正演模擬技術(shù)在碳酸巖鹽地震勘探中的應(yīng)用

鄧國成

(河南省煤田地質(zhì)局物探測量隊，河南 鄭州 450009)

0 引 言

模型正演技術(shù)是在假設(shè)地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)和對應(yīng)的物理參數(shù)的已知的情況下，通過有關(guān)正演軟件利用數(shù)值計算方法模擬地下不同地層結(jié)構(gòu)的地震波場響應(yīng)及傳播規(guī)律，以此來得到理論上的地震資料。通過已知地質(zhì)體出發(fā)，分析不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)規(guī)律，達(dá)到施工參數(shù)的論證和優(yōu)化作用，從而降低勘探成本和提高勘探效率，指導(dǎo)后期的地震資料處理解釋工作，達(dá)到解決地質(zhì)問題的能力。正演模擬技術(shù)分為波動方程法、積分方程法和射線追蹤法三大類，本文以新疆某區(qū)的碳酸巖鹽勘探為例，該區(qū)地震地質(zhì)條件復(fù)雜，為充分認(rèn)識和論證施工參數(shù)，采用有限差分法全波場進(jìn)行不同參數(shù)的分析評價，論證地震采集施工參數(shù)，從而達(dá)到指導(dǎo)野外數(shù)據(jù)采集和資料處理解釋工作[1]。

1 建立模型

先建立一個多層不考慮噪聲和子波時變影響的簡單的地質(zhì)模型，第一層為180 m厚的第四系地層，第二層為220 m厚的新近系地層，第三層為30 m厚的石膏層，第四層為80 m厚的新近系地層，第五層為10 m厚的石膏層，第六層為90 m厚的新近系地層，第七層為40 m厚的石膏層，第八層為190 m厚的白堊系地層，第九層為160 m的二疊系等老地層。剖面總長2 750 m。模型結(jié)構(gòu)如表1、圖1所示。然后利用Tesseral軟件采用有限差分法全波場進(jìn)行模擬[2-3]。

表1 地質(zhì)模型參數(shù)

圖1 地質(zhì)模型

2 正演數(shù)值模擬

2.1 分辨率模擬

分別用60，80，100 Hz的雷克子波計算得到的剖面。分析可知在60 Hz子波的剖面上，厚度40 m時，其反射波有形成兩個反射波的趨勢，但是還不能完全區(qū)分開50 m碳酸巖鹽層的頂部和底部；在80 Hz子波的剖面，能區(qū)分35 m厚的碳酸巖鹽層的頂部和底部；100 Hz子波的剖面，能區(qū)分25 m厚的碳酸巖鹽層頂?shù)装濉Ｒ簿褪钦f隨著碳酸巖鹽層厚度的增加，形成了兩個反射波，巖層的頂部和底部能逐漸分開，同時隨著頻率的增大，能夠區(qū)分碳酸巖鹽層頂?shù)撞康暮穸戎饾u減小[4]。因此為了獲得良好的分辨率，提高對目的層的分辨能力，針對主要反射層要保護(hù)的頻率應(yīng)為10～100 Hz。

2.2 道距模擬

為保證面元疊加的反射信息滿足技術(shù)要求，道距要滿足最高無混疊頻率和橫向分辨率兩個方面。本次分別模擬了10 m道距和20 m道距的單炮記錄和克?；舴虔B前偏移剖面，如圖2、圖3所示。通過10 m道距和20 m道距的單炮記錄來分析，兩者差異性較?。煌ㄟ^對10 m道距和20 m道距的兩條克?；舴虔B前偏移剖面進(jìn)行對比，兩者均能得到明顯的地震資料，但是10 m道距的剖面上反射波總體能量強(qiáng)于20 m道間距，尤其在厚碳酸巖鹽層處差異更明顯，可以看到小道距對深層能量有改善作用，隨著道距的增加，深部能量逐漸減弱。采用較小道距，可以增加構(gòu)造的成像精度[5]。

圖2 道距10 m的克希霍夫疊前偏移剖面

2.3 炮檢距模擬

最大炮檢距的選擇主要從目的層埋深、動校拉伸對信號頻率的影響、保證反射系數(shù)穩(wěn)定和速度分析精度的要求等方面考慮。處理時為求取較為準(zhǔn)確的疊加速度和分析，要求有足夠長度的最大炮檢距，因此，采用較大的炮檢距有利于遠(yuǎn)道有效信息的疊加成像。通過分析最大炮檢距分別為800 m和1 000 m的克?；舴虔B前時間偏移圖，兩者效果相差不大，均能夠接收到有效反射信息，但是1 000 m同相軸在遠(yuǎn)道能量較強(qiáng)[6]。

圖3 道距20 m的克?；舴虔B前偏移剖面

2.4 疊加次數(shù)模擬

疊加次數(shù)的選擇應(yīng)能充分壓制干擾、增加反射能量、提高資料信噪比、拓寬優(yōu)勢頻率。在具有一定的基礎(chǔ)信噪比的前提下，多次覆蓋的信噪比與覆蓋次數(shù)的平方根成正比，覆蓋次數(shù)越大，越有利于提高資料的信噪比。從16次和24次疊加次數(shù)的克?；舴虔B前偏移剖面，24次疊加次數(shù)的剖面信噪比較強(qiáng)，相位能量更強(qiáng)，覆蓋次數(shù)增多，深部區(qū)域能量強(qiáng)。不同疊加次數(shù)的資料品質(zhì)有一定的差異，采用24次疊加更能滿足地質(zhì)任務(wù)的要求。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 地震地質(zhì)條件

