三星堆遺址大型障礙物三維變觀技術研究

劉遠志,余文科,梁 勇

(中國石化西南石油局 第二物探大隊,四川德陽 618000)

三星堆遺址大型障礙物三維變觀技術研究

劉遠志,余文科,梁 勇

(中國石化西南石油局 第二物探大隊,四川德陽 618000)

在三維地震勘探中,常常遇到大型障礙區,特別是人口稠密、經濟發達的平原地區,這給觀測系統布設帶來很大的困難。為了穿越大型障礙物,需要變觀設計,以確保最佳壓制噪聲,獲得完整地震反射剖面資料。在研究了三星堆遺址文物保護區大型障礙觀測系統的基礎上,提出多種變觀技術相結合的變觀設計方法,其基本方法是:采用正常排列+加密接收線接收排列的技術設計,對設計的觀測系統進行反復調整,在計算出變觀的覆蓋次數及資料空白面積后,設計出適用的最佳觀測系統。通過技術變觀,成功地解決了穿越三星堆遺址文物保護區大型障礙區時,有效接受和安全激發的問題,確保了目的層資料的獲取,在M JⅢ期探區三維資料采集中取得了理想的效果。

三星堆遺址;三維觀測系統;大型障礙物;覆蓋次數;變觀技術

0 前言

在三維地震勘探中,三維觀測系統的設計,是三維地震勘探野外數據采集的關鍵環節[1～4]。而大型障礙物技術變觀,是三維觀測系統設計的關鍵[8～13]。對于不同類型、不同性質的障礙物,合理選擇觀測系統變觀技術,是最大限度獲取資料的前提。在過某些大型障礙物的三維地震觀測系統變觀設計中,以往主要是通過盡量小藥量逼近,見縫插針跨越大型障礙物放炮的方法,來達到滿足多次覆蓋(疊加)及盡量多的獲取資料的目的。上述方法針對普通的大型障礙物是可以實現的,但是在M JⅢ期工區中,三星堆遺址大型障礙物非常特殊,往往會造成文物破壞、空道、壞道,偏移距過大,且大面積資料空白等不利影響。作者在本文通過理論分析,提出了針對三星堆遺址大型障礙物區的特點,采用多種技術手段相結合的三維地震觀測系統變觀的方法,降低對獲取主要目的層資料的影響程度。這種變觀技術能充分考慮到在三星堆遺址保護區內,無激發條件不利區段內,通過理論數字模擬,在允許的區域合理選取好的激發點位置,加密檢波線,在保證盡量多的獲取資料的基礎上,最大限度地提高了儀器的施工效率和資料的采集品質。實際應用效果證明:在三維地震勘探中,多種變觀技術相結合是一種行之有效的野外施工技術方法。

1 三星堆遺址技術難點

1.1 觀測系統的選擇

三星堆遺址工區勘探主要目的層是侏羅系蓬萊鎮組～沙溪廟組,兼顧淺層下白堊統及深層須家河組,查明各主要反射層的局部構造形態,空間展布及變化,落實斷層性質、規模、延伸方向及長度等要素。

針對勘探的主要目的層,選擇觀測系統應考慮能充分壓制干擾,提高目的層的信噪比,而覆蓋次數是決定地震剖面信噪比的重要因素之一。同時,為了與前期勘探相銜接,從適用性、質量、成本和效益等方面綜合考慮,作者在本區中勘探采用8L12P(40+80)T4R60F(見下頁圖1),即8線12炮,每線(40+80)道非對稱接收,重復4條檢波線,60次覆蓋的束狀正交觀測系統。其接收線距為240m,接收道距為40m(基于淺、中層勘探需要),炮線距為160m(由于是淺層、中層勘探,不宜增大炮線距),炮點距為80m(基于20m×40m矩形面元)。

圖1 觀測系統排列片Fig.1 Geom etry unit tem p late

采用8L12P(40+80)T4R60F觀測系統,最大炮檢距為3 409 m,能夠滿足深層的兼顧能力(根據SEG通行的最大炮檢距為0.8倍深層目的層埋深計算,可兼顧至4 261m)。根據相鄰探區資料處理的動校正切除庫數據內插,得到主要目的層蓬萊鎮組和沙溪廟組的最大炮檢距分別為2 120 m和2 480 m。對1.5 s以后的目的層,其最大炮檢距為3 409m。分別用動校切除庫數據內插的最大炮檢距計算得到,蓬萊鎮組的有效覆蓋次數最低能達到43次,沙溪廟組最低能達到47次,白田壩組以下的各目的層能達到滿覆蓋60次。

