邵冬梅 （中原油田物探研究院，河南 濮陽457001）

郭東啟，盧殿龍，羅春波 （大慶鉆探工程公司地球物理勘探二公司，吉林 松原138000）

大傾角斷層斷面波的觀測孔徑及空間采樣探討

邵冬梅 （中原油田物探研究院，河南 濮陽457001）

郭東啟，盧殿龍，羅春波 （大慶鉆探工程公司地球物理勘探二公司，吉林 松原138000）

針對東濮凹陷復(fù)雜斷塊區(qū)大傾角斷層發(fā)育、以往采集中不易接收到清晰斷面波的問題，利用理論模型分析了大傾角斷層斷面波的觀測孔徑，進(jìn)而對大傾角斷層發(fā)育區(qū)的地震采集方法進(jìn)行相關(guān)論證，取得了幾點認(rèn)識：大傾角斷面波的觀測孔徑是一個寬度有限的狹窄條帶；只有在下傾方向才能接收到；只有當(dāng)炮密度和道密度較高時，才能得到較多的斷面反射信息，有利于斷面波的成像。

大傾角斷層；斷面波；觀測孔徑；空間采樣；波場照明

東濮凹陷地下斷裂復(fù)雜，大傾角斷層非常發(fā)育，獲得清晰的斷層成像是東濮凹陷地震勘探的重要任務(wù)之一。正確利用和解釋斷面反射波，用以確定斷層位置和產(chǎn)狀，在該區(qū)的地震解釋中尤為重要。在以往的地震勘探中，由于采集方法局限，在M、W等地區(qū)老剖面上很難看到斷層斷面波，老資料中斷層位置、產(chǎn)狀也不夠清晰。筆者針對東濮探區(qū)大傾角斷層發(fā)育的現(xiàn)象，利用地質(zhì)模型結(jié)合波動照明分析技術(shù)，對大傾角斷層的反射接收情況進(jìn)行了分析論證，取得了幾點認(rèn)識：在大傾角斷層發(fā)育區(qū)應(yīng)優(yōu)選觀測參數(shù)，適當(dāng)加大排列長度和覆蓋次數(shù)，做到在觀測孔徑內(nèi)接收和利用小面元提高對大傾角斷層的刻畫能力，提高復(fù)雜斷塊區(qū)資料的信噪比。

1 大傾角斷層觀測孔徑分析

1.1 東濮凹陷主要斷層的斷面傾角分析

從已知資料來看，東濮凹陷大傾角斷層相當(dāng)發(fā)育，所有主要斷層斷面最大傾角都是50～70°。由此可以推斷，在同一應(yīng)力場作用下，由這些主斷裂派生的小斷層其斷面傾角也會相當(dāng)大。

1.2 斷面波的觀測孔徑分析

對于大傾角斷層的斷面波，在地面上只能在某一特定的范圍內(nèi)才能觀測到，把這一范圍定義為斷面波的觀測孔徑。

用均勻介質(zhì)、直射線理論來討論斷面波的觀測孔徑。如圖1所示：設(shè)R為地面，F(xiàn)為一斷面，傾角60°，A為斷面上的一個反射點，B點為A點在地面上的投影，h為A點的垂直深度，AD為斷面F的法線，則D點為地面上自激自收的位置。當(dāng)炮點在C點時，反射線AE與地面平行。

由圖1可以看出，當(dāng)炮點位于C點時，反射線AE與地面平行，這意味著在C點右側(cè)的任何位置激發(fā)或接收，都不可能得到來自A點的斷面反射。當(dāng)炮點從C點向左移動時，一開始地震射線在地面上的出射點接近于無窮遠(yuǎn)；當(dāng)炮點逐步靠近D點時，出射點也由遠(yuǎn)而近逐步靠近D點。D點、C點的位置與h的關(guān)系為：DB＝1.73h，DC＝1.15h，BC＝0.58h?？梢缘贸?，只有在斷層的下傾方向才能接收到斷面波，斷面波有效觀測孔徑是一個位于斷面F過A點的法線平面與地面交線兩側(cè)一定范圍內(nèi)的狹窄條帶。

圖2為用圖解法估算當(dāng)h＝3000m、斷面傾角為60°時的觀測孔徑。當(dāng)h＝3000m時，DB＝5190m，DC＝3450m。當(dāng)炮點位于DC的中點M時，反射線在G點出射，距M點約7500m，這已超出了目前實際生產(chǎn)中使用的最大炮檢距，因而實際上是接收不到的。

圖1 斷面波觀測孔徑分析圖

圖2 用圖解法估算斷面波的觀測孔徑

當(dāng)炮點位于H點，且DH＝DC/4時，反射線在K點出射，KH約為3200m，這時才進(jìn)入最大炮檢距為3500m左右時的有效接收范圍。由此可見，在最大炮檢距為3500m左右的情況下，斷面波的有效觀測范圍在略大于HK的范圍。在上述條件下，以二維采集垂直斷層走向觀測為例，如果炮檢距為100m，能得到A點的反射的總炮數(shù)大約在35炮左右，這與大致水平的地層反射相比顯然少得多，這就不難理解為什么以往老資料大傾角斷層斷面不清楚的原因了。不難看出，當(dāng)炮密度和道密度低時，得到的斷面反射信息很少；只有當(dāng)炮密度和道密度高時，才能得到較多的斷面反射信息，有利于斷面波的成像。

