寬方位角在煤田三維地震勘探中的研究與應(yīng)用

饒河清 李萍軍 黃 河 馬 麗

(1.江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院采礦與建筑工程系，江西 萍鄉(xiāng) 337055；2.江西省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局贛西地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)，江西 南昌 330002;3.陜西省煤田地質(zhì)局物探測量隊(duì)，陜西 西安 710005)

寬方位角在煤田三維地震勘探中的研究與應(yīng)用

饒河清1李萍軍2黃 河3馬 麗3

(1.江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院采礦與建筑工程系，江西 萍鄉(xiāng) 337055；2.江西省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局贛西地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)，江西 南昌 330002;3.陜西省煤田地質(zhì)局物探測量隊(duì)，陜西 西安 710005)

從理論角度分析了寬方位角觀測系統(tǒng)方位角、偏移距及滿覆蓋次數(shù)分布等特點(diǎn)，以地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、各向異性顯著的鄂爾多斯盆地西緣的萌城礦區(qū)某勘查區(qū)為例，對(duì)寬、窄方位角觀測系統(tǒng)的勘探成果進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明：相對(duì)于窄方位角觀測系統(tǒng)，寬方位角觀測系統(tǒng)1次覆蓋向滿覆蓋過渡快，野外數(shù)據(jù)采集時(shí)對(duì)地表障礙物變形觀測易于實(shí)現(xiàn)；寬方位角觀測系統(tǒng)大大提高了橫向上的觀測能力，有效擴(kuò)展了觀測方位角，使獲得的地震數(shù)據(jù)更趨于全息三維，方位角分布更均勻；在數(shù)據(jù)處理過程中，應(yīng)注重進(jìn)行子波保真、遠(yuǎn)道動(dòng)校正及速度分析，便于獲得分辨率較高、構(gòu)造成像清晰的地震數(shù)據(jù)；相對(duì)于窄方位角地震勘探，寬方位角地震勘探觀測通常覆蓋次數(shù)更高，但勘探成本較高。

寬方位角 觀測系統(tǒng) 三維地震勘探 地震觀測數(shù)據(jù)

隨著勘探程度的提高與煤炭開發(fā)力度的加大，對(duì)地質(zhì)成果精度的要求不斷提高，地震勘探技術(shù)也隨之發(fā)展，寬方位角三維地震勘探以其成像精確等優(yōu)點(diǎn)逐漸被人們認(rèn)可[1]。在三維地震勘探觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)橫向上的最大非縱距與縱向上的最大偏移距之比大于 0.5時(shí)，為寬方位角觀測系統(tǒng)，反之為窄方位角觀測。寬方位角的橫縱比值一般為0.8～1.0[2-6]。寬方位角地震勘探技術(shù)在石油勘探領(lǐng)域已經(jīng)成功地用于查找裂縫及儲(chǔ)層，本研究旨在探討其在煤田構(gòu)造勘探方面的應(yīng)用效果。

1 寬方位角觀測特點(diǎn)

目前對(duì)寬窄方位角的認(rèn)識(shí)仍存在一定的爭議，Lansley[1]認(rèn)為窄方位角觀測有利于AVO分析、DMO及速度橫向變化明顯的情況；寬方位觀測有利于速度分析、多次波衰減及靜校正求解，他認(rèn)為寬方位角觀測可較均勻地對(duì)地下采樣；Williams等[5,7-9]認(rèn)為寬方位角觀測可獲得較高信噪比及高分辨率的原始數(shù)據(jù)，采集到的地質(zhì)信息更豐富，有利于開展復(fù)雜構(gòu)造成像研究、裂隙各向異性研究，對(duì)地質(zhì)構(gòu)造精細(xì)解釋及地層巖性解釋有更大的幫助。

地殼是各向異性的，在地質(zhì)構(gòu)造、巖性變化、裂隙等微觀小構(gòu)造的影響下縱波信息變化明顯，寬方位角觀測系統(tǒng)對(duì)這該類信息的收集具有明顯的優(yōu)勢，因?yàn)樵擃愑^測系統(tǒng)理論上趨于全三維勘探，可以接收到比較完整的地下波場信息，接收較為均衡的不同方位的波場信息。其優(yōu)點(diǎn)是：①橫向覆蓋次數(shù)過渡帶比窄方位角的小，更容易跨越地表障礙物和地下陰影帶；②對(duì)于因裂隙的發(fā)育造成的地層各向異性而言，振幅隨炮檢距和方位角的變化對(duì)裂隙識(shí)別能力更強(qiáng)；③由于采集到的信息更全方位，其分辨能力和成像能力更高；④對(duì)地質(zhì)信息的高分辨率識(shí)別和連續(xù)成像更為有利，也有利于對(duì)噪聲進(jìn)行壓制和衰減。

