高精度三維地震勘探技術(shù)在淮南礦區(qū)地質(zhì)勘探中的應(yīng)用

李云飛

淮南礦區(qū)經(jīng)過40 多年勘探，勘探目標(biāo)已由上部的13-1 礦層延伸到深部的A 組，原來的三維地震勘探限于當(dāng)時的技術(shù)水平、地質(zhì)任務(wù)、采集參數(shù)和設(shè)備性能等因素的影響，對深部礦層資料控制較差，使礦區(qū)的勘探精度在一定程度上受到了影響。高精度三維地震勘探技術(shù)的發(fā)展使地震勘探的分辨率、信噪比和精度大幅度的提高。它具有寬方位角、高覆蓋次數(shù)、均勻炮檢距道集、小空間采樣間隔等優(yōu)點，其核心思想是小面元、高覆蓋次數(shù)。高精度地震資料能夠提高資料成像效果，提高了小斷層、小陷落柱等地質(zhì)異常的識別精度，更清晰地反映了地層的構(gòu)造特征。

1 地質(zhì)概況

淮南礦田位于華北板塊的南緣，整個礦田為一走向近東西的對稱構(gòu)造盆地。勘探區(qū)為全隱蔽式礦田，自上而下賦存有第四系、二疊系、石炭系、奧陶系。區(qū)內(nèi)地層為二疊統(tǒng)山西組、石盒子組。勘探區(qū)位于背斜的南北兩翼，構(gòu)造較為復(fù)雜。下部背斜南翼采區(qū)地層走向北西向，傾向南西。斷層走向多以北西向發(fā)育，斜切地層走向，主要發(fā)育斷層傾向南西。上部背斜北翼采區(qū)地層走向近東西向，斷層較為發(fā)育，多為近東西走向。

2 地震地質(zhì)條件

測區(qū)地表比較平坦，一般海拔為22m。測區(qū)西北是塌陷區(qū)被水覆蓋，區(qū)內(nèi)有多處魚塘、藕塘，測區(qū)村莊較多，另有預(yù)制場、瓦房窯廠及變電所等，公路與鄉(xiāng)間道路交錯。對測線布設(shè)、地震激發(fā)造成一定困難。本區(qū)地表地震地質(zhì)條件較復(fù)雜。

研究礦區(qū)的潛水面大概為2m 左右，判定為淺層。砂質(zhì)粘土聚集在地層下，為地震激發(fā)提供基本條件。研究現(xiàn)場資料發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)多種地震波頻率。全區(qū)蓋層為松散沖積層，主要礦層與頂、底板相比物性差異大，故礦層與頂板、底板分界面都是良好的反射界面，可形成較強的反射波,深部目的層受上部地層屏蔽影響反射波較弱。深層地震地質(zhì)條件一般。

3 資料采集方法

資料采集使用法國428XL 數(shù)字地震儀，采用規(guī)則束狀16 線10 炮觀測系統(tǒng)，128×16 ＝2048 道數(shù)字檢波器接收，道距10m，線距100m，炮距10m，炮排距80m，最大炮間距：1017.30m，CDP 網(wǎng)格5m×5m，疊加次數(shù)8×8 ＝64 次。該觀測系統(tǒng)具有炮檢距道集均勻、覆蓋次數(shù)高、寬方位角等優(yōu)點。

測線通過村莊，盡量按直線原則布設(shè)，如遇檢波點無法埋置，采用特殊方法、小距離偏移檢波點位置等方式通過。盡量減少丟炮，降低淺層缺口，必須在障礙物周邊或村莊內(nèi)有利位置布設(shè)炮點。工區(qū)內(nèi)及邊緣池塘連片，規(guī)模較大，影響炮檢點的布置。采取距離魚塘、養(yǎng)殖場30m ～50m內(nèi)，深井、小藥量激發(fā)，50m以外正常放炮。水塘水域布設(shè)檢波器，水深小于1.5m處采用防水檢波器接收，水深大于1.5m處，采用壓電檢波器接收，做好水上測量定位。