1.3 大傾角斷面波的空間采樣分析

為了保證資料處理中不出現(xiàn)空間假頻，要求采樣時要有足夠的空間采樣密度［3］。一般要求一個波長不少于兩個采樣，在高精度勘探中要求更高。

根據(jù)視速度和視波長的計算公式：

式中，V＊為視速度，m/s；V為速度，m/s；h為反射點的垂直深度，m；x為最大炮檢距，m；θ為地層傾角，（°）；λ＊為反射波的視波長，m；fmax為信號的主頻，Hz。

在V＝2800m/s，h＝3000m，x＝3500m，f＝50Hz，地層傾角分別為0、50、60、70°時，分別計算的視速度和視波長如表1所示。

表1 地層傾角與視速度、視波長的關(guān)系

從表1可以看出，要保證大傾角斷面波不出現(xiàn)空間假頻，在接收范圍內(nèi)需要較高的空間采樣密度。

1.4 利用波場照明分析觀測系統(tǒng)

根據(jù)速度模型，利用單程傅里葉有限差分波場傳播算子將目標(biāo)層的平面源延拓到地表，通過分析從目標(biāo)層延拓到地表的波場能量的分布，可以確定目標(biāo)層成像所需要的炮點或者檢波點的位置［4，5］。圖3為基于陡傾角斷層地質(zhì)模型的照明分析。由圖3可見，照明分析結(jié)果與觀察孔徑的理論分析結(jié)果二者是相符的。

圖3 基于陡角度斷層地質(zhì)模型的照明分析

2 實例分析

M地區(qū)是東濮凹陷的重點儲量接替區(qū)，該地區(qū)大傾角斷層發(fā)育、構(gòu)造破碎、地下地質(zhì)條件復(fù)雜，勘探難度很大。上世紀(jì)90年代該地區(qū)進(jìn)行了一次三維地震采集，其主要采集參數(shù)為：6線4炮觀測系統(tǒng)，360道接收，面元大小25m×50m，覆蓋次數(shù)為10×2。由于面元大，采樣密度低，導(dǎo)致資料分辨率低，反射雜亂，斷點不清，無法對小斷塊進(jìn)行清晰刻畫。近年來，中原油田在該地區(qū)進(jìn)行了高精度三維地震勘探。為提高深層和陡傾角構(gòu)造的分辨率，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計確定該次采集的觀測系統(tǒng)為：32線10炮觀測系統(tǒng)，4096道接收，最大炮檢距3400m，可變面元觀測，5m×5m面元覆蓋次數(shù)為8×2，25m×25m面元覆蓋次數(shù)達(dá)40×10。該次采集取得了較好的效果，成像效果明顯改善，對小斷塊的分辨和刻畫能力有了很大程度提高。

對比分析M工區(qū)新老采集的三維剖面 （圖4），與老資料相比，高精度三維地震剖面比老剖面提高最為顯著的地方是斷層更加清晰了。斷層之所以變得清晰是因為老剖面上很難看到斷面波，而新剖面上斷面波十分清晰。究其原因，正是因為高精度三維地震勘探采用大炮檢距、高覆蓋次數(shù)、小面元、多道數(shù)、小道線距接收的采集方法，驗證了高密度采樣能使斷面波變得清晰的理論分析。

圖4 老剖面 （左）和新高精度地震剖面 （右）對比

3 結(jié) 論

通過對大傾角斷層斷面波的觀測孔徑及空間采樣進(jìn)行理論分析論證，并結(jié)合東濮凹陷同一地區(qū)不同采集方案采集的新老資料進(jìn)行驗證，取得了幾點認(rèn)識：

1）大傾角斷面波的觀測孔徑是一個寬度有限的狹窄條帶，能夠觀測到斷面波的炮數(shù)是有限的，每一炮中能夠接收到斷面波的道數(shù)也是有限的，而且只有在斷層的下傾方向才能接收到斷面波。當(dāng)炮密度和道密度低時，得到的斷面反射信息很少。只有當(dāng)炮密度和道密度高時，才能得到較多的斷面反射信息，有利于斷面波的成像，這正是高密度采樣斷面波變得清晰的主要原因。

2）斷面越深、越陡，觀測孔徑與斷層的水平距離越大，觀測效果越差。這正是地震剖面上深部斷層、陡傾角斷層往往不清晰的主要原因。

3）在工區(qū)邊緣，有必要像考慮偏移孔徑那樣考慮斷面波的觀測孔徑問題。

［1］俞壽朋.高分辨率地震勘探 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1993.

［2］李慶忠.走向精確的勘探道路 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1993.

［3］陸基孟.地震勘探原理 ［M］.東營：石油大學(xué)出版社，1996.

P631.44

A

1000－9752（2011）06－0224－04

2011－04－20

邵冬梅 （1970－），女，1991年大學(xué)畢業(yè)，高級工程師，現(xiàn)主要從事地震勘探采集方法及地震構(gòu)造解釋方面的工作。

［編輯］ 龍 舟