煤田三维地震勘探采集设计中的偏移孔径探讨

刘万金崔 凡梁 平

(1.中国石油大学CNPC物探重点实验室,北京市昌平区,102249;(2.中国矿业大学(北京),北京市海淀区,100083)

煤田三维地震勘探采集设计中的偏移孔径探讨

刘万金1崔 凡2梁 平2

(1.中国石油大学CNPC物探重点实验室,北京市昌平区,102249;(2.中国矿业大学(北京),北京市海淀区,100083)

通过对偏移孔径进行探讨,得到偏移孔径的选取范围,并通过对勘探煤区进行实例分析,对偏移孔的选取范围进行论证。

三维地震勘探 偏移镶边 偏移孔径 经验法则

1 引言

随着我国经济的发展,能源的需求越来越大,从而对煤炭资源的开发、利用显得越来越重要,国家对煤田勘探、开发的投入越来越大,对煤田采区的构造和断层的控制作用,需要更加深入细致的了解。煤田三维地震勘探在煤田构造探查方面已经是一种非常成熟的方法,能够了解更加精细的地质构造,特别是小断层的发育情况。

然而在进行地震勘探采集设计时,部分技术人员对偏移孔径的认识不够,造成采集得到的资料在后续处理偏移过程中出现问题,使得解释结果不准确。为了使倾斜层、断层和能产生绕射的构造体正确归位,在布署勘探范围时,必须考虑到偏移而扩大满覆盖面积,通常称为偏移镶边,偏移镶边的多少称为偏移孔径。不同的边界,不同目的层深度、倾角,具有不同的偏移孔径,要分别计算,尤其针对主要目的层计算。

2 偏移孔径计算方法

偏移孔径的多少是有一定规律可循的,偏移孔径主要考虑如下3方面的因素。

(1)考虑实际地层倾角时的偏移孔径,当成像边界出地层向外倾斜时,射线发散。为了在边界处正确成像,满覆盖区需要向外扩展一定的距离,这个距离称为实际地层倾角的偏移孔径。

式中:h——勘探边界点所对应的目的层深度;θ——目的层倾角。

图1 倾斜层归位偏移孔径示意图

倾斜层归位偏移孔径示意图见图1,从炮点S发射的地震波经界面NN’反射,由接收点R接收到,S和R的中点是M,S和R所形成的记录相当于M点自激自收的记录,如果目的层上界面是水平的,反射点N在M点正下方,当界面是倾斜的,则反射点移到N’处,也就是说为了使N’点正确成像,接收范围需要扩展MM’(M’为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为N’点的实际深度)。

(2)考虑第一菲涅耳带时的偏移孔径,菲涅耳带是反射面的一个部分,第一菲涅耳带内的两个反射点被认为在地面观测时是不可分辨的。从绕射的观点来看,横向分辨率依赖于分辨两个邻近绕射的能力。偏移孔径要大于第一菲涅耳带的一半(根据经验法则一般取h×tg15°),在第一菲涅耳带处绕射能量收敛大约65%。

式中:λ——地震波主频率所对应的波长;

h——勘探边界点所对应的目的层深度。

菲涅耳带示意图见图2,地表点震源M发出的球面波到达界面时的波前面,与前面相距1/4波长先期到达的另一波前面在界面上形成的范围CC’称第一菲涅尔带;在第一菲涅尔带内的地质体的绕射相当于一个点的绕射,为了能够分辨地质体,需要偏移孔径大于第一菲涅尔带。

图2 菲涅耳带示意图

(3)考虑不连续点绕射时的偏移孔径,当震源能量抵达地下一个不连续点时,可按所有角度发生绕射,当地面有接收器时,就能接收到绕射能量,其旅行时间相当于震源能量旅行到该点的时间加上从该点到接收器的时间。考虑不连续点绕射时的偏移孔径见图3。地下绕射点R距地面深度为h,在地面的投影为R’,R点产生绕射,为了使偏移处理后绕射能量曲线收敛,根据经验法则,用绕射曲线两侧30°出射角范围内(NM内)的绕射射线进行偏移,绕射能量收敛大约95%;这就需要在边界处向外扩展R’M,R’M=h×tg30°。

