低勘探程度區域三維地震勘探設計方法研究

談國強

（潞安新疆煤化工〈集團〉有限公司，新疆 哈密839000）

0 引言

三維地震勘探施工設計的正確與否是至關重要的，它直接關系到三維地震勘探的成果質量，關系到三維地震勘探的效益，地震勘探施工設計的缺陷與不足，對地震勘探的影響是巨大的，因為野外采集會造成后期資料處理與解釋的“硬傷”是不可恢復的，事實上也是難以補救的。 實際中三維地震勘探采集參數應包含三維地震采集參數的選擇、觀測系統類型選擇、鑲邊偏移量估算、有效覆蓋次數預測等。 施工設計是從地質任務出發，在研究、分析勘探區基礎地質資料的基礎之上進行的。 所以收集地質資料是施工設計的第一步，在煤田地震勘探中，一般要收集以下資料：勘探區大比例尺地形地質圖；勘探區及臨近區以往地質勘探報告與成果圖件、圖表（煤層底板等高線圖、鉆孔成果統計表）；勘探區鉆孔柱狀圖及煤層對比圖（含測井曲線）；勘探區及臨近區以往地震勘探的成果（包括文字報告、試驗報告、地震時間剖面、成果圖件等）；采掘工程布置圖以及掘進巷道地質剖面圖。但在勘探程度低的區域，以上需要收集的資料均缺乏，需要采用新的思路進行采集參數論證。

1 三維地震采集參數的選擇

三維地震勘探采集參數主要包括空間采樣間隔選擇、最大炮檢距選擇、最大非縱距選擇、覆蓋次數選擇等。

1.1 空間采樣間隔選擇

空間采樣，是指三維的地面采樣道距和測線距，也可以用地下共深度點（CDP）網格面積（Dx、Dy）的大小來討論，其中：Dx表示沿測線方向（x 方向）的CDP 點距，Dy表示垂直于縱測線方向（y 方向）的CDP點距。 只有在這兩個方向上都滿足采樣定理的要求時，才能獲得完整的空間采樣頻率，否則將產生空間假頻干擾。

在設計觀測系統時，按下式計算Dx、Dy：

式中，VRMS為均方根速度；fmax為有效波最高頻率；θx、θy為沿測線縱橫方向上地震射線入射到地面的角度。

1.2 最大炮檢距的選擇

因為近炮檢距接收的信息，各種干擾較強，而較大炮檢距所接收的信息干擾較弱，具有較高的信噪比。為接收到更豐富的反射信息，應選擇適當的最大炮檢距，以確保接收到更多來自陡傾角地層的反射信息。但炮檢距過大時會引起“拉伸畸變”、影響速度分析精度，進而影響地震資料的成像質量，因此，最大炮檢距的選擇應考慮處理時動校正拉伸、疊加速度的精度、反射系數隨入射角的變化及共反射點的離散等。

如果給出動校正拉伸后頻率降低得允許值，就可以計算出允許的最大炮檢距。 如給出fN／f≥kf，可得：

式中，kf為頻率拉伸系數，一般取12.5%；x 為最大炮檢距，單位為m；t0為目的層旅行時間， 單位為s；ν 為目的層上覆地層均方根速度，單位為m/s。 從這來看，一般要求最大炮檢距小于或等于勘探目的層的深度。

1.3 最大非縱距的選擇

最大非縱距（ymax）是一個排列片中，垂直接收線方向的最大炮檢距。

式中，ψ 為目的層最大傾角， 單位為度；δt 為同一CMP 道集內的最大時差，一般取有效反射波視周期的1/4，單位為s；ν 為平均速度，單位為m/s；t0為目的層雙程反射時間，單位為s。

1.4 覆蓋次數

覆蓋次數就是對一個疊加道做貢獻的道數，由于覆蓋次數直接影響到最終資料的信噪比和分辨率，增加覆蓋次數，有利于壓制規則干擾波和隨機噪音，也有利于速度分析和疊前偏移；但是，覆蓋次數也不是越高越好，因為疊加具有低頻效應。一般來說，可以根據以往地震施工經驗或者試驗情況，綜合勘探區地震地質任務的難度來確定。

2 三維觀測系統的設計原則

三維地震觀測系統設計不僅要綜合考慮勘探區地質、地形、地貌、交通及儀器性能等因素，還應遵循以下幾個原則：

①要求各CDP 點的方位角分布、 炮檢距分布、 覆蓋次數分布合理，有利于地質體的正確成像；

②采集的三維地震資料要滿足各種處理技術的要求；

③要求較淺的層位應有一定的覆蓋次數，以滿足大炮初至折射靜校正或層析成像反演靜校正處理的需要；

④要求有較高的分辨率；且具有可操作性和較高的性價比。

3 鑲邊偏移量估算

在地震施工設計時必須考慮鑲邊，一是為了保證勘探邊界都能達到滿覆蓋次數，二是要提前考慮到傾斜地層在資料處理時的偏移孔徑問題。

圖1 以單斜地層為例，設三維線束方向垂直地層走向，目的層淺部埋深為H1、深部埋深為H2，地層傾角為φ，則考慮地層傾角和目的層埋深時，淺部與深部的偏移量分別為：

即要求的控制深度為H1～H2、其對應的地下控制點D1、D2的地面投影范圍為AB， 考慮地層傾角和目的層埋深后的地面施工范圍為A'B'，且有A'B'≥AB。 可見：對于傾斜地層而言，目的層越深，傾角越大，擴大的范圍就越大。