4 資料處理流程

針對本區(qū)實際情況，資料處理中對聯(lián)片處理的空間進(jìn)行了準(zhǔn)確定位，采用了初至折射靜校正、三次速度分析、DMO 疊加、疊前時間偏移等一系列措施，提高了各主要目的層反射波的信噪比、分辨率和連續(xù)性，最大限度保留了波的動力學(xué)特征，有利于對資料進(jìn)行巖性解釋,獲得了質(zhì)量較高的時間剖面。處理考慮了淺、深目的層反射波能量、頻率變化較大等特點，采用低頻目標(biāo)處理技術(shù)，低頻數(shù)據(jù)提高了深部資料信噪比。

針對該區(qū)三維地震資料的特點和處理目標(biāo)，提出了有針對性的處理流程。

4.1 初至拾取

初至拾取的精度和密度對折射波靜校正有比較大的影響。

4.2 疊前噪音衰減

針對疊前噪音的特點，用三維FK濾波消除面波和線性干擾。

4.3 折射靜校正

采用折射靜校正操作主要指為了避免因低降速帶的地形、厚度、速度變化引發(fā)的波場形變，正常操作流程下可為疊加成像數(shù)據(jù)處理提供依據(jù)，折射靜校正所發(fā)揮出的效果直接影響礦山地質(zhì)測量精度。

靜校正方法：主要的靜校正方法包括野外（一次）靜校正、折射波靜校正和層析靜校正。

（1）野外（一次）靜校正。野外進(jìn)行專門的觀測，如小折射、微測井、地形測量等，獲得近地表模型中的控制點上的數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)外推或內(nèi)插到各個點上；然后確定一個基準(zhǔn)面或者是一個參考面，再根據(jù)地形線高程數(shù)據(jù)，計算出每一個炮點和檢波點上的校正量。

（2）折射波靜校正。折射波靜校正方法需假設(shè)近地表模型由幾個局部水平層構(gòu)成，初至?xí)r間被認(rèn)為是沿著折射界面?zhèn)鞑サ氖撞ǖ钠鹛鴷r間。初至拾取時間被分解成延遲時和折射層速度，再假設(shè)波在折射界面上的入射角是臨界角，將延遲時轉(zhuǎn)換成層厚度。由于延遲時和觀測旅行時之間的關(guān)系是線性的，所以折射波靜校正一般情況下是穩(wěn)定的。折射靜校正具體實現(xiàn)技術(shù)有許多種，但原理都基于基本的折射方程。折射波法大致分為以下幾類：截距時間法、相遇法、波前法、延遲時法、海勒斯法、延遲時法、廣義相遇法。

（3）層析靜校正。層析成像靜校正技術(shù)以折射波走時為觀測數(shù)據(jù)，求取介質(zhì)的速度分布，并把地質(zhì)模型劃分成網(wǎng)格單元，用地震層析成像反演使給定的初始速度模型逐步逼近于真實模型，并由最終速度模型計算出靜校正量。

靜校正應(yīng)用效果：首先對觀測系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量檢測，校正明顯的炮偏，對工區(qū)所有山炮拾取初值，利用初至波層析成像技術(shù)反演近地表速度模型，設(shè)定基準(zhǔn)面高程為22m，替換速度為1700m/s，即可計算炮點和檢波點地表一致性層析靜校正量。對該靜校正進(jìn)行長短波長分離，將短波長分量應(yīng)用后，即可進(jìn)行疊前處理、速度分析等操作，疊加后應(yīng)用長波長分量，消除地表起伏對區(qū)域構(gòu)造的影響。

4.4 振幅補償

由于地震波的幾何擴散、地表激發(fā)接收因素的影響，導(dǎo)致地震記錄深淺能量、炮間、軌道間能量的不均衡，為后面的成像及解釋反演帶來困難。消除這些影響就需要進(jìn)行振幅補償處理。振幅補償處理一般包括幾何擴散補償（或球面擴散補償）技術(shù)和地表一致性振幅補償技術(shù)。經(jīng)過振幅補償處理，單炮深淺能量、炮間能量、道間能量得到了均衡，即消除了地表、激發(fā)、接收等因素帶來的能量上的差異。

4.5 地表一致性反褶積

地表一致性反褶積方法基于地表同一位置的濾波作用與地震波的入射角無關(guān)，無論深、中、淺層反射，其濾波作用均相同理論。在做好靜校正、疊前去噪和能量補償?shù)忍幚憝h(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，選用地表一致性反褶積來進(jìn)一步消除因地表激發(fā)和接收等因素差異而帶來的橫向上的波形不一致問題，此反褶積可以從共炮點，共檢波點，共偏移距，共CMP 道集四個分量進(jìn)行統(tǒng)計，計算反褶積算子，使子波的形態(tài)與能量分布更趨于一致。