寬方位角的制約因素有：①方位角速度；②全三維地震處理能力；③實(shí)際勘探效益等[8，10]。近年來大型計(jì)算設(shè)備的迅速發(fā)展，以P波為研究基礎(chǔ)的各向異性的理論基本成熟，處理能力快速提升可以滿足地震數(shù)據(jù)處理的要求，制約寬方位觀測的部分問題已經(jīng)逐漸得到解決，目前煤田領(lǐng)域?qū)挿轿唤怯^測系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要受行業(yè)效益和勘探經(jīng)費(fèi)的限制。

2 三維地震勘探窄、寬方位角觀測系統(tǒng)對(duì)比

2.1 覆蓋次數(shù)

窄、寬方位角覆蓋次數(shù)見圖1、圖2。由于寬方位角橫向上對(duì)覆蓋次數(shù)貢獻(xiàn)的增大，該觀測系統(tǒng)由1次覆蓋向滿覆蓋范圍過渡較窄方位角觀測系統(tǒng)快，過渡距離更短，同一觀測范圍內(nèi)，滿覆蓋范圍更大，觀測更全面。

圖1 窄方位角覆蓋次數(shù)

2.2 偏移距

偏移距與接收道數(shù)分布圖分別見圖3、圖4。

由圖3、圖4可知，橫向道數(shù)對(duì)炮檢距計(jì)算貢獻(xiàn)相對(duì)較少，縱向道數(shù)貢獻(xiàn)較大，相當(dāng)于寬線二維地震觀測；寬方位角觀測系統(tǒng)中的橫向道數(shù)對(duì)偏移距計(jì)算貢獻(xiàn)較大，縱向與橫向道數(shù)對(duì)偏移距的作用相對(duì)較為均衡，觀測較為全面。

圖2 寬方位角覆蓋次數(shù)

圖3 窄方位偏移距與道數(shù)分布道數(shù)

圖4 寬方位偏移距與道數(shù)分布道數(shù)

炮檢距與方位角的玫瑰圖分別見圖5、圖6。

圖5 窄方位角玫瑰圖

由圖5、圖6可知，寬方位角炮檢對(duì)包含方位角范圍大，可接收到相對(duì)全息的三維信息；而窄方位角炮檢對(duì)比較集中，對(duì)大于半數(shù)范圍內(nèi)的信息包含不全。

圖6 寬方位角玫瑰圖

2.3 炮檢距與方位角

窄、寬方位角炮檢距與方位角示意圖分別見圖7、圖8。

圖7 窄方位角炮檢距與方位角

圖8 寬方位角炮檢距與方位角

由圖7、圖8可知，在CMP內(nèi)窄方位觀測得到的方位角分布局限于較窄的條帶內(nèi)，而寬方位觀測方位角分布更立體、全方位，也更均勻。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 工區(qū)概況

萌城礦區(qū)位于鄂爾多斯盆地西緣斷褶帶。西緣斷褶帶內(nèi)中生界—上古生界以石炭系煤系地層為滑脫面，發(fā)生自西向東的掩沖推覆，形成了5個(gè)大的掩沖推覆的沖斷席及1個(gè)前緣帶，而滑脫面以下地層則較少受到自西向東的擠壓力擾動(dòng)，構(gòu)成了推覆沖斷帶的基盤。此次研究的勘查區(qū)位于惠安堡沙井子斷裂、青龍山—平?jīng)鰯嗔阎g的惠安堡復(fù)向斜的東翼，為單斜構(gòu)造，地層傾向西，傾角約25°。屬丘陵區(qū)，地形南北高，中間低，海拔最高為1 615 m，最低為1 500 m，最大相對(duì)高差約115 m，發(fā)育的溝谷主要有煙泉溝，呈“Ⅴ”或“U”形，一般寬5～40 m，切深3～50 m不等，呈蛇曲狀向NE—N延伸，匯集于北部的苦水河中。

3.2 工區(qū)三維地震勘探的難點(diǎn)