1.2 三星堆遺址文物保護區的技術難點

2009年5 月19日,三星堆成功申報了世界級文化遺產,根據國家《文物保護法律》,保護區內禁止爆破工程施工。三星堆遺址文物保護區共分為三個區域:①建設控制區以內為21.29 km2;②一般保護區以內為12.591 km2;③重點保護區為6.381 km2(見下頁圖2)。

由于三星堆遺址文物保護區的特殊性,無法采用常規勘探裝備及常規勘探技術施工,這可能導致勘探效果不理想,甚至無法獲取完整資料。主要由于以下原因不能按照預先設計的方案進行施工:①理論點位于保護區內;②不能滿足安全激發要求;③不能放樣物理激發點;④存在油地矛盾。由于這些復雜特殊的原因,使保護區內地震勘探觀測系統布設面臨著諸多困難[5～7]。例如:

(1)如何鋪設觀測系統,避開文物保護區。

(2)采用何種觀測系統參數,以確保獲得保護區下方的地震資料。

(3)設計何種觀測系統形式,才有利于壓制噪聲干擾。

(4)如何有效利用保護區空隙調整物理點位置,以確保面元屬性均勻。

M JⅢ期項目資料采集,第9束～14束測網穿越三星堆遺址文物保護區,文物保護區內允許鋪設排列,但禁止放炮施工。因此,不能采用“逐炮選點、盡量逼近、見縫插針,深井小藥量激發”的選井原則布設激發點。由于禁炮區范圍極大,將會出現目的層無覆蓋次數,資料大量缺失的情況。通過前期實際資料動校拉伸分析,得到主要目的層蓬萊鎮組頂(Tk)能夠提供有效覆蓋次數的最大炮檢距為1 860m,沙溪廟組頂(TJ2s)能夠提供有效覆蓋次數的最大炮檢距為3 340m,對最大禁炮區進行覆蓋次數模擬,可以得到蓬萊鎮組頂資料空白面積約9.5 km2,沙溪廟組頂(TJ2s)資料空白面積約6 km2。

2 三維觀測系統變觀技術設計

經過與文物局、三星堆博物館、三星堆文物考古工作站、河道管理部門,以及水務局等單位反復協調和文物專家論證,基本同意在鴨子河的河灘與水域、一般保護區內的馬牧河古河床及一般保護區外的建設控制區(地帶)布設炮點,最終確定了三星堆文物保護區的禁炮范圍(見下頁圖2),面積為10.08 km2,涉及理論設計炮點788個。針對保護區的特點,采用多種技術手段相結合的方法,以降低對獲取主要目的層資料的影響程度。

2.1 技術措施

根據三星堆文物保護區的特殊性,采用正常排列+加密接收線接收排列的技術設計。為了盡可能取到、多取主要目的層資料,保證一定的有效覆蓋次數,減少淺層蓬萊鎮組頂資料的空白范圍,首先,在禁炮區內加密檢波線;其次,將禁炮區設計的理論炮點移出,并在禁炮區的周邊加密炮點;最后,由于部份炮井離房屋、公路等較近,所以設計了低于6 kg的小藥量的炮點。

結合保護區實際情況,在施工中為進一步保證采集效果,在一般保護區內的馬牧河古河床增加炮井,在鴨子河的河灘增加淺井組合,鴨子河水域增加水炮。

調整部份炮井接收排列,進一步提高了禁炮區核心部位覆蓋次數。共1 689炮離禁炮區核心部位較遠的炮井采用26條線接收(正常接收排列+加密接收線接收排列);共152炮離禁炮區核心部位較近的炮井采用束間變觀排列:18條加密接收線接收的同時,正常接收線采用固定8條接收線排列接收。在建控區內,所有炮井每炮接收道數為3 192道(正常接收線960道+加密接收線2 232道)(見圖3)。

2.2 模擬分析

利用采集工程設計軟件進行模擬分析。采取普通變觀技術,主要目的層,蓬萊鎮組頂(Tk)(最大炮檢距1 860m),資料空白面積為2.76 km2;蓬萊鎮組底(TJ3p)(最大炮檢距3 020m),資料空白面積為1.68 km2;沙溪廟組頂(TJ2s)(最大炮檢距3 340m),資料空白面積為1.52 km2。

