng)的設計。
2.1 井間距的選擇
從應用的角度看，井間距越大所研究的井間介質橫向范圍越大，因此井距越大越好。從理論上來講，井間距越大地震波傳播的路徑越長，能量穿過介質被吸收衰減得越多，對井下震源的要求也越高，實現(xiàn)起來越困難。
圖1-a所示為層狀物理模型，其中：v1=1800m/s；v2=2500m/s；v3=1500m/s；v4=2400m/s；震源點位于激發(fā)井中450m深處，與接收井1的井間距為250m，與接收井2的井間距為400m。圖1-b、c分別為接收井1和接收井2井間觀測的物理模擬實驗共炮點道集(CSG)記錄。圖中紅圈部位為地層分界面發(fā)生折射現(xiàn)象部位，井間距大時會接收到明顯折射波。
對比分析兩張實驗記錄可發(fā)現(xiàn)，圖1-c中紅圈處是波在地層分界面上發(fā)生的折射現(xiàn)象。在進行井間資料采集時，應根據(jù)研究問題的實際需要，盡可能地使用小井間距觀測。因為井間距越大，井間波場折射等伴隨效應的影響越大，不利于準確地拾取初至值。
對于圖2-a所示的層狀模型，其中：v1=1800m/s，v2=2500m/s，v3=1250m/s。當震源點位于激發(fā)井中850m深處，與接收井1的井間距為250m，與接收井2的井間距為400m時，接收井1和接收井2井間觀測的物理模擬實驗共炮點道集記錄如圖2-b和圖2-c。圖中紅圈部位為震源在低速層中引起的槽波，井間距越大，波場越復雜。
對比可以看出，圖2-c中出現(xiàn)層間多次反射波，使波場復雜化，形成一種“波列”現(xiàn)象。在低速薄層(相對其上下層速度)中放置一個震源，激發(fā)出的彈性縱、橫波就會向三維方向傳播。當波射線以大于臨界角的方向入射到頂?shù)捉缑鏁r，根據(jù)斯內(nèi)爾定律就會產(chǎn)生“全反射”。“全反射”過程中，由于縱、橫波的臨界角不同，必然產(chǎn)生干涉。結果使得一些諧波消失，使另一些諧波增強，并在垂直于低速層方向上形成駐波，也稱為槽波。在井間地震勘探中，井間距越大受槽波干擾越強。另外，隨著井間距增大能量衰減增大，分辨率明顯降低，圖中紅圈部位波場有顯著的差異。
不同井間距接收的井間地震物理模擬實驗記錄分析表明，井間距的大小對所接收的波場有很大的影響。通過多種速度差的模型以及不同井間距的井間物理模擬實驗發(fā)現(xiàn)，當井間距小于300m時，記錄上未出現(xiàn)較明顯的折射現(xiàn)象，各種干擾波也相對簡單、易辨。模擬結果說明，設計井間地震觀測系統(tǒng)時，應當力求將射線的入射角控制在臨界角以內(nèi)。
2.2 激發(fā)井與接收井的選擇
圖3為兩個楔形模型的射線追蹤圖，比較可以發(fā)現(xiàn)，對于尖滅傾斜層來說，激發(fā)井相對地層為下傾或接收井相對地層為上傾時(圖3-b、圖3-d)，其經(jīng)過尖滅傾斜層射線明顯多于上傾激發(fā)或上傾接收(圖3-a、圖3-c)。顯而易見，利用下傾激發(fā)上傾接收的井間資料進行偏移成像或層析成像，其得到的結果肯定優(yōu)于上傾激發(fā)下傾接收的結果。圖4是與圖3-c、3-d對應的物理模型實驗炮集記錄，也表現(xiàn)出同樣的結果。數(shù)值模擬和物理模擬結果均表明下傾激發(fā)、上傾接收得到的井間記錄能更好地反映井間介質的變化。
3 工區(qū)井間地震物理模型實驗分析
圖5是根據(jù)某油田H地區(qū)2口井的井間地質結構并適當簡化后制作的物理模型[6～8]。該模型主要為層狀模型，其中有一小斷層、幾個薄層，并含有傾斜層。實驗采用中國石化石油物探技術研究院的超聲地震物理模擬實驗系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集。
3.1 觀測系統(tǒng)
根據(jù)對特殊地質體井間觀測系統(tǒng)的實驗結果，結合工區(qū)的實際地質情況，井間地震物理模型模擬采集的具體方法為：采用共炮點激發(fā)方式，在模型的一側放置震源(超聲換能器的發(fā)射探頭)，在另一側放置接收器(超聲換能器接收探頭)。根據(jù)井間地震層析成像處理的要求，保證每個層內(nèi)至少有一條射線穿過，同時還要提高工作效率，在井間距為300m的前提下，制定了如下的采集參數(shù)：接收道距為4m，每炮175道接收；激發(fā)炮間距4m，在2414～3114m井段進行測量。震源與檢波器彼此間在井中的水平位置?？偧ぐl(fā)炮數(shù)為175炮，得到實驗記錄175張，共獲得井間數(shù)據(jù)30625道。
3.2 地震波能量分析
圖5所示為震源處于低速夾層及其附近所獲得的CSG剖面。通過比較可明顯看出，當震源位于低速夾層時，地震波能量明顯被屏蔽在槽內(nèi)。斷層面也對地震波產(chǎn)生一定的屏蔽作用。總體分布規(guī)律為高速區(qū)射線分布較密，低速區(qū)射線分布較疏，具有高速層“吸引”射線、低速層“排斥”射線的特征，導致射線主要沿著高速層傳播，而在低速層形成射線空白區(qū)。
4 結束語
井間地震技術是一種空間連續(xù)且具有特高分辨率的地震勘探方法，但就目前它也是一種采集成本極高的方法。因此，設計有效的采集觀測系統(tǒng)，保證采集質量是保證發(fā)揮其作用的關鍵之一。筆者利用地震物理模擬技術，研究了井間地震的采集設計問題。
模擬結果表明，在設計井間地震觀測系統(tǒng)時，應當力求將射線的入射角控制在臨界角以內(nèi)。同時，為了更好地反映井間介質的變化，應該采取下傾激發(fā)、上傾接收的方式。因此，物理模型實驗可以為野外井間觀測系統(tǒng)設計提供直觀的依據(jù)。
參考文獻
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[8] 李智宏，錢菊華，趙群，等.模型材料研制及其在三維復雜介質地震物理模擬中的應用[C]∥中國地球物理學會.中國地球物理第21屆年會論文集.長春：吉林大學出版社，2005.
(本文作者：朱海龍1，2 李智宏2 趙群2 1.中國地質大學(武漢)；2.中國石化石油物探技術研究院)
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