煤田三維地震勘探采集設計中的偏移孔徑探討

劉萬金崔 凡梁 平

(1.中國石油大學CNPC物探重點實驗室,北京市昌平區,102249;(2.中國礦業大學(北京),北京市海淀區,100083)

煤田三維地震勘探采集設計中的偏移孔徑探討

劉萬金1崔 凡2梁 平2

(1.中國石油大學CNPC物探重點實驗室,北京市昌平區,102249;(2.中國礦業大學(北京),北京市海淀區,100083)

通過對偏移孔徑進行探討,得到偏移孔徑的選取范圍,并通過對勘探煤區進行實例分析,對偏移孔的選取范圍進行論證。

三維地震勘探 偏移鑲邊 偏移孔徑 經驗法則

1 引言

隨著我國經濟的發展,能源的需求越來越大,從而對煤炭資源的開發、利用顯得越來越重要,國家對煤田勘探、開發的投入越來越大,對煤田采區的構造和斷層的控制作用,需要更加深入細致的了解。煤田三維地震勘探在煤田構造探查方面已經是一種非常成熟的方法,能夠了解更加精細的地質構造,特別是小斷層的發育情況。

然而在進行地震勘探采集設計時,部分技術人員對偏移孔徑的認識不夠,造成采集得到的資料在后續處理偏移過程中出現問題,使得解釋結果不準確。為了使傾斜層、斷層和能產生繞射的構造體正確歸位,在布署勘探范圍時,必須考慮到偏移而擴大滿覆蓋面積,通常稱為偏移鑲邊,偏移鑲邊的多少稱為偏移孔徑。不同的邊界,不同目的層深度、傾角,具有不同的偏移孔徑,要分別計算,尤其針對主要目的層計算。

2 偏移孔徑計算方法

偏移孔徑的多少是有一定規律可循的,偏移孔徑主要考慮如下3方面的因素。

(1)考慮實際地層傾角時的偏移孔徑,當成像邊界出地層向外傾斜時,射線發散。為了在邊界處正確成像,滿覆蓋區需要向外擴展一定的距離,這個距離稱為實際地層傾角的偏移孔徑。

式中:h——勘探邊界點所對應的目的層深度;θ——目的層傾角。

圖1 傾斜層歸位偏移孔徑示意圖

傾斜層歸位偏移孔徑示意圖見圖1,從炮點S發射的地震波經界面NN’反射,由接收點R接收到,S和R的中點是M,S和R所形成的記錄相當于M點自激自收的記錄,如果目的層上界面是水平的,反射點N在M點正下方,當界面是傾斜的,則反射點移到N’處,也就是說為了使N’點正確成像,接收范圍需要擴展MM’(M’為N在地面的投影),由三角形相似可以得到∠NMN’=θ,可得 MM’=NN’=MN ×tgθ=h×tgθ(h為N’點的實際深度)。

(2)考慮第一菲涅耳帶時的偏移孔徑,菲涅耳帶是反射面的一個部分,第一菲涅耳帶內的兩個反射點被認為在地面觀測時是不可分辨的。從繞射的觀點來看,橫向分辨率依賴于分辨兩個鄰近繞射的能力。偏移孔徑要大于第一菲涅耳帶的一半(根據經驗法則一般取h×tg15°),在第一菲涅耳帶處繞射能量收斂大約65%。

式中:λ——地震波主頻率所對應的波長;

h——勘探邊界點所對應的目的層深度。

菲涅耳帶示意圖見圖2,地表點震源M發出的球面波到達界面時的波前面,與前面相距1/4波長先期到達的另一波前面在界面上形成的范圍CC’稱第一菲涅爾帶;在第一菲涅爾帶內的地質體的繞射相當于一個點的繞射,為了能夠分辨地質體,需要偏移孔徑大于第一菲涅爾帶。

圖2 菲涅耳帶示意圖

(3)考慮不連續點繞射時的偏移孔徑,當震源能量抵達地下一個不連續點時,可按所有角度發生繞射,當地面有接收器時,就能接收到繞射能量,其旅行時間相當于震源能量旅行到該點的時間加上從該點到接收器的時間。考慮不連續點繞射時的偏移孔徑見圖3。地下繞射點R距地面深度為h,在地面的投影為R’,R點產生繞射,為了使偏移處理后繞射能量曲線收斂,根據經驗法則,用繞射曲線兩側30°出射角范圍內(NM內)的繞射射線進行偏移,繞射能量收斂大約95%;這就需要在邊界處向外擴展R’M,R’M=h×tg30°。

