1. 引言
塔里木盆地塔北、塔中两大隆起以阿满过渡带相连接，塔北–阿满过渡带–塔中是整体含油气、局部富集的大油气区，目前中石油矿权内埋深小于7500 m的预测资源量30亿吨，7500 m~8000 m的预测资源量10亿吨，区域勘探前景广阔。随着碳酸盐岩勘探开发对象不断丰富，从潜山型、层间型再到断控型，目前断控型探明程度最低，剩余资源量超10亿吨，是增储上产的主要领域。该领域位于寒武系玉尔吐斯组生烃中心之上，同时深层震旦–南华系裂坳体系发育，烃源岩厚度大，有利于后期油气富集。断裂控圈、控储、控藏，找到断裂就能找到油气。富满油田寒武系多期供烃，断裂破碎带控储，走滑断裂原地垂向运聚，断裂带分段富集，早期充油，晚期注气，断控缝洞体内油气富集 [1] - [6] 。
三维部署围绕断裂及其控制的储层发育区寻找有利接替区块，扩大富满油田奥陶系富油气区，实现快速增储上产。应用2020年已采集邻区三维资料，3口井已获油气突破。本次部署YKD区块紧邻2020年采集的区块东部，工区内未采集三维，二维地震资料显示部署区内走滑断裂发育，但断面位置不清楚，串珠成像不聚焦，需三维资料进一步落实。
本次地震采集的主要目的层为奥陶系，兼探寒武系，地质任务主要包括：1) 精细刻画I级、II级走滑断裂，识别III级走滑断裂，落实断裂组合样式；2) 提高奥陶系一间房组–鹰山组缝洞体成像精度，搞清缝洞型储层发育情况；3) 为圈闭、井位研究和增储上产奠定基础，为富满油田向东扩展提供高品质三维资料；4) 落实寒武–前寒武系深层结构特征，为台缘油气勘探提供高品质资料。
为了提高成像精度，保证主要目的层段获得高品质地震资料，本项目合理设计了采集方案，并进一步优化采集参数，优选激发、接收条件，努力减少野外各种噪音干扰，提高地震资料信噪比和分辨率，为奥陶系各级别断裂识别、油气藏精确描述和寒武–前寒武系深层结构落实提供了保障。
2. 部署区地震地质特征
2.1. 表层地震地质条件
整体上，富满油田地区地表自北向南由湿地、浮土过渡到沙漠，地表条件逐渐变差。本次YKD三维区地表南部为沙漠区、北部为浮土区，激发范围沙漠区占67.20%，浮土区占34.10%；接收范围沙漠区占64.06%，浮土区占37.48%。YKD三维与邻区三维地表高程相似，整体较为平缓，海拔在920 m~950 m之间，地表西高东低，南部相对高差5 m~15 m，北部相对高差2~8 m。
工区近地表结构特征与地表类型相关性高，沙漠区相比浮土区近地表介质更加疏松，表层速度低。整体近地表结构可分为两层结构(图1)，高速顶界面为潜水面，速度在1600 m/s~1800 m/s，变化比较平缓，呈西高东低趋势。低降速厚度范围为0.9 m~28 m，其中大于10 m占48.8%，小于10 m占51.2%，平均厚度8.9 m。
Figure 1. Time-distance graph of micrologs interpretation
图1. 微测井解释时距图
2.2. 深层地震地质条件
YKD三维位于塔里木盆地北部坳陷阿满过渡带东部、满西低梁北部。主要目的层奥陶系构造特点表现为西北浅、东南深的斜坡特征，埋深约8300 m~9400 m，与邻区相比埋深加深约400 m。
经钻探证实，本区地层发育较全，自上而下为新生界第四系、上第三系、下第三系、中生界白垩系、侏罗系、三叠系，古生界二叠系、石炭系、志留系、奥陶系，泥盆系缺失。
部署区奥陶系油藏具有整体含油、局部富集的特征，断裂对埋藏岩溶区油气富集具有明显的控制作用，断裂附近岩溶储层发育、缝洞连通性好，油气易沿断裂带整体富集。