根据以上计算,如果地层倾角大于30°,则根据地层倾角来选取偏移孔径,如果小于30°,则根据第一菲涅耳带和不连续点绕射来选取偏移孔径,要大于第一菲涅耳带,越接近不连续点绕射时的偏移孔径越好。

图3 考虑不连续点绕射时的偏移孔径

3 应用实例

勘探区位于安徽省淮北矿业集团桃园煤矿,长2.8 km,宽1.25 km,测区面积为3.5 km2,基本上为一走向近南北、向东倾斜的单斜构造,勘探区最深煤层底板等高线见图4。目的层的倾角北部较陡(最大为 33°),南部较缓(最小 20°),地层倾角呈有规律变化。

图4 勘探区最深煤层底板等高线

根据该区的地质调查报告和地质任务,确定了最深目的层的深度h=600～1300 m,目的层倾角θ=20～33°;西南方向目的层深度较浅,为700 m,倾角为20°,东南方向目的层深度较深,为1200 m,倾角为20°;西北方向目的层深度为600 m,倾角25°;东北方向目的层深度为1300 m,倾角33°。为了能更好地完成本次地震勘探的地质任务,在进行地震采集设计时,要保证后期处理所需要的满覆盖面积。根据目的地层倾角与埋深的不同,在各个方向分别求取偏移孔径。

考虑到目的层走向近南北,而测线的布置方向垂直于走向,故南北两个方向的偏移孔径可以适当变小,西部目的层深度范围600～700 m,且角度变化不大,取700 m作为偏移镶边的所用深度;而东部目的层深度较深,且角度从20°变化到33°,故偏移孔径不能采用单一值,在南边采用深度1200 m,北部采用1300 m进行偏移镶边。于是地震采集设计所采用的偏移孔径分别为:南北两个方向为htan=800 m×0.58=464 m;西部为htan=700 m×0.58=405 m;东部南端为htan=1200 m×0.58=693 m;东部北端为htan=1300 m×0.65=845 m,从南往北逐渐递增。

由于本次地震勘探最深目的层深度较深、倾角较大,偏移镶边所需偏移孔径很大,使得设计满覆盖面积大大超过了勘探区的面积,增加了施工成本,勘探区范围与设计满覆盖范围见图5。

但正是由于偏移孔径选取得当,为地震资料的后期处理解释提供了质量保证。图6是勘探区内的一个地震偏移剖面,目的层倾角较大,偏移孔径选择适当,勘探区边界最深目的层偏移后得到很好地成像,如果没有足够的偏移孔径,边界的成像会受到很大的影响。

4 结论

在煤田三维地震勘探中,由于勘探区面积都不大,进行偏移镶边时往往会使设计满覆盖面积大大超过了勘探区的面积,一些采集施工设计人员为了减少施工成本,对偏移孔径的选取就会不足,甚至把勘探面积直接作为满覆盖面积来进行设计,这样就使得采集的资料在后续的处理过程因为偏移孔径的不足出现许多问题,导致一些构造体不能很好地成像,从而使解释工作也受到影响。

为了保证煤田三维地震勘探的质量,在采集施工设计时对偏移孔径的选取必须要适当,只有偏移孔径选取适当才能保证特殊构造的正确成像,为后续的处理、解释、反演等各项工作打好基础。

[1]Andreas Cordsen等,俞寿朋译.陆上三维地震勘探的设计与施工[M].石油地球物理勘探局,1996

[2]陆基孟,王永刚.地震勘探原理[M].中国石油大学出版社,2009

[3]郭继华,夏立冬.地震勘探设计镶边初探[J].科技信息,2007(29)

(责任编辑 张艳华)

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

刘万金(1980-),男,山东潍坊人,中国石油大学(北京)在读博士,主要研究方向为地震勘探。