3.1.1 淺表層地震地質(zhì)條件

勘探區(qū)地處西昆侖山北麓，地勢西高東低，海拔+1 800～+2 600 m，最大高差近800 m，地勢起伏很大、沖溝發(fā)育，地表條件復(fù)雜。復(fù)雜的地表條件給地震的野外成孔和放線帶來了較大的困難。

勘探區(qū)主要為黃土層和卵石層覆蓋層區(qū)。黃土層覆蓋層區(qū)主要分布在較陡峭的山上；卵石層覆蓋區(qū)多為卵石、土和碎石組合而成，主要分布在河道和河漫灘，復(fù)雜的淺層條件給成孔、檢波器埋置帶來一定的困難。

3.1.2 深層地震地質(zhì)條件

根據(jù)以往地質(zhì)資料分析可以知道，在新近系下部富含多層碳酸巖鹽層，其高密度和高速度，使得其與圍巖波阻抗差異明顯，有利于得到較好的反射波。但是，由于碳酸巖鹽層數(shù)多且間距不穩(wěn)當(dāng)，其形成的反射波將是復(fù)合波，相鄰反射波的相長、相消干涉現(xiàn)象十分普遍，致使波組特征有一定的變化，如圖4所示。

總之，本區(qū)地震勘探條件較復(fù)雜。

圖4 模擬剖面(左)和地震時間剖面(右)

3.2 采集參數(shù)

由于勘探區(qū)目的層埋藏深度約550米，同時勘探程度又較低。根據(jù)上述分析，考慮地質(zhì)任務(wù)和勘探經(jīng)濟(jì)性合理性，本次采用10 m道距。同時，由于區(qū)內(nèi)干擾波較為發(fā)育，淺層信噪比較低，需要提高資料的信噪比及目的層不同埋深地段的有效覆蓋次數(shù)均勻性，在兼顧淺中深層的情況下，最大偏移距710的范圍能夠滿足本次最大偏移距和疊加次數(shù)的技術(shù)要求。

1)接收因素

本次采用10 m道距，30炮距，144道中間點(diǎn)激發(fā)接收，24次疊加的觀測系統(tǒng)。

2)激發(fā)因素

利用炸藥施工，采用龍門鉆施工，在卵石、土層和碎石層覆蓋區(qū)采用12 m井深，在河漫灘區(qū)采用6 m井深；藥量3 kg。

3.3 資料處理和解釋

資料處理中重點(diǎn)做好靜校正、速度分析、去噪等工作。經(jīng)過處理，使地下構(gòu)造歸位準(zhǔn)確、斷點(diǎn)清晰、目的層反射波信噪比高。

資料解釋在結(jié)合正演模擬的基礎(chǔ)上，通過波組特征分析，確定地質(zhì)層位、對反射波進(jìn)行對比追蹤以及交點(diǎn)閉合等工作，對全區(qū)資料進(jìn)行精細(xì)解釋分析。

3.4 地質(zhì)成果

由于采取切實(shí)有效的技術(shù)方法，本次勘探取得了以下較為理想的地質(zhì)成果：了解了勘探區(qū)的構(gòu)造形態(tài)，對勘探區(qū)構(gòu)造復(fù)雜程度進(jìn)行初步評價；了解了落差大于50 m的斷層性質(zhì)及其延展情況；了解了碳酸巖鹽層大致分布范圍以及碳酸巖鹽層的厚度變化情況，為鉆孔布設(shè)提供了參考資料。

4 結(jié) 語

通過該技術(shù)在新疆地區(qū)的實(shí)際應(yīng)用，采用波動方程正演模擬得到的參數(shù)接近野外采集的實(shí)際施工參數(shù)，能夠指導(dǎo)地震勘探工作，說明正演模擬技術(shù)具有一定的指導(dǎo)意義。通過有機(jī)地聯(lián)系地質(zhì)模型與波場響應(yīng)，研究不同巖性和沉積相的地震響應(yīng)模型，使抽象的地震反射波既具有地球物理意義，又具有明確的地質(zhì)含義，可減少成果的多解性，更好地指導(dǎo)野外地震數(shù)據(jù)采集和室內(nèi)的處理解釋工作。

[1] 劉軍迎, 雍學(xué)善, 高建虎. 模型正演技術(shù)在碳酸鹽巖油氣藏地震資料解釋中的應(yīng)用[J]. 巖性油氣藏, 2007(1): 109-112.

[2] 李樹東, 鄧國成. 正演技術(shù)在石膏礦地震勘探中的應(yīng)用[J]. 中國煤炭地質(zhì), 2014(6): 50-55.

[3] 肖開宇, 胡祥云. 正演模擬技術(shù)在地震解釋中的應(yīng)用[J]. 工程地球物理學(xué)報, 2009, 6(4): 459-464.

[4] 吳育林. 模型正演技術(shù)在阿姆河右岸綜合解釋中的應(yīng)用[J]. 鉆采工藝, 2010, 33(s1): 91-93.

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