奥陶系一间房组(砂屑灰岩)顶界面为中强反射(TO3t)，地震剖面上表现为低频、连续的强波峰；奥陶系内幕反射较弱，一间房组顶(TO3t)至奥陶底(TH)在地震剖面上的反射时间在4.5 s~5.5 s之间。奥陶系油藏的储层类型以裂缝岩溶洞穴为主，北东向走滑断裂较为发育，走滑断裂体系特征清楚。
3. 资料分析及技术对策
3.1. 二三维老资料分析
1) 干扰波特征分析
工区主要干扰为面波、浅层折射波、随机干扰波等。面波形态特征主要与地表有关，面波干扰能量强，在原始记录上分布较集中，对浅、中、深层都有影响，频率相对较低，主要在15 Hz以内。折射波能量相对较强，频率范围较宽，衰减相对较慢。主要干扰波特征参数见表1。
Table 1. Main interference wave characteristic parameters in the work area
表1. 工区主要干扰波特征参数
2) 工区原始资料分析
工区内2002年采集的单线二维观测系统为5445-15-30-15-5445，覆盖次数为60次，激发采用1口 × 潜水面下5 m × 4 kg~14 kg，接收采用2串面积组合(1串12个)。在近东西向某测线选择4个位置分别进行单炮分析。
从单炮记录看，工区内单炮品质相对较好，目的层可见有效反射。二维资料单炮信噪比较高，石炭系20 Hz~40 Hz优势频段有效反射清晰，奥陶系40 Hz内可见有效信号(图2)；优势频段信噪比东西部基本一致(图3)。
选取邻区三维单炮，从南向北依次选取4个位置分别进行单炮分析，从单炮记录看，工区内单炮品质相对较好，目的层有效反射较清晰，优势频段信噪比南北部基本一致。
Figure 2. AGC Display of single shot records for 2D survey line
图2. 二维测线单炮AGC显示
Figure 3. Typical single shot records of 2D survey line (BP20~40 Hz)
图3. 二维测线典型单炮记录(BP20~40 Hz)
3) 工区剖面品质分析
从工区内不同测线剖面看，部署区资料品质与邻区整体差别不大，石炭系以上地层为平缓连续反射，石炭系以下地层向东南逐步加深，二叠系火成岩相对稳定，横向变化较小，奥陶系顶为强反射界面，内幕反射弱。
4) 邻区三维资料品质分析
2012年以来，针对塔北南缘奥陶系开展了多块三维勘探，采集方法随勘探目标和地震地质条件的变化逐步强化，促进了富满油田的持续突破。富满油田地震采集技术日趋成熟，2017年以前的采集观测系统通过减小接收线距、增加接收线数，提高覆盖次数，从而提高炮道密度；2017年以后通过缩小面元、减小线距、增加接收线数，进一步提高炮道密度。2017年及以后激发参数全部采用12 kg高密硝铵，接收参数主要采用2串组合。
Figure 4. Gathers and prestack time migration profiles of surrounding 3D work areas
图4. 周边三维道集和叠前时间偏移剖面
图4为2012年哈德逊三维与2020年采集的富源III区三维满覆盖相接区叠前时间偏移剖面和道集对比。从道集上看小线距、小面元(小道距)、高覆盖、宽方位三维优势明显，奥陶系内幕信噪比更高。从剖面来看，富源III区道集信噪比更高，偏移剖面成像改善明显，串珠更加收敛，断裂更加清晰。富源III区资料平面相干属性显示走滑断裂清晰可见，利用该资料部署井位获得高产。剖面上看，YK三维覆盖次数低、横纵比小，基本可识别II级断裂，不能满足断裂细致刻画需求；平面上看，富源III区采用高炮道密度、较小面元、适中药量，断裂和储层刻画精度更高。