在實際處理中，一般將地表一致性反褶積與預(yù)測反褶積組合應(yīng)用，達(dá)到既消除地表影響，又壓制多次波及鳴震等可預(yù)測干擾波，同時提高分辨率的效果。

4.6 速度分析

速度是地震勘探的核心物理量，速度分析的精度直接決定了成像質(zhì)量。本步驟的速度分析指疊加速度分析，其目的為獲取工區(qū)均方根速度場。該速度場即可作為疊加速度直接對CMP 道集進(jìn)行疊加，也可作為偏移的初始速度進(jìn)行偏移計算，具有十分重要的作用。一般而言速度分析時通過生成速度譜，在速度譜上拾取速度，通過觀察道集是否拉平來判斷速度拾取是否準(zhǔn)確。

4.7 自動剩余靜校正

自動剩余靜校正是數(shù)據(jù)處理常規(guī)程序之一，屬于反射波剩余靜校正方法。自動剩余靜校正是基于地表一致性假設(shè)的。檢波器組在位置i 的延遲Gi 和震源在位置j 的延遲Sj，對所有相應(yīng)的地震道都是相同的。通常，事先構(gòu)成一個橫型道，例如經(jīng)過一般處理后的本道集的初步疊加道，或者是經(jīng)過時移處理后的前一個道集的疊加道。將各道與模型道相關(guān)，而不是各道彼此之間相關(guān)。相關(guān)時可以在一個指定的時窗范圍內(nèi)進(jìn)行，而不采用整道相關(guān)。時窗沿測線其位置和長度均可改變，并可事先適當(dāng)?shù)貙?shù)據(jù)進(jìn)行提高信噪比的處理。

最后強調(diào)的是，剩余靜校正所使用的是動校后數(shù)據(jù)集，為此希望動校正速度準(zhǔn)確。但是速度分析又受靜校正量的影響，而速度分析程序一般沒有考慮靜校正量的存在，這就有必要把速度分析與反射波剩余靜校正組合起來進(jìn)行重復(fù)使用，才能達(dá)到比較好的效果。

4.8 DMO 校正

DMO 校正即傾角時差校正，在目的層有傾角的情況下，CMP 道集不是真正的CDP 道集，傾角越大離散越大，DMO 校正的目的是消除傾角時差，實現(xiàn)部分偏移，是NMO 道集接近零偏移距，提高速度分析的精度和疊加成像的質(zhì)量。

4.9 疊后隨機噪音衰減

疊后時間偏移直接在疊加剖面上進(jìn)行偏移操作，因此首先要保證疊加剖面的質(zhì)量，為了進(jìn)一步壓制隨機噪聲，首先進(jìn)行了疊后隨機噪聲衰減。

4.10 兩步法疊后時間偏移

在時間域重疊后地震數(shù)據(jù)上進(jìn)行的偏移為疊后時間偏移，比較常用的方法有頻率-波數(shù)域法、有限差分法和克希霍夫積分法。其中頻率-波數(shù)域法包括Stolt 法和相移法。根據(jù)伊爾馬滋所述，相移法雖然偏移精度高，但效率較低。基于全工區(qū)橫向不變的低速模型進(jìn)行一次Stolt 法偏移，再利用剩余速度場進(jìn)行有限差分法剩余偏移，這樣的兩步法偏移效果接近相移法偏移，且效率較高。

4.11 低頻處理

低頻處理適當(dāng)提高深部地層反射波信噪比，針對A 組礦至奧灰段的斷裂構(gòu)造、陷落柱、溶洞等進(jìn)行目標(biāo)處理。有利于對深部礦層、灰?guī)r頂板起伏形態(tài)及構(gòu)造發(fā)育情況解釋控制。反褶積拓展有效信號的頻帶，提高低頻信號能量。低頻信號也能夠提高分辨率與成像精度、改善時間剖面質(zhì)量，將低頻信息進(jìn)行有效拓寬，改善地震資料品質(zhì)，提高深部反射波能量及連續(xù)性，有利于解釋、識別深部反射波特征變化反應(yīng)的地質(zhì)異常。提高低頻信號后下，深部目的層反射波能量有所加強，對下部目的層地質(zhì)異常的解釋更為有利。