巖性多變，激發(fā)方式、激發(fā)條件不同，地震響應(yīng)不同，地表一致性問題突出；地表干燥沙土造成有效信息吸收、衰減嚴(yán)重，影響接收效果；工區(qū)表層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，低降速帶變化快，給激發(fā)參數(shù)設(shè)計(jì)和靜校正帶來很大困難；前陸沖斷帶斷層構(gòu)造發(fā)育、構(gòu)造樣式多樣、反射波路徑極不規(guī)則、波場復(fù)雜、資料成像困難。

3.3 應(yīng)用結(jié)果分析

寬窄方位角采集時(shí)的觀測系統(tǒng)參數(shù)：①窄方位觀測系統(tǒng)參數(shù)為8L×10S×72T×4R+束狀+24次，炮網(wǎng)格20 m× 60 m，檢波點(diǎn)網(wǎng)格10 m×40 m；②寬方位觀測系統(tǒng)參數(shù)為12L×24S×48T×6R+束狀+48次，炮網(wǎng)格20 m× 80 m，檢波點(diǎn)網(wǎng)格20 m×80 m。與常規(guī)處理不同，寬方位角數(shù)據(jù)處理中應(yīng)注意疊加速度隨方位角的變化、子波保真和遠(yuǎn)道動(dòng)校正問題。本次采用幾何擴(kuò)散和地表一致性補(bǔ)償振幅能量，結(jié)合地表一致性反褶積進(jìn)行子波的保真處理，通過視各向異性動(dòng)校正法對(duì)遠(yuǎn)偏移距進(jìn)行精確校正，采用超級(jí)面元法處理寬方位角引起的剩余靜校正[11]。寬、窄方位角采集數(shù)據(jù)體時(shí)間水平切片見圖9。

圖9 寬窄方位角采集數(shù)據(jù)體時(shí)間水平切片

由圖9可知，箭頭所指處為斷層的成像情況，窄方位觀測得到的時(shí)間切片斷層界線不清，寬方位觀測得到的時(shí)間切片斷層分辨清晰、斷層條帶狀異常明顯。

分別采用窄方位角、寬方位角對(duì)區(qū)內(nèi)DF1斷層進(jìn)行探測，結(jié)果表明，窄方位角于剖面1 180 m處探測到該斷層，而寬方位角在該剖面位置未發(fā)現(xiàn)該斷層，后通過54#鉆孔驗(yàn)證，該斷層實(shí)際不存在。

4 結(jié) 論

寬方位角可以更多地獲得地下反射點(diǎn)的信息，在數(shù)據(jù)處理時(shí)可以提取更多關(guān)于該地下反射點(diǎn)的信息，使其成像更清晰，可以有效獲得地質(zhì)構(gòu)造各個(gè)方向的信息，有利于構(gòu)造、裂隙發(fā)育造成的地震各向異性的分析與解釋。從生產(chǎn)角度考慮，寬方位角向滿覆蓋過度更快，對(duì)于地面障礙物規(guī)模較大的情況，變觀更易于實(shí)現(xiàn)。但應(yīng)注意：①寬方位角野外單炮記錄的空間采樣存在不均勻現(xiàn)象，線性干擾異常；②寬方位角數(shù)據(jù)疊加速度隨方位角和地層傾角的變化而變化。

[1] 田 夢，張梅生，萬傳彪，等.寬方位角地震勘探與常規(guī)地震勘探對(duì)比研究[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2007(6):138-142. Tian Meng，Zhang Meisheng,Wan Chuanbiao，et al.Contrast research between Wide azimuth seismic exploration and convention seismic exploration[J].Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing,2007(6):138-142.

[2] 張曉江.寬、窄方位角三維地震勘探采集方法研究與應(yīng)用[D].青島：中國石油大學(xué),2007. Zhang Xiaojiang.The Research and Application of Wide and Narrow Azimuth 3D Survey[D].Qingdao:China University of Petroleum,2007.

[3] 李慶忠.對(duì)寬方位角三維采集不要盲從——到底什么叫“全三維采集”[J].石油地球物理勘探,2001,36(1):122-124. Li Qingzhong.Opposing follow blindly for wide azimuth 3D acquisition：what on earth is “three：dimensional acquisition”[J].Oil Geophysical Prospecting,2001,36(1):122-124.

[4] 林 寧，姜 飛，孫衛(wèi)東.寬方位三維觀測系統(tǒng)在沙漠區(qū)地震勘探中的應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013(S):353-355. Lin Ning，Jiang Fei，Sun Weidong.Application of wide azimuth 3D observing system for seismic explorationin in desert area[J].Coal Science and Technology,2013(S):353-355.

