復(fù)雜構(gòu)造區(qū)二維地震勘探需要注意的問(wèn)題

孫玉民，鄭艷清，曾維望

(1.陽(yáng)泉市南煤集團(tuán)有限責(zé)任公司, 山西 陽(yáng)泉 045000；2.山西省煤炭工業(yè)廳 煤炭資源地質(zhì)局,山西 太原 030012； 3.山西山地物探技術(shù)有限公司， 山西 晉中 030600)

二維地震勘探是煤炭煤層氣勘探過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。二維方法主要以構(gòu)造為首要任務(wù)，從理論上來(lái)說(shuō)，其具有先天的方法局限性，從20世紀(jì)30年代以來(lái)，研究人員就這一問(wèn)題展開(kāi)了大量的討論[1]，已形成了明確的認(rèn)識(shí)―在深部地層發(fā)生復(fù)雜或局部強(qiáng)烈構(gòu)造變形的情況下，二維地震勘探方法的局限性表現(xiàn)的更為突出[2]。因而，在合理部署地震勘探方案的基礎(chǔ)上，盡可能提高成果精度，并合理利用其成果，指導(dǎo)實(shí)施地質(zhì)鉆探工作，在當(dāng)前煤炭資源勘探向深部以及復(fù)雜區(qū)發(fā)展的趨勢(shì)下，是一個(gè)不可忽略的問(wèn)題。

本文從典型案例出發(fā)，分析了在復(fù)雜斷塊區(qū)二維地震勘探部署不當(dāng)?shù)那闆r下，地震資料難以歸位的根本問(wèn)題，易導(dǎo)致構(gòu)造控制程度不足和工作量浪費(fèi)等工程問(wèn)題。討論了在二維地震數(shù)據(jù)空間分布不規(guī)則且方向性強(qiáng)，數(shù)據(jù)少且橫縱向分布不均的不利條件下，利用二維時(shí)間剖面數(shù)據(jù)和時(shí)深轉(zhuǎn)換速度進(jìn)行計(jì)算機(jī)地質(zhì)成圖時(shí)可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，并提出了相應(yīng)的對(duì)策。

1 復(fù)雜構(gòu)造條件下的偏移歸位問(wèn)題

根據(jù)反射波勘探理論，當(dāng)?shù)貙铀郊敖綍r(shí)，二維地震不存在歸位問(wèn)題。如果地震測(cè)線與地層走向大角度相交且地層埋深較淺時(shí)，二維偏移處理的歸位效果較好，成果剖面上構(gòu)造與形態(tài)的空間偏移誤差相對(duì)較小，一般也可以忽略。

但是，地層的構(gòu)造形態(tài)一般較為復(fù)雜，在勘探前是未知的或有一個(gè)大致的輪廓，存在一個(gè)明顯的逐步認(rèn)識(shí)的過(guò)程。無(wú)論是預(yù)(概)查、普查、詳查還是精查勘探階段，二維地震主測(cè)線在絕大多數(shù)情況下都不可能是真正的傾向測(cè)線，或與斷層等線性構(gòu)造的走向正交，而聯(lián)絡(luò)測(cè)線則往往與地層、構(gòu)造走向線平行或小角度斜交。在這種情況下，無(wú)論是疊加還是偏移數(shù)據(jù)，反映的地層形態(tài)都不是沿測(cè)線各點(diǎn)鉛垂線方向上地層的賦存形態(tài)，而是通過(guò)測(cè)線的射線平面與地層分界交線上的空間形態(tài)，而且偏移量的大小取決于目的層深度、地層傾角、上覆地層速度等因素[3]。地層的埋深越大、賦存形態(tài)變化越劇烈(傾角大和傾向變化大)，地層速度越高，偏差越大，可達(dá)數(shù)十、數(shù)百米甚至更多。事實(shí)上，此時(shí)地震剖面上各點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的實(shí)際反射點(diǎn)位往往與地表測(cè)線位置存在較大的偏差(見(jiàn)圖1)。避免偏差或歸位不準(zhǔn)的有效方法是合理布設(shè)地震測(cè)量，盡可能避免測(cè)線與地層和斷裂等線性構(gòu)造的小角度相交。

圖1 地震測(cè)線位置及目標(biāo)層反射點(diǎn)空間位置示意圖

2 地震部署不當(dāng)?shù)牡湫桶咐?/h2>

在大斷裂發(fā)育的情況下，如斷塊區(qū)，地層產(chǎn)狀變化劇烈，而且斷面波、斷點(diǎn)繞射、側(cè)面波、回轉(zhuǎn)波等與構(gòu)造有關(guān)的異常波發(fā)育。如果勘探測(cè)網(wǎng)布置不合理，如網(wǎng)度過(guò)大或者測(cè)線與構(gòu)造和地層的走向夾角過(guò)小，二維偏移處理無(wú)法歸位，很難去除上述異常波，而且目標(biāo)層反射點(diǎn)線與測(cè)線之間離散度更大，很容易造成鉆井失敗或地震工作量浪費(fèi)的問(wèn)題。