5 資料解釋流程

資料解釋采用常規(guī)及低頻兩套數(shù)據(jù)體，利用Geoframe軟件的強大功能，通過人機聯(lián)作解釋相結(jié)合的方法，結(jié)合微機版多功能解釋軟件進(jìn)行綜合分析。利用鄰區(qū)鉆孔測井資料做合成記錄，與時間剖面對比，標(biāo)定主要反射波對應(yīng)的地質(zhì)層位，在正確識別上述地震波的基礎(chǔ)上，運用波的運動學(xué)和動力學(xué)特征，進(jìn)行相位對比和波組波系對比。以垂直時間剖面為主，結(jié)合多種地震屬性分析技術(shù)，充分分析巷道、鉆孔等已知的地質(zhì)資料，最終解釋的成果構(gòu)造控制較為可靠，總體構(gòu)造形態(tài)較為明確，與實際地質(zhì)情況吻合較好。

6 多屬性地震解釋

資料解釋中運用多種屬性解釋方法進(jìn)行綜合解釋，對細(xì)微構(gòu)造及各種地質(zhì)異常現(xiàn)象進(jìn)行了有效識別。地震屬性種類較多，本次運用的屬性解釋方法有：螞蟻體、相干體、均方根振幅、構(gòu)造體、譜分解和曲率體等。

6.1 方差體及構(gòu)造體

地震方差體屬性的基礎(chǔ)是誤差分析，主要通過相鄰道地震信號的相似度屬性描述地質(zhì)構(gòu)造資料。其在地震道特征描述以及目的層展布等方面已經(jīng)取得了良好的應(yīng)用效果。因此，地震方差體屬性可以應(yīng)用在構(gòu)造解釋中，由于對構(gòu)造解釋的精度要求越來越高，基于地震方差體屬性能夠表述出地質(zhì)構(gòu)造間不連續(xù)的斷層與褶皺關(guān)系。方差體、構(gòu)造體技術(shù)的核心是計算解釋三維數(shù)據(jù)體中所有采樣點的方差值，在一個時窗內(nèi)計算某一數(shù)據(jù)道與其周圍數(shù)據(jù)道平均值之間的方差，然后加權(quán)歸一化后求出該點的值，它對相似性數(shù)據(jù)進(jìn)行了壓制，使不連續(xù)的數(shù)據(jù)更加明顯；構(gòu)造體是在考慮到數(shù)據(jù)體傾角屬性的基礎(chǔ)上的方差體，并保持振幅不變，使斷裂特征更加突出。方差體水平切片對特殊地質(zhì)體尤其是斷層的分辨能力遠(yuǎn)高于普通的時間剖面。因此，方差體、構(gòu)造體的水平切片可以很好的檢測裂縫發(fā)育帶、識別斷層展布情況，對古河道、陷落柱等地質(zhì)現(xiàn)象都有較好反映。通過對比相干體與構(gòu)造體切片，可以看出，構(gòu)造體切片對于小斷層、裂隙發(fā)育帶等細(xì)微構(gòu)造的分辨力強于相干體。

6.2 利用曲率解釋

曲率是曲面在某點的褶皺程度的度量。曲率屬性是一種新的地震資料解釋方法，它的原理是利用底層的彎曲程度進(jìn)行礦層分析和構(gòu)造解釋，通過對地質(zhì)體的曲率變化進(jìn)行分析，能夠有效識別裂縫、斷層、彎曲和褶皺等地質(zhì)構(gòu)造。曲率屬性對構(gòu)造形態(tài)的變化非常靈敏，可以反映出目的層細(xì)微的變化。當(dāng)?shù)貙又写嬖诘刭|(zhì)異常或者斷層時，它的曲率屬性就會發(fā)生突變。它對大的斷裂系統(tǒng)的分布有較好的反映，對裂隙發(fā)育帶和小斷層的反映也相當(dāng)明顯。

6.3 螞蟻追蹤技術(shù)

