基于高傾角地區(qū)三維觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的選擇

蒲 青

（新疆煤田地質(zhì)局，新疆 烏魯木齊 830009）

1 觀測(cè)系統(tǒng)類型的選擇

三維地震勘探是一種面積接收技術(shù)，能獲得勘探區(qū)地質(zhì)體的空間體積特征。三維觀測(cè)系統(tǒng)可分為規(guī)則觀測(cè)系統(tǒng)可不規(guī)則觀測(cè)系統(tǒng)兩大類，本文中所論述的是規(guī)則觀測(cè)系統(tǒng)中的線束型觀測(cè)系統(tǒng)。本次三維觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是解決高傾角地區(qū)地震波成像效果問題。

1.1 接收點(diǎn)網(wǎng)格密度的確定

根據(jù)采樣定理，為了使道距的選擇不產(chǎn)生空間假頻，在不存在相干噪音的情況下，應(yīng)滿足 △X≤λsmin/2，式中λsmin：信號(hào)最小視波長(zhǎng)，△X：可選用的最大縱向道距。在有相關(guān)噪音的情況下，△X必須小于干擾波最大視波長(zhǎng)的一半，但本區(qū)的干擾波半波長(zhǎng)較小，因此不予考慮。以波速為3000米/秒，頻率為60Hz，有效波最小波長(zhǎng)為50米。由于本次勘探部分煤層埋藏較淺（最淺70m），且傾角較大（最大35°），所以縱向道距選擇10米。接收線距一般大于道距的1～4倍，本次選擇20m檢波線距。

1.2 CDP網(wǎng)格密度的確定

三維是共反射面元疊加，指是共反射面元道集內(nèi)各反射點(diǎn)信號(hào)疊加。在縱向上一般選取小于接收道距之半為反射面元的線性長(zhǎng)度，DX≤。由于本次勘探部分地段煤層埋藏較淺，所以設(shè)計(jì)DX=5m，橫向?qū)挾菵Y≥DX，設(shè)計(jì)為10m。根據(jù)上訴設(shè)計(jì)CDP網(wǎng)格為5×10m。這樣的設(shè)計(jì)對(duì)淺層分辨率起到了提高，且對(duì)細(xì)微構(gòu)造的勘探是有利的。

1.3 炮線網(wǎng)格的確定

炮線間距 ΔL 滿足公式 ΔL=(N×ΔX)/（2×S×NX）， 式中 N 為接收總道數(shù)，ΔX為道間距，S為接收線數(shù)，NX為縱向覆蓋次數(shù)。

1.4 覆蓋次數(shù)的確定

覆蓋次數(shù)的高低決定了疊加地震記錄的信噪比。若覆蓋次數(shù)為n，按統(tǒng)計(jì)效應(yīng)可提高信噪比倍n1/2，所以覆蓋次數(shù)越高信噪比越高，但過高的信噪比必定使分辨率降低，根據(jù)該區(qū)以往地震工作成果本次選擇了24次覆蓋，既可以得到較好的反射波能量，又可以提高反射波的分辨率。

覆蓋次數(shù)的計(jì)算：縱向覆蓋次數(shù)與二位算法一致；橫向覆蓋次數(shù)滿足褶積式S×C=G,式中，S為炮點(diǎn)，C為共中心點(diǎn)，G為炮點(diǎn)，通過Z變換，S（Z）×C（Z）=G（Z）,可得到橫向覆蓋次數(shù)。

1.5 炮檢距的選擇

三維地震勘探中，沿接收線方向的炮檢距稱縱向炮檢距X，沿垂直接收線方向的炮檢距稱橫向炮檢距Y，最大非縱炮檢距為：Xmax=

最小炮檢距的選擇原則和二維地震勘探相似，既考慮到目的層的最大埋深，又要考慮近炮點(diǎn)道所受炮點(diǎn)的干擾。因?yàn)楸緟^(qū)目的層大多埋深有深有淺，僅考慮近炮點(diǎn)受干擾情況。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，最小炮檢距定為10米。

最大炮檢距和諸多因素有關(guān)，現(xiàn)分述如下：

1）最大炮檢距和共面元彌散半徑的關(guān)系：△L=[X2sin(2Ψ)]/4t0V，式中：X——最大炮檢距，單位為米；t0——中點(diǎn)法向反射時(shí)間，單位為秒;V——速度，單位為米/秒;Ψ——地層傾角，單位為(°)。本區(qū)地層傾角較大，彌散半徑也較大，使過大的炮檢距對(duì)疊加效果不利。

2）最大炮檢距與反射波系數(shù)的關(guān)系

地震波法線入射時(shí)，反射系數(shù)為：

Ri=(ρi+1×Vi+1-ρi×Vi)/(ρi+1×Vi+1+ρi×Vi)

式中：ρi+1、Vi+1——第i+1層的密度與速度，ρi、Vi——第i層的密度與速度。根據(jù)反射原理，反射波的能量隨入射角而變化。因此入射角的限定值盡量小些，以保證反射波的能量。排列長(zhǎng)度以盡量接近目的層埋深為佳。由于本區(qū)目的層為一單斜構(gòu)造，角度較大，最大為35°左右，應(yīng)該適合于才用大排列施工，由于本區(qū)目的煤層埋深在100到600米左右。因此我們采用最大的排列進(jìn)行施工。

