談國強

（潞安新疆煤化工〈集團(tuán)〉有限公司，新疆 哈密839000）

0 引言

三維地震勘探施工設(shè)計的正確與否是至關(guān)重要的，它直接關(guān)系到三維地震勘探的成果質(zhì)量，關(guān)系到三維地震勘探的效益，地震勘探施工設(shè)計的缺陷與不足，對地震勘探的影響是巨大的，因為野外采集會造成后期資料處理與解釋的“硬傷”是不可恢復(fù)的，事實上也是難以補救的。 實際中三維地震勘探采集參數(shù)應(yīng)包含三維地震采集參數(shù)的選擇、觀測系統(tǒng)類型選擇、鑲邊偏移量估算、有效覆蓋次數(shù)預(yù)測等。 施工設(shè)計是從地質(zhì)任務(wù)出發(fā)，在研究、分析勘探區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)資料的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的。 所以收集地質(zhì)資料是施工設(shè)計的第一步，在煤田地震勘探中，一般要收集以下資料：勘探區(qū)大比例尺地形地質(zhì)圖；勘探區(qū)及臨近區(qū)以往地質(zhì)勘探報告與成果圖件、圖表（煤層底板等高線圖、鉆孔成果統(tǒng)計表）；勘探區(qū)鉆孔柱狀圖及煤層對比圖（含測井曲線）；勘探區(qū)及臨近區(qū)以往地震勘探的成果（包括文字報告、試驗報告、地震時間剖面、成果圖件等）；采掘工程布置圖以及掘進(jìn)巷道地質(zhì)剖面圖。但在勘探程度低的區(qū)域，以上需要收集的資料均缺乏，需要采用新的思路進(jìn)行采集參數(shù)論證。

1 三維地震采集參數(shù)的選擇

三維地震勘探采集參數(shù)主要包括空間采樣間隔選擇、最大炮檢距選擇、最大非縱距選擇、覆蓋次數(shù)選擇等。

1.1 空間采樣間隔選擇

空間采樣，是指三維的地面采樣道距和測線距，也可以用地下共深度點（CDP）網(wǎng)格面積（Dx、Dy）的大小來討論，其中：Dx表示沿測線方向（x 方向）的CDP 點距，Dy表示垂直于縱測線方向（y 方向）的CDP點距。 只有在這兩個方向上都滿足采樣定理的要求時，才能獲得完整的空間采樣頻率，否則將產(chǎn)生空間假頻干擾。

在設(shè)計觀測系統(tǒng)時，按下式計算Dx、Dy：

式中，VRMS為均方根速度；fmax為有效波最高頻率；θx、θy為沿測線縱橫方向上地震射線入射到地面的角度。

1.2 最大炮檢距的選擇

因為近炮檢距接收的信息，各種干擾較強，而較大炮檢距所接收的信息干擾較弱，具有較高的信噪比。為接收到更豐富的反射信息，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)淖畲笈跈z距，以確保接收到更多來自陡傾角地層的反射信息。但炮檢距過大時會引起“拉伸畸變”、影響速度分析精度，進(jìn)而影響地震資料的成像質(zhì)量，因此，最大炮檢距的選擇應(yīng)考慮處理時動校正拉伸、疊加速度的精度、反射系數(shù)隨入射角的變化及共反射點的離散等。

如果給出動校正拉伸后頻率降低得允許值，就可以計算出允許的最大炮檢距。 如給出fN／f≥kf，可得：

式中，kf為頻率拉伸系數(shù)，一般取12.5%；x 為最大炮檢距，單位為m；t0為目的層旅行時間， 單位為s；ν 為目的層上覆地層均方根速度，單位為m/s。 從這來看，一般要求最大炮檢距小于或等于勘探目的層的深度。

1.3 最大非縱距的選擇

最大非縱距（ymax）是一個排列片中，垂直接收線方向的最大炮檢距。

式中，ψ 為目的層最大傾角， 單位為度；δt 為同一CMP 道集內(nèi)的最大時差，一般取有效反射波視周期的1/4，單位為s；ν 為平均速度，單位為m/s；t0為目的層雙程反射時間，單位為s。

1.4 覆蓋次數(shù)

覆蓋次數(shù)就是對一個疊加道做貢獻(xiàn)的道數(shù)，由于覆蓋次數(shù)直接影響到最終資料的信噪比和分辨率，增加覆蓋次數(shù)，有利于壓制規(guī)則干擾波和隨機噪音，也有利于速度分析和疊前偏移；但是，覆蓋次數(shù)也不是越高越好，因為疊加具有低頻效應(yīng)。一般來說，可以根據(jù)以往地震施工經(jīng)驗或者試驗情況，綜合勘探區(qū)地震地質(zhì)任務(wù)的難度來確定。

2 三維觀測系統(tǒng)的設(shè)計原則

三維地震觀測系統(tǒng)設(shè)計不僅要綜合考慮勘探區(qū)地質(zhì)、地形、地貌、交通及儀器性能等因素，還應(yīng)遵循以下幾個原則：

①要求各CDP 點的方位角分布、 炮檢距分布、 覆蓋次數(shù)分布合理，有利于地質(zhì)體的正確成像；

②采集的三維地震資料要滿足各種處理技術(shù)的要求；

③要求較淺的層位應(yīng)有一定的覆蓋次數(shù)，以滿足大炮初至折射靜校正或?qū)游龀上穹囱蒽o校正處理的需要；

④要求有較高的分辨率；且具有可操作性和較高的性價比。

3 鑲邊偏移量估算

在地震施工設(shè)計時必須考慮鑲邊，一是為了保證勘探邊界都能達(dá)到滿覆蓋次數(shù)，二是要提前考慮到傾斜地層在資料處理時的偏移孔徑問題。

圖1 以單斜地層為例，設(shè)三維線束方向垂直地層走向，目的層淺部埋深為H1、深部埋深為H2，地層傾角為φ，則考慮地層傾角和目的層埋深時，淺部與深部的偏移量分別為：