螞蟻體追蹤技術(shù)基于蟻群算法實現(xiàn)對斷裂的識別和追蹤。該算法的基本原理是模擬螞蟻在食物和巢穴之間根據(jù)可吸引螞蟻的信息素濃度尋求最佳的路徑。在地震數(shù)據(jù)中，“螞蟻”根據(jù)振幅及相位之間的差異，沿著最可能的裂縫和斷層移動，完成對二者的刻畫。螞蟻追蹤解釋技術(shù)具有直觀、快速、客觀、精度高等優(yōu)點。它使邊界特征得到增強，特殊地層的不連續(xù)性也更為突出，可以對細(xì)微構(gòu)造進(jìn)行更加精細(xì)的識別，斷層尖滅位置也可以很好的反映出來。

6.4 振幅屬性

反射系數(shù)的大小和反射系數(shù)的組合決定了地震振幅的大小，因此，地震振幅反映了相應(yīng)地層的物性變化。振幅的平面變化會反應(yīng)出對應(yīng)目的層巖性的變化情況，可以作為判斷特殊巖性體存在的依據(jù)。還可以在鉆探資料的約束下，利用礦層反射波振幅數(shù)值預(yù)測礦層厚度變化趨勢。反射波的均方根振幅，其沿層切片可以有效識別巖漿巖侵蝕、礦層厚度變化、地層沉缺等巖性變化情況。采空區(qū)會嚴(yán)重影響反射波的品質(zhì)，利用振幅屬性可以圈定反射波品質(zhì)變差帶，識別采空區(qū)。

6.5 譜分解技術(shù)

譜分解方法是將地震數(shù)據(jù)處理成頻率切片，將地震數(shù)據(jù)體從時間域轉(zhuǎn)化到了頻率域。它提供了一種在頻率域?qū)Φ卣饠?shù)據(jù)進(jìn)行分析、解釋的新途徑。從本質(zhì)上說，將頻譜分解算法（如傅立葉變換）應(yīng)用到地震反射數(shù)據(jù)后，地震信息就轉(zhuǎn)換為頻率信息。地震數(shù)據(jù)經(jīng)譜分解后,可以生成振幅譜和相位譜。振幅譜能夠識別地層的時間厚度變化情況,相位譜可以檢測地質(zhì)體橫向上的不連續(xù)性變化，因此譜分解技術(shù)相比常規(guī)地震技術(shù)可以得到更精細(xì)的地質(zhì)體成像。解釋人員通過不同頻率的數(shù)據(jù)信息，能夠識別出常規(guī)解釋中可能忽略的地層信息和構(gòu)造特征。

DFT 譜分解技術(shù)是通過短時窗離散傅里葉變換將地震資料從時間域轉(zhuǎn)換到頻率域，得到振幅譜和相位譜調(diào)諧數(shù)據(jù)體的一項技術(shù)。斷層對相位的穩(wěn)定性影響較大，可以用相位調(diào)諧體的切片識別斷層。頻率變化從25Hz ～80Hz，間隔15Hz。利用譜分解技術(shù)可以相應(yīng)圈定出各種礦層的地質(zhì)異常范圍。

7 地質(zhì)成果

查明了區(qū)內(nèi)新生界厚度變化，控制了A 組、C3I 組灰?guī)r及奧灰頂界面起伏形態(tài)及底板標(biāo)高，預(yù)測了A 組礦層下至奧灰地層之間發(fā)育的3 個地震波低速異常帶，解釋了主要礦層落差5m 及以上斷層，利用屬性識別技術(shù)解釋了各礦層厚度變化趨勢。根據(jù)多屬性及振幅變化特征解釋，未發(fā)現(xiàn)溶洞、直徑20m 以上的陷落柱以及火成巖侵入等其它地質(zhì)構(gòu)造的異常現(xiàn)象。

8 結(jié)論

本次高精度三維地震勘探采用了合理的觀測系統(tǒng)，克服了野外采集中塌陷區(qū)、風(fēng)井、村莊等障礙物的影響，通過采取有效的技術(shù)措施進(jìn)行精細(xì)處理，獲得了較高質(zhì)量的數(shù)據(jù)體。資料解釋過程中開展了多種地震屬性分析技術(shù)，對地震資料進(jìn)行了精細(xì)解釋，圈定了采空區(qū)、地震波低速異常區(qū)，取得了較好的地質(zhì)成果。