圖1 考慮地層傾角的鑲邊量計算示意圖

4 新疆某礦三維地震勘探施工設計實例

勘探區位于天山北麓，三維地震勘探前，無鉆孔、無物探資料，勘探程度很低。根據小煤窯開采的情況及地表巖層出露情況分析勘探區目的層埋藏深度在250m～600m 之間變化， 地層傾角從淺部露頭附近的35°左右變至深部的18°左右。

4.1 初步設計采集參數

根據鄰近區域三維地震勘探的經驗，設計本次的觀測系統為8 線8 炮制，線距40m，道距10m，CDP 網格為5m×10m，單線接收道數為48 道，24 次疊加， 端點激發， 最大炮檢距為514m， 最大非縱距為210m。 淺部偏移量175m，深部偏移量194m。

4.2 點試驗工作

圖2 試驗單炮記錄

圖3 試驗線偏移剖面

點試驗的目的是試驗的目的是對激發和接收條件進行試驗。根據試驗結果，本次施工采用成型的乳化炸藥，施工藥量2.0kg，瞬發雷管引爆，6m 單井激發。

4.3 線試驗工作

應用點試驗的激發參數，結合初步設計的觀測系統參數進行了二維線試驗，測線沿傾向方向布置，觀測系統為：接收道數48 道，道距10m，端點0 偏移距激發，覆蓋次數24 次。 線試驗單炮記錄如圖2 所示。 對試驗線進行了試處理，處理后的剖面如圖3 所示。

從圖2 上可以看出：目的層反射波比較突出，設計的排列長度、最大炮檢距沒有引起目的層反射波基本。 從圖3 可以看出24 次疊加的資料信噪比較高，能夠滿足生產需要；目的層反射波時間在0.2s～0.5s之間變化，地區目的層均方根速度為3100m/s～3300m/s，地震波的最高有效頻為120Hz，大約計算出淺部地層的角度為15 度、深部目的層的角度為45 度。

4.4 采集參數的二次論證

將目的層均方根速度、地震波的最高有效頻率、地層傾角分別代入公式（1）、（2）可以得知：Dx≤9.724m，Dy≤9.724m，也就是說本區的面元網格應小于9.724m×9.724m 才能保證不引起空間假頻現象。

將目的層均方根速度、地層傾角、目的層反射波時間分別代入公式（3）、（4）可以得知：最大炮檢距應小于720m，最大非縱距小于659m。

將目的層深度、地層傾角分別代入公式（5）、（6）可以得知：最大炮檢距應小于600m，最大非縱距小于659m。 △X1=66m，△X2=600m。

對比初步設計的采集參數，可以看出：原設計的面元網格不能滿足克服空間假頻產生的要求，面元網格應調整為5m×5m 才能合適；原設計的最大炮檢距與最大非縱距的參數符合實際資料的要求；原設計的淺部偏移量過大，會造成淺部資料的空白，深部偏移量過小，這樣會造成深部資料的空白，最終導致有效控制面積大幅度縮小。

最終的采集參數調整為： 本次的觀測系統為8 線16 炮制， 線距40m，道距10m，CDP 網格為5m×5m，單線接收道數為60 道，24 次疊加，端點激發，最大炮檢距為627m，最大非縱距為210m。 淺部偏移量60m，深部偏移量620m。

4.5 最終成果與于驗證情況

采用調整后的采集采集進行了數據采集，投入的野外工作量增加了90%，但取得了較為理想的第一手資料。經過精細處理，得到了品質較高的時間剖面（圖4），最終的地質成果經過鉆探資料、巷探資料驗證，煤層底板標高誤差小于2%，斷層平面擺動誤差小于20m，斷距大于5m 的斷層驗證準確率達85%。

圖4 最終偏移剖面

5 結論

面元網格大小是觀測系統設計的基本參數，它決定了炮點間隔和檢波點間隔的大小及采集費用的多少，面元的大小要滿足反假頻的要求。 鑲邊偏移量的估算是傾角地層區施工設計時的重點之一，當鑲邊偏移量的估算不準確時可能帶來的較嚴重地質后果。 試驗后采集參數的二次論證工作是取得好的地震資料的重要保證。

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