即要求的控制深度為H1～H2、其對應(yīng)的地下控制點D1、D2的地面投影范圍為AB， 考慮地層傾角和目的層埋深后的地面施工范圍為A'B'，且有A'B'≥AB。 可見：對于傾斜地層而言，目的層越深，傾角越大，擴(kuò)大的范圍就越大。

圖1 考慮地層傾角的鑲邊量計算示意圖

4 新疆某礦三維地震勘探施工設(shè)計實例

勘探區(qū)位于天山北麓，三維地震勘探前，無鉆孔、無物探資料，勘探程度很低。根據(jù)小煤窯開采的情況及地表巖層出露情況分析勘探區(qū)目的層埋藏深度在250m～600m 之間變化， 地層傾角從淺部露頭附近的35°左右變至深部的18°左右。

4.1 初步設(shè)計采集參數(shù)

根據(jù)鄰近區(qū)域三維地震勘探的經(jīng)驗，設(shè)計本次的觀測系統(tǒng)為8 線8 炮制，線距40m，道距10m，CDP 網(wǎng)格為5m×10m，單線接收道數(shù)為48 道，24 次疊加， 端點激發(fā)， 最大炮檢距為514m， 最大非縱距為210m。 淺部偏移量175m，深部偏移量194m。

4.2 點試驗工作

圖2 試驗單炮記錄

圖3 試驗線偏移剖面

點試驗的目的是試驗的目的是對激發(fā)和接收條件進(jìn)行試驗。根據(jù)試驗結(jié)果，本次施工采用成型的乳化炸藥，施工藥量2.0kg，瞬發(fā)雷管引爆，6m 單井激發(fā)。

4.3 線試驗工作

應(yīng)用點試驗的激發(fā)參數(shù)，結(jié)合初步設(shè)計的觀測系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了二維線試驗，測線沿傾向方向布置，觀測系統(tǒng)為：接收道數(shù)48 道，道距10m，端點0 偏移距激發(fā)，覆蓋次數(shù)24 次。 線試驗單炮記錄如圖2 所示。 對試驗線進(jìn)行了試處理，處理后的剖面如圖3 所示。

從圖2 上可以看出：目的層反射波比較突出，設(shè)計的排列長度、最大炮檢距沒有引起目的層反射波基本。 從圖3 可以看出24 次疊加的資料信噪比較高，能夠滿足生產(chǎn)需要；目的層反射波時間在0.2s～0.5s之間變化，地區(qū)目的層均方根速度為3100m/s～3300m/s，地震波的最高有效頻為120Hz，大約計算出淺部地層的角度為15 度、深部目的層的角度為45 度。

4.4 采集參數(shù)的二次論證

將目的層均方根速度、地震波的最高有效頻率、地層傾角分別代入公式（1）、（2）可以得知：Dx≤9.724m，Dy≤9.724m，也就是說本區(qū)的面元網(wǎng)格應(yīng)小于9.724m×9.724m 才能保證不引起空間假頻現(xiàn)象。

將目的層均方根速度、地層傾角、目的層反射波時間分別代入公式（3）、（4）可以得知：最大炮檢距應(yīng)小于720m，最大非縱距小于659m。

將目的層深度、地層傾角分別代入公式（5）、（6）可以得知：最大炮檢距應(yīng)小于600m，最大非縱距小于659m。 △X1=66m，△X2=600m。

對比初步設(shè)計的采集參數(shù)，可以看出：原設(shè)計的面元網(wǎng)格不能滿足克服空間假頻產(chǎn)生的要求，面元網(wǎng)格應(yīng)調(diào)整為5m×5m 才能合適；原設(shè)計的最大炮檢距與最大非縱距的參數(shù)符合實際資料的要求；原設(shè)計的淺部偏移量過大，會造成淺部資料的空白，深部偏移量過小，這樣會造成深部資料的空白，最終導(dǎo)致有效控制面積大幅度縮小。

最終的采集參數(shù)調(diào)整為： 本次的觀測系統(tǒng)為8 線16 炮制， 線距40m，道距10m，CDP 網(wǎng)格為5m×5m，單線接收道數(shù)為60 道，24 次疊加，端點激發(fā)，最大炮檢距為627m，最大非縱距為210m。 淺部偏移量60m，深部偏移量620m。

4.5 最終成果與于驗證情況

采用調(diào)整后的采集采集進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集，投入的野外工作量增加了90%，但取得了較為理想的第一手資料。經(jīng)過精細(xì)處理，得到了品質(zhì)較高的時間剖面（圖4），最終的地質(zhì)成果經(jīng)過鉆探資料、巷探資料驗證，煤層底板標(biāo)高誤差小于2%，斷層平面擺動誤差小于20m，斷距大于5m 的斷層驗證準(zhǔn)確率達(dá)85%。

圖4 最終偏移剖面

5 結(jié)論

面元網(wǎng)格大小是觀測系統(tǒng)設(shè)計的基本參數(shù)，它決定了炮點間隔和檢波點間隔的大小及采集費用的多少，面元的大小要滿足反假頻的要求。 鑲邊偏移量的估算是傾角地層區(qū)施工設(shè)計時的重點之一，當(dāng)鑲邊偏移量的估算不準(zhǔn)確時可能帶來的較嚴(yán)重地質(zhì)后果。 試驗后采集參數(shù)的二次論證工作是取得好的地震資料的重要保證。

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