劉萬金崔 凡梁 平

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

煤田三維地震勘探采集設(shè)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(xué)CNPC物探重點實驗室,北京市昌平區(qū),102249;(2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京),北京市海淀區(qū),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(qū)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(jīng)驗法則

1 引言

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,能源的需求越來越大,從而對煤炭資源的開發(fā)、利用顯得越來越重要,國家對煤田勘探、開發(fā)的投入越來越大,對煤田采區(qū)的構(gòu)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(gòu)造探查方面已經(jīng)是一種非常成熟的方法,能夠了解更加精細的地質(zhì)構(gòu)造,特別是小斷層的發(fā)育情況。

然而在進行地震勘探采集設(shè)計時,部分技術(shù)人員對偏移孔徑的認(rèn)識不夠,造成采集得到的資料在后續(xù)處理偏移過程中出現(xiàn)問題,使得解釋結(jié)果不準(zhǔn)確。為了使傾斜層、斷層和能產(chǎn)生繞射的構(gòu)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(guī)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(dāng)成像邊界出地層向外傾斜時,射線發(fā)散。為了在邊界處正確成像,滿覆蓋區(qū)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(yīng)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(fā)射的地震波經(jīng)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(dāng)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(dāng)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(nèi)的兩個反射點被認(rèn)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(jù)經(jīng)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(yīng)的波長;

h——勘探邊界點所對應(yīng)的目的層深度。

菲涅耳帶示意圖見圖2,地表點震源M發(fā)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(nèi)的地質(zhì)體的繞射相當(dāng)于一個點的繞射,為了能夠分辨地質(zhì)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(xù)點繞射時的偏移孔徑,當(dāng)震源能量抵達地下一個不連續(xù)點時,可按所有角度發(fā)生繞射,當(dāng)?shù)孛嬗薪邮掌鲿r,就能接收到繞射能量,其旅行時間相當(dāng)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?？紤]不連續(xù)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(chǎn)生繞射,為了使偏移處理后繞射能量曲線收斂,根據(jù)經(jīng)驗法則,用繞射曲線兩側(cè)30°出射角范圍內(nèi)(NM內(nèi))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(jù)以上計算,如果地層傾角大于30°,則根據(jù)地層傾角來選取偏移孔徑,如果小于30°,則根據(jù)第一菲涅耳帶和不連續(xù)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(xù)點繞射時的偏移孔徑越好。

圖3 考慮不連續(xù)點繞射時的偏移孔徑

3 應(yīng)用實例

勘探區(qū)位于安徽省淮北礦業(yè)集團桃園煤礦,長2.8 km,寬1.25 km,測區(qū)面積為3.5 km2,基本上為一走向近南北、向東傾斜的單斜構(gòu)造,勘探區(qū)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(guī)律變化。

圖4 勘探區(qū)最深煤層底板等高線

根據(jù)該區(qū)的地質(zhì)調(diào)查報告和地質(zhì)任務(wù),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(zhì)任務(wù),在進行地震采集設(shè)計時,要保證后期處理所需要的滿覆蓋面積。根據(jù)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(dāng)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(shè)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(shè)計滿覆蓋面積大大超過了勘探區(qū)的面積,增加了施工成本,勘探區(qū)范圍與設(shè)計滿覆蓋范圍見圖5。

但正是由于偏移孔徑選取得當(dāng),為地震資料的后期處理解釋提供了質(zhì)量保證。圖6是勘探區(qū)內(nèi)的一個地震偏移剖面,目的層傾角較大,偏移孔徑選擇適當(dāng),勘探區(qū)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(jié)論

在煤田三維地震勘探中,由于勘探區(qū)面積都不大,進行偏移鑲邊時往往會使設(shè)計滿覆蓋面積大大超過了勘探區(qū)的面積,一些采集施工設(shè)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(shè)計,這樣就使得采集的資料在后續(xù)的處理過程因為偏移孔徑的不足出現(xiàn)許多問題,導(dǎo)致一些構(gòu)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(zhì)量,在采集施工設(shè)計時對偏移孔徑的選取必須要適當(dāng),只有偏移孔徑選取適當(dāng)才能保證特殊構(gòu)造的正確成像,為后續(xù)的處理、解釋、反演等各項工作打好基礎(chǔ)。

[1]Andreas Cordsen等,俞壽朋譯.陸上三維地震勘探的設(shè)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(xué)出版社,2009

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

(責(zé)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(xué)(北京)在讀博士,主要研究方向為地震勘探。