某探區(qū)位于沁水盆地南部，測(cè)線網(wǎng)度為5 km×10 km。失利探井M1井布置在地震測(cè)線上(見(jiàn)圖2)，過(guò)M1井測(cè)線(NEE走向)的二維地震偏移剖面解釋成果(見(jiàn)圖3)，剖面上波組關(guān)系清晰、特征明顯，預(yù)測(cè)980 m見(jiàn)3#煤層。但實(shí)際鉆井揭露一正斷層， 620 m見(jiàn)3#煤層，明顯變薄，缺失的二疊系下盒子、上石盒子和部分石千峰組地層厚約300 m，沒(méi)有達(dá)到指導(dǎo)探井施工的目的。

通過(guò)垂直與原測(cè)線的補(bǔ)充二維勘探發(fā)現(xiàn)，該探井失敗的主要原因是M1參數(shù)井恰好處在F3、F4兩正斷層夾持的斷塊邊緣(圖2)，斷層兩側(cè)地層發(fā)生了明顯的局部牽引現(xiàn)象，傾角變陡。測(cè)線的網(wǎng)度過(guò)大，與構(gòu)造復(fù)雜程度不匹配，工作量不足導(dǎo)致控制程度變差。其次是測(cè)線方向布設(shè)不合理，原地震測(cè)線方向與過(guò)孔斷層走向基本平行(夾角10°)，通過(guò)三維模型與地震波的模擬發(fā)現(xiàn)，原二維地震時(shí)間剖面在井位附近實(shí)際反映的完全是斷層下降盤(pán)煤層面法線方向上的形態(tài)，見(jiàn)圖4(右)陰影區(qū)，南距M1孔約260 m，而不是原測(cè)線正下方的地層形態(tài)，因而在原地震剖面井位附近沒(méi)有斷層的跡象，二維偏移沒(méi)有任何作用。補(bǔ)充過(guò)井剖面及地震射線示意圖見(jiàn)圖4(右)。

圖2 QN探區(qū)二維地震勘探部署圖

圖3 過(guò)M1井NEE向地震剖面解釋圖

圖4 M1井區(qū)推測(cè)三維地質(zhì)模型圖(左)補(bǔ)充過(guò)井剖面及地震射線示意圖(右)

與之相反的情況是斷塊區(qū)測(cè)網(wǎng)布設(shè)過(guò)密造成的工作量浪費(fèi)問(wèn)題，見(jiàn)圖5。該區(qū)測(cè)網(wǎng)密度為0.5 km×1 km，圖5上部剖面對(duì)應(yīng)的測(cè)線上，目的層反射波成像質(zhì)量高，斷點(diǎn)清晰，容易對(duì)比解釋?zhuān)煽啃詮?qiáng)。而與其正交的測(cè)線(圖5下)，兩端與斷裂小角度相交，中部處于斷塊內(nèi)，由于其與斷層走向交角較小，且過(guò)于靠近斷面，波場(chǎng)變得極為復(fù)雜，無(wú)法對(duì)比解釋?zhuān)衫贸潭鹊?，工作量基本浪費(fèi)。

以上案例說(shuō)明，在深部復(fù)雜區(qū)進(jìn)行二維地震勘探部署時(shí)，應(yīng)注意：

1)充分收集探區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)地質(zhì)和物探成果，在構(gòu)造分區(qū)的基礎(chǔ)上，根據(jù)構(gòu)造復(fù)雜程度合理規(guī)劃測(cè)網(wǎng)密度。構(gòu)造復(fù)雜程度中等或以上時(shí)，測(cè)網(wǎng)不宜過(guò)大，以免出現(xiàn)控制程度不足的問(wèn)題。

圖5 斷塊內(nèi)兩正交測(cè)線地震時(shí)間剖面圖

2)在大規(guī)模斷裂構(gòu)造區(qū)布設(shè)聯(lián)絡(luò)方向測(cè)線時(shí)，測(cè)網(wǎng)不宜過(guò)密，如果過(guò)于靠近斷面，地震工作量容易被浪費(fèi)。

3)地層賦存形態(tài)復(fù)雜時(shí)，必須考慮二維地震歸位不準(zhǔn)的問(wèn)題，進(jìn)行空間歸位校正。根據(jù)校正結(jié)果，優(yōu)選探井位置，部署到地震測(cè)線以外。為進(jìn)一步規(guī)避勘探風(fēng)險(xiǎn)和減小深度誤差，可在井位處補(bǔ)充布設(shè)二維寬線或一條正交二維測(cè)線。