圖2 禁炮示意圖Fig.2 The schem atic diagram of exc luded sources

圖3 加炮、加線示意圖Fig.3 The diagram of additional sources and lines

在采用本項目的變觀技術后,模擬顯示:蓬萊鎮組頂(Tk)理論設計39次～44次。實際實施資料空白面積僅為0.234 4 km2,最高覆蓋次數高達187次,禁炮區31次(理論設計的80%)以下,覆蓋次數面積僅為2.23 km2(見圖4)。

蓬萊鎮組底(TJ3p)理論設計55次～60次,實際實施涉及禁炮區的覆蓋次數已是36次～260次,涉及禁炮區內僅有四個面元的覆蓋次數低于44次(理論設計的80%)(見圖5)。

沙溪廟組頂(TJ2s)理論設計60次,經實施后,涉及禁炮區覆蓋次數已高達95次～285次,無低于80%理論設計覆蓋次數面元(見下頁圖6)。

通過最小炮檢距分布情況分析,禁炮后,禁炮區小炮檢距缺失較多,實際實施加井、加密接收線后禁炮區小炮檢距有一定補償,禁炮核心區最小、最大炮檢距已高達2 450m。

從玫瑰圖與炮檢距集中度統計圖的對比分析可看出(見下頁圖7),穿越三星堆遺址保護區的淺層資料有一定的損失,但損失不大,基本能滿足侏羅系蓬萊鎮組～沙溪廟組地質勘探任務的需求。

3 采集資料分析

3.1 單炮分析

在采集完成后,作者對穿越三星堆遺址文物保護區周邊典型單炮(26條線接收)進行了分析。從原始單炮資料來看,近炮線接收能量較強,面波及折射波干擾嚴重,淺中深層反射信息豐富;中距離接收線接收,淺中深反射信息較為豐富;遠炮線接收小炮檢距資料極少(淺層資料),但中深層反射連續性較好(見后面圖8)。

3.2 剖面分析

資料采集結束后,對穿越三星堆遺址保護區的聯束采集數據進行了全三維疊加監控處理,疊后抽取中間滿覆蓋400m等間距的INL INE線進行顯示。從現場監控處理初疊剖面來看,主要勘探目的層信噪比較高,連續性較好,波組特征清晰,淺層蓬萊鎮組反射特征清楚。

圖4 蓬萊鎮組頂理論及實際覆蓋次數Fig.4 The theo retical and p ractical fo lds for Tk

圖5 蓬萊鎮組底理論及實際實施覆蓋次數Fig.5 The theoretic and p ractical fo lds for Tj3p

圖7 玫瑰圖與炮檢距集中度統計圖對比Fig.7 The comparison of rose diagram and offset concentration charts

根據現場監控處理疊加剖面分析,穿越三星堆遺址文物保護區時間缺口為870 m s,早期的采集資料剖面時間缺口約1 000m s。蓬萊鎮組頂(Tk)InL ine方向資料空白區寬度最寬為600 m,最淺資料空白區寬度為4 000m。蓬萊鎮組頂(Tk)crossline方向資料空白區寬度最寬僅為300m,最淺資料空白區寬度為3 400m(見下頁圖9)。

圖8 26條線接收的典型單炮Fig.8 The typ ical single shot record of 26 lines

4 認識和結論

在復雜三維勘探技術攻關和方法研究過程中,作者對于在大型障礙區進行地震勘探,有以下幾點認識。

(1)基于復雜地表條件的觀測系統變觀設計技術,是解決過大型障礙物觀測系統的關鍵技術。

(2)利用工程采集軟件,結合實際測量數據,是變觀設計的有效輔助手段。

(3)觀測系統變觀設計的理念是盡量保證目的層數據的獲取,盡量減少資料空白區。

致謝:感謝西南石油局第二物探大隊總工程師楊繼友、副總工程師劉勝、主任工程師張偉宏、梁正洪高級工程師、鐘家均高級工程師及所有參與項目的人員。

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圖9 實際資料分析Fig.9 The seism ic data analysis

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A

1001—1749(2010)06—0594—07

2010-06-17 改回日期:2010-09-17

劉遠志(1976-),男,碩士,工程師,現在中石化西南石油局第二物探大隊采集技術研究所從事地震采集技術及VSP采集處理研究工作。