[5] 夏常亮，張紅軍，郝建波，等.K區(qū)塊寬方位角地震資料處理[J].2010(S):74-79. Xia Changliang,Zhang Hongjun,Hao Jianbo，et al.Wide azimuth seismic data processing for K block[J].Oil Geophysical Prospecting，2010(S):74-79.

[6] 張軍華，朱 煥，鄭旭剛，等.寬方位角地震勘探技術(shù)評(píng)述[J].石油地球物理勘探,2007,42(5):603-610. Zhang Junhua,Zhu Huan，Zheng Xugang，et al.A summary of wide-azimuth seismic exploration technique[J].Oil Geophysical Prospecting,2007,42(5):603-610.

[7] 段文勝，李 飛，王彥春，等.面向?qū)挿轿坏卣鹛幚淼呐跈z距向量片技術(shù)[J].石油地球物理勘探,2013,48(2):206-213. Duan Wensheng，Li Fei，Wang Yanchun，et al.Offset vector tile for wide-azimuth seismic processing[J].Oil Geophysical Prospecting，2013,48(2):206-213.

[8] 張春廣，叢培泓，田 軍，等.寬方位角地震資料解釋技術(shù)及應(yīng)用[J].天然氣工業(yè),2007(S):152-154. Zhang Chunguang,Cong Peihong,Tian Junm,et al. Wide azimuth seismic data interpretation technology and Applications[J]. Natural Gas Industry,2007(S):152-154.

[9] 凌 云，吳 琳，陳 波，等. 寬/窄方位角勘探實(shí)例分析與評(píng)價(jià)(一)[J].石油地球物理勘探，2005,40(3):305-308. Ling Yun,Wu Lin,Chen Bo,et al. Analysis and appreciation of wide/narrow azimuth exploration(1)[J].Oil Geophysical Prospecting,2005,40(3):305-308

[10] 胡中平，朱成宏，楊貴祥，等.各向異性及復(fù)雜構(gòu)造條件下三維地震采集設(shè)計(jì)[J].勘探地球物理進(jìn)展，2005,28(6):397-401. Hu Zhongping,Zhu Chenghong,Yang Guixiang,et al. 3-D Seismic acquisition design in areas of anisotropy and complex structure[J].Progress in Exploration Geophysics,2005,28(6):397-401.

[11] 林吉祥，凌 云，施澤進(jìn)，等.復(fù)雜斷裂帶寬、窄方位角勘探技術(shù)評(píng)價(jià)與研究[J].新疆地質(zhì)，2006(6):210-213. Lin Jixiang,Lin Yun,Shi Zejin,et al. Evaluation and research on wide-and narrow-azimuth seismic survey in fault belts[J].Xinjiang Geology,2006(6):210-213.

(責(zé)任編輯 王小兵)

ResearchandApplicationoftheWideAzimuthin3DSeismicExploration

Rao Heqing1Li Pingjun2Huang He3Ma Li3(1.DepartmentofMiningandArchitectureEngineering,JiangxiPolytechnicCollege,Pingxiang3337055,China;2.GanxiGeologicalSurveyingTeam.JiangxiBureauofGeologyandMineralResourcesExplorationDevelopment，Nanchang330002，China3.GeophysicalSurveyingTeam,ShananxiProvinceBureauofCoalGeology,Xi'an710005,China)

The characteristics of the azimuth angle，offset and full coverage number distribution about the wide azimuth observation system is analyzed from the perspective of theory.Taking the prospecting area of Mengcheng mining area which is located in the west margin of Ordos basin as an example,the geological structure of prospecting area is developed and the anisotropy of the prospecting area is significant.The exploration results between the wide and narrow azimuth observation system are compared.The results show that,compared with the narrow azimuth observation system,the wide azimuth observation system could make the transition from single coverage to full coverage more faster,the deformation observation of surface barriers can be conducted in the process of field data acquisition.The lateral observation ablity is imprved greatly and the observation azimuth is extended by the wide azimuth observation system,so,the seismic data obtained by the wide azimuth observation system tend to be more holographic 3D,and the azimuth distribution is more uniform.In the process of data processing,more attention should paid to the way of wavelet fidelity,far trace NMO and velocity analysis so as to obtaine the more high resolution and more clear seismic data.Compared with the narrow azimuth seismic exploration,the cover number of wide azimuth seismic exploration is more higher,however,its exloration cost is become higher accordingly.

Wide azimuth,Observation system,3D seismic exploration,Seismic observation data

2014-10-23

饒河清(1956—)，男，副教授。

TD166

A

1001-1250(2014)-12-143-04