3 復(fù)雜構(gòu)造條件下的地質(zhì)成圖問(wèn)題

復(fù)雜構(gòu)造條件下的地質(zhì)成圖精度主要依賴地層及斷層的空間歸位或校正精度，空間校正可利用水平疊加剖面，也可以利用疊偏剖面。一般來(lái)說(shuō)，偏移剖面較水平疊加剖面有許多優(yōu)點(diǎn),如繞射波大部分收斂,反射波沿測(cè)線基本或部分歸位,干涉帶被分解,斷層及其特征也較明顯。用偏移剖面編制構(gòu)造圖,空校方法比水平剖面簡(jiǎn)單, 空校后不會(huì)出現(xiàn)斷層兩盤(pán)“打架”、“裂開(kāi)太寬”等不合理現(xiàn)象。地層變形較小時(shí)可直接換算成深度圖；變形較大時(shí)，在構(gòu)造扭曲或轉(zhuǎn)折部位、斷點(diǎn)處，再作一次垂直于測(cè)線的校正,即可完成三維空間的校正[4-7]。

深部構(gòu)造復(fù)雜區(qū)往往需要在疊偏剖面的基礎(chǔ)上，作正交方向上的二次偏移歸位，因此，偏移量的大小仍取決于目的層深度(時(shí)深轉(zhuǎn)換速度和T0值)、地層的傾角和傾向[8]。當(dāng)前地質(zhì)成圖方法多采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)成圖技術(shù)，利用T0值和時(shí)深轉(zhuǎn)換速度，通過(guò)空間插值、網(wǎng)格化間接獲得空間曲面的深度、各節(jié)點(diǎn)的傾角和傾向，繼而完成空間校正。

離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化方法眾多, 常用的網(wǎng)格化方法可分為四大類(lèi)趨勢(shì)面擬合、插值、綜合法、克里金法，但是都有其局限性，克里金法相對(duì)來(lái)說(shuō)效果較好[9]。當(dāng)數(shù)據(jù)點(diǎn)分布均勻、規(guī)則時(shí)，大多數(shù)情況下可以得到理想的網(wǎng)格化數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖6)。但是，在二維地震數(shù)據(jù)空間分布極不均勻的不利條件下，無(wú)論哪種計(jì)算機(jī)自動(dòng)網(wǎng)格化方法，二維測(cè)線間的空白數(shù)據(jù)區(qū)的速度和T0值的最終網(wǎng)格化數(shù)據(jù)的質(zhì)量、精度和可信程度會(huì)明顯降低[10]，需要人工干預(yù)，使計(jì)算機(jī)繪制的速度和T0值平面更符合地質(zhì)和地球物理規(guī)律。

圖6 不同數(shù)據(jù)分布特征圖(引自Daniel J.Tearpork[10])

數(shù)據(jù)空白區(qū)的有效人工干預(yù)可以參考標(biāo)準(zhǔn)地質(zhì)圖、野外地質(zhì)填圖(基巖出露區(qū))和槽探、坑探(第四系覆蓋區(qū))等地質(zhì)數(shù)據(jù)，通過(guò)空白區(qū)內(nèi)優(yōu)選關(guān)鍵點(diǎn)，測(cè)量地層產(chǎn)狀數(shù)據(jù)來(lái)檢驗(yàn)和約束時(shí)間、速度和深度平面圖，提高二維地震數(shù)據(jù)的歸位準(zhǔn)確性，進(jìn)一步減小最終二維勘探成果圖的誤差。

另外，勘探井穿透的煤層往往是多層的，當(dāng)沉積環(huán)境穩(wěn)定且煤層間距較大時(shí)，地震資料中也會(huì)有與其對(duì)應(yīng)的反射波信息，會(huì)涉及多層成果圖的繪制任務(wù)。實(shí)際工作中通常會(huì)碰到有上部煤層而沒(méi)有下部煤層數(shù)據(jù)的情況，見(jiàn)圖8，編號(hào)a井僅鉆遇A層，b井則穿透A、B層。也就是說(shuō)，做為關(guān)鍵約束條件，不同井中不同煤層的控制程度是不同的，上部煤層往往更高一些。由于在不存在角度不整合面的情況下，相鄰層之間實(shí)際垂直厚度不如地層表面復(fù)雜[10]，因此，可以考慮采用層間時(shí)差和層間速度獲得層間厚度，再用約束條件更多的上部煤層深度減去層間距，估算下部煤層的構(gòu)造形態(tài)，其精度可能要高于單純利用下部煤層反射波的T0值和該層的平均速度直接計(jì)算得到的構(gòu)造圖。

圖8 多層情況下的井約束差異(引自Daniel J.Tearpork[10])

4 結(jié) 語(yǔ)

充分認(rèn)識(shí)二維地震資料的歸位不準(zhǔn)問(wèn)題，特別是深部復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)，地震測(cè)線與反射點(diǎn)位的偏差更不可忽視，這種情況下，實(shí)現(xiàn)二維數(shù)據(jù)的完全歸位是不可能的，只能減小其誤差。此外，復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)的計(jì)算機(jī)成圖方法也需要加強(qiáng)研究[11]，而三維地震是查明深部復(fù)雜構(gòu)造和地層形態(tài)的根本方法。

參 考 文 獻(xiàn)

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