3.2. 技术难点及技术对策
根据工区资料特点和深层特征，结合地质任务和需求，本次采集主要存在以下技术难点：1) 奥陶系内幕反射能量弱，对激发参数选择、检波器埋置质量及吸收衰减调查要求高；2) 奥陶系内幕非均质强，对面元属性的均匀性要求高；3) 走滑断裂与缝洞储层精细刻画难，需要高分辨率地震资料。
围绕提高走滑断裂和缝洞储层识别精度，借鉴富源Ⅲ区三维采集技术经验，结合工区地质目标需求，开展针对性设计：1) 针对奥陶系内幕反射能量弱，通过较高覆盖、潜水面下激发+组合接收、精细表层调查，提高奥陶系内幕信噪比；2) 针对奥陶系内幕非均质强，通过较小线距、宽方位采集，提高面元属性的均匀性；3) 针对走滑断裂与缝洞储层精细刻画难，通过较小面元、较小线距、较宽方位，提高分辨率，满足断裂、缝洞储层刻画需求。
4. 采集技术方案设计
4.1. 观测系统参数论证
地震采集质量直接影响数据的处理结果和解释精度 [7] 。目前，观测系统设计大多是先通过采集参数论证提出几套候选方案，然后进行论证分析确定最佳的采集方案 [8] [9] [10] ，论证的参数主要包括满足面元大小、覆盖次数、最大炮检距、最大非纵距和接收线距等 [11] [12] [13] [14] [15] 。
基于参数论证的方法设计要求论证点选取要有代表性，能够控制全区构造特征的原则，根据本区构造特点、目的层埋深，在不同部位选择5个代表性论证点，先得到工区的地球物理参数。然后开展观测系统参数论证，依次论证了面元大小、覆盖次数、最大炮检距、接收线距和最大非纵距、观测方向、观测系统类型等。下面以面元大小和最大炮检距的论证为例加以说明。
1) 面元论证
面元尺寸一般需要考虑满足横向分辨率要求和满足反射波、绕射波不产生空间假频的要求。在低信噪比地区，当工区存在较强的相干噪音时，还需满足干扰波不出现空间假频的要求。除此之外，从实际资料效果进行分析，根据工区内以往采集单炮规则干扰波特征，满足对折射波、多次折射的充分采样的需要，面元尺寸应不大于17 m；为满足面波充分采样，面元30 m单炮面波频散严重，折叠频率18 Hz，干扰有效信号，面元尺寸应不大于20 m (图5)。通过二维模型正演，较小面元采集数据的洞穴间横向分辨率更高(图6)。
2) 最大炮检距的选择
最大炮检距的选择主要从4个方面进行考虑，一是保证主要目的层的反射系数稳定，避免因入射角过大而引起的波形畸变和寄生折射；二是要减小动校拉伸畸变，一般要求动校拉伸畸变不超过12.5%；三是保证速度分析精度，一般保证速度分析误差不大于6%；四是从速度谱、大道集和限偏移距叠加剖面等实际资料分析来选择最大炮检距。
根据地质模型照明能量分析，最大偏移距8000 m以下照明能量增长较快，最大偏移距大于8000 m后，目的层能量增长缓慢，因此最大炮检距应达到8000 m左右(图7)。
Figure 5. Comparison of original single shot and FK spectra with different bins
图5. 不同面元原始单炮和FK谱对比
Figure 6. Analysis of the effect of different bins on 2D forward modeling of fractures and caves
图6. 不同面元二维正演缝洞体效果分析
Figure 7. Energy analysis of geological model illumination
图7. 地质模型照明能量分析
4.2. 激发参数分析