根據以上計算,如果地層傾角大于30°,則根據地層傾角來選取偏移孔徑,如果小于30°,則根據第一菲涅耳帶和不連續點繞射來選取偏移孔徑,要大于第一菲涅耳帶,越接近不連續點繞射時的偏移孔徑越好。

圖3 考慮不連續點繞射時的偏移孔徑

3 應用實例

勘探區位于安徽省淮北礦業集團桃園煤礦,長2.8 km,寬1.25 km,測區面積為3.5 km2,基本上為一走向近南北、向東傾斜的單斜構造,勘探區最深煤層底板等高線見圖4。目的層的傾角北部較陡(最大為 33°),南部較緩(最小 20°),地層傾角呈有規律變化。

圖4 勘探區最深煤層底板等高線

根據該區的地質調查報告和地質任務,確定了最深目的層的深度h=600～1300 m,目的層傾角θ=20～33°;西南方向目的層深度較淺,為700 m,傾角為20°,東南方向目的層深度較深,為1200 m,傾角為20°;西北方向目的層深度為600 m,傾角25°;東北方向目的層深度為1300 m,傾角33°。為了能更好地完成本次地震勘探的地質任務,在進行地震采集設計時,要保證后期處理所需要的滿覆蓋面積。根據目的地層傾角與埋深的不同,在各個方向分別求取偏移孔徑。

考慮到目的層走向近南北,而測線的布置方向垂直于走向,故南北兩個方向的偏移孔徑可以適當變小,西部目的層深度范圍600～700 m,且角度變化不大,取700 m作為偏移鑲邊的所用深度;而東部目的層深度較深,且角度從20°變化到33°,故偏移孔徑不能采用單一值,在南邊采用深度1200 m,北部采用1300 m進行偏移鑲邊。于是地震采集設計所采用的偏移孔徑分別為:南北兩個方向為htan=800 m×0.58=464 m;西部為htan=700 m×0.58=405 m;東部南端為htan=1200 m×0.58=693 m;東部北端為htan=1300 m×0.65=845 m,從南往北逐漸遞增。

由于本次地震勘探最深目的層深度較深、傾角較大,偏移鑲邊所需偏移孔徑很大,使得設計滿覆蓋面積大大超過了勘探區的面積,增加了施工成本,勘探區范圍與設計滿覆蓋范圍見圖5。

但正是由于偏移孔徑選取得當,為地震資料的后期處理解釋提供了質量保證。圖6是勘探區內的一個地震偏移剖面,目的層傾角較大,偏移孔徑選擇適當,勘探區邊界最深目的層偏移后得到很好地成像,如果沒有足夠的偏移孔徑,邊界的成像會受到很大的影響。

4 結論

在煤田三維地震勘探中,由于勘探區面積都不大,進行偏移鑲邊時往往會使設計滿覆蓋面積大大超過了勘探區的面積,一些采集施工設計人員為了減少施工成本,對偏移孔徑的選取就會不足,甚至把勘探面積直接作為滿覆蓋面積來進行設計,這樣就使得采集的資料在后續的處理過程因為偏移孔徑的不足出現許多問題,導致一些構造體不能很好地成像,從而使解釋工作也受到影響。

為了保證煤田三維地震勘探的質量,在采集施工設計時對偏移孔徑的選取必須要適當,只有偏移孔徑選取適當才能保證特殊構造的正確成像,為后續的處理、解釋、反演等各項工作打好基礎。

[1]Andreas Cordsen等,俞壽朋譯.陸上三維地震勘探的設計與施工[M].石油地球物理勘探局,1996

[2]陸基孟,王永剛.地震勘探原理[M].中國石油大學出版社,2009

[3]郭繼華,夏立冬.地震勘探設計鑲邊初探[J].科技信息,2007(29)

(責任編輯 張艷華)

Discussion on migration aperture in acquisition design for 3D seismic coal exploration

Liu Wanjin1,Cui Fan2,Liang Ping2
(1.CNPC Key Laboratory of Geophysical Exploration,China University of Petroleum,Changping,Beijing 102249,China;2.China University of Mining and Technology(Beijing),Haidian,Beijing 100083,China)

Discussion results in a range of migration apertures for selection,and the range is verified through case study of the coalfield explored.

3D seismic exploration,bordered migration,migration aperture,rule of thumb

P631.4

B

劉萬金(1980-),男,山東濰坊人,中國石油大學(北京)在讀博士,主要研究方向為地震勘探。