3）最大炮檢距與動(dòng)校正拉伸的關(guān)系：β=（X/h）2/8，式中：

β——?jiǎng)有Ｕ炻剩籬——深度，單位為米；X——炮檢距，單位為米。因此炮檢距越小，動(dòng)校正拉伸也越小。

4）最大炮檢距與速度分析精度的關(guān)系為：

式中：△V——允許的速度誤差，單位米/秒，D△t——檢測(cè)出的最小正常時(shí)差，單位秒，Vrms——均方根速度，單位米/秒。

從上式可看出，為求準(zhǔn)均方根速度，最大炮檢距越小越好。但相關(guān)的速度譜是通過大量的統(tǒng)計(jì)得來，道數(shù)越多、炮檢距越大，統(tǒng)計(jì)效果越好。所以在選擇最大炮檢距可根據(jù)以下公式，給出速度與排列長(zhǎng)度曲線，以確定最佳排列長(zhǎng)度。

根據(jù)以上幾種和最大炮檢距有關(guān)的參數(shù)綜合考慮，確定最大非縱炮檢距Xmax的選擇原則為：（1）考慮求取速度的精度，Xmax越大越好。（2）壓制多次波的效果，Xmax越大越好。（3）考慮動(dòng)校正拉伸畸變對(duì)高頻信號(hào)的影響及反射系數(shù)的變化，Xmax越小越好。（4）Xmax一般與目的層埋深大致相當(dāng)。

本區(qū)主采煤層的埋藏深度在70m至600 m之間，一般在400m左右，綜合考慮上述因素，最大炮檢距為618m。

綜上，本次觀測(cè)系統(tǒng)定為10線4炮束狀觀測(cè)系統(tǒng)，排列方式：束狀10線4炮制，單邊下傾激發(fā)；接收道數(shù)：10×60=600道；接收網(wǎng)格：10m×20m；炮線網(wǎng)格：50 米(縱向)×20 米(橫向)；CDP 網(wǎng)格：5 米（縱向）×10米（橫向）；覆蓋次數(shù)：6次（縱向）×4次（橫向）；最大炮檢距 618米。

圖1

2 滿覆蓋邊界及鑲邊范圍的計(jì)算

以本次設(shè)計(jì)觀測(cè)系統(tǒng)為例，橫向滿覆蓋邊界參照觀測(cè)系統(tǒng)圖，要滿足4次覆蓋，在第二炮點(diǎn)與第五條檢波線中間首次滿足橫向4次覆蓋，可把邊界設(shè)置于此。縱向滿覆蓋邊界同二位計(jì)算方法一致。由于本區(qū)是一單斜地層，地層傾角較大，考慮到地下構(gòu)造能正確成像和歸位，在確定地表施工面積時(shí)，應(yīng)在控制區(qū)的下傾方向應(yīng)加一的長(zhǎng)度，以確保地下面積能正確歸位。其中L長(zhǎng)度以如下公式計(jì)算：

L=tgnΨ·Z

L——下傾方向鑲邊長(zhǎng)度（m）；Z——目的層深度（m）；Ψ——地層傾角。

L=tgnΨ·Z=420m，所以在下傾方向鑲邊420米。

3 處理重點(diǎn)與效果分析

高傾角地區(qū)，低降速帶變化比較大，所以在測(cè)區(qū)內(nèi)進(jìn)行了低降速帶調(diào)查，建立近地表模型，進(jìn)行折射波靜校正。

圖2

進(jìn)行多域噪聲衰減，先在共炮點(diǎn)域進(jìn)行噪聲衰減，然后在共檢波點(diǎn)域進(jìn)行噪聲衰減。

高傾角地區(qū)地震波橫向速度變化較大，確定疊加速度時(shí)，可采用常速掃描中的強(qiáng)反射和速度譜中的最大能量同向軸，結(jié)合地震波的反射特征綜合分析。

圖3 成果圖

最后進(jìn)行DMO處理和優(yōu)化迭代疊加，DMO處理可以聚焦反射能量，消除傾角對(duì)反射波的影響，準(zhǔn)確成像，還可以提高性噪比。優(yōu)化迭代疊加是一種非等權(quán)疊加的方法，通過估算道樣值，賦予性噪比的疊加權(quán)值較大，反之賦予的權(quán)值較小，這樣實(shí)現(xiàn)優(yōu)化疊加。

4 結(jié)論

本次在高傾角地區(qū)采用單邊接收，對(duì)數(shù)據(jù)采集質(zhì)量有較大提高；在縱向上采用10米道距，提高了淺層煤層的分辨率；最大炮檢距的計(jì)算正確合理；處理時(shí)采用特殊技術(shù)，對(duì)提高分辨率，壓制干擾波有較大改善。

采用上述觀測(cè)系統(tǒng)，對(duì)淺層煤層，高傾角地段煤層都取得了較好的勘探效果，小構(gòu)造成像清晰，整體分辨率和性噪比均有提高，達(dá)到了預(yù)期目的。

［1］陸基夢(mèng).地震勘探原理及資料解釋[Z].石油工業(yè)部勘探培訓(xùn)中心,1982.

［2］李錄明,李正文.地震勘探原理方法和解釋[M].北京：地質(zhì)出版社,2007,3.

［3］李慶珍.地震勘探三維觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)煤田地質(zhì),1998,10(2).