1) 激发类型的选择分析
工区地表分为浮土、沙丘，低降速层厚度较薄，高速顶界面为潜水面，趋势平缓。本工区井炮易实现潜水面以下激发，激发效果明显优于可控震源，本次采集采用激发方式为井炮激发。
2) 井炮激发参数的选择分析
邻区相似地表条件以往开展过大量激发接收试验，该区激发接收方法成熟，富源III区、富满油田II区三维均采用了这些成熟的激发接收方法，取得了较好的效果，推荐该区采用12 kg药量激发。
4.3. 接收参数分析
1) 仪器参数的选择
地震采集仪器应具备24位A/D转换器、大动态范围，提高对信号的接收能力和对信号的高保真度，降低等效输入噪音、漂移、谐波畸变、串音等指标，具备良好的道间振幅和相位的一致性等性能。高分辨率采集主要考虑选择较大动态范围的仪器，以便能够将来自深层的高频弱反射和低频强反射信息同时记录下来。本次采集采用G3i或Sercel428XL数字地震仪均可满足采集要求。
根据采样定理，为保证对高频信号A/D转化后高频信息的可恢复性，对应的尼奎斯特频率的0.8倍应大于需保护的最高频率。在考虑仪器前放增益时，借鉴以往实际测试结果，地震仪器入口噪声水平当增益愈大时，固有噪声换算到入口处的水平是降低的，入口噪声水平数值的降低对于进到入口处的高频弱反射信号恰恰是有利的。因此，在本工区施工中，应采用较大的仪器前放增益12 dB。另外，根据采样定理，为保证对高频信号A/D转化后，高频信息的可恢复性，本次采集采样间隔设计为1 ms。
记录长度应满足最深目的层叠前偏移绕射能量归位需求。通过对以往地震剖面分析，工区奥陶系内幕最大反射时间超过5 s，增加记录时间将使得绕射信息更加丰富，可以改善成像效果。同时兼顾工区寒武系成像，建议记录长度10 s。
2) 检波器组合参数
参考邻区的接收参数，同时考虑奥陶系目的层埋藏较深，内幕反射较弱，拟定本工区仍然采用2串组合接收。
组合参数设计应考虑保护有效波和有效识别干扰波的要求。取目的层最小视速度4600 m/s，保护50 Hz高频信号，组合基距不应大于40.5 m。根据本区干扰波特点，面波视波长较长(约为62.5 m)，放大组合基距，必然压制高频有效波，因此不宜采用大组合基距。再考虑组内距应大于随机干扰相关半径(3.5 m~5 m)，因此建议组内距不小于3.5 m。
同一道内的组合高差大小必须以保护所要求的最高频率为原则，引起的时差应小于1/4周期，通过理论计算，组合高差应不大于2 m。
5. 应用效果分析
本轮三维采集通过采用小面元、宽方位、高密度、高覆盖次数观测系统，配套精细表层结构调查、精细干扰调查分析与控制以及动态井深激发、检波器组合接收等，确保了资料品质，获得了高信噪比、高分辨率的地震资料。
从图8新老资料的对比可以看出，本轮三维资料与二维老成果资料相比，资料成像品质明显提高。本轮现场处理成果剖面成像质量较好，从整体上看，浅中深层能量适中，信息丰富，信噪比较高，连续性较好，易于追踪；目的层断裂特征清晰明显，易于识别。
Figure 8. Comparison of new and old profile
图8. 新(下)老(下)剖面对比
6. 结论
塔里木盆地塔北隆起YKD三维项目通过高精度地震资料采集，特别是通过精细的观测系统设计和激发、接收条件优化等措施，提高了奥陶系一间房组–鹰山组缝洞体成像精度，提高了地震资料的信噪比和分辨率，提供了高品质的三维地震资料，为奥陶系各级别断裂识别、油气藏精细描述和寒武–前寒武系深层结构落实提供保障，为圈闭、井位研究和上产增储奠定了基础。
致谢
本论文是塔里木盆地塔北隆起YKD三维地震采集项目部分成果的展示，衷心感谢参与该项目的各位同事！