山地地震勘探采集方法研究

第37卷　第4期　2004年(总151期)西　北　地　质NORTHWESTERNGEOLOGYVol.37　No.4　2004(Sum151)　

　文章编号:1009-6248(2004)04-0071-08

山地地震勘探采集方法研究

崔树果,刘怀山,魏继东(中国海洋大学海洋地球科学学院,山东青岛　266003)摘　要:山地地表复杂多变,地下构造复杂,地层倾角较大,激发及接收条件差,常规的采集方法已不再适用,针对这一问题,对采集方法论证、观测系统设计、表层结构调查、激发和接收技术方法进行了研究。关键词:山地;表层结构调查;采集方法中图分类号:P631.4 文献标识码:A

长期以来,山地地震勘探野外采集一直是一个较为困难的工作。这主要是由山地勘探的复杂性决定的。复杂山地地震勘探中存在以下难点:󰀁地表起伏大,山地植被发育,表层结构复杂,老地层出露,交通条件差,导致野外施工困难和静校正问题非常突出;󰀂激发、接收条件普遍较差,原始单炮记录上多次折射干扰、面波、随机干扰和高频干扰等干扰波非常发育,而且复杂多变,有效反射能量相对较弱,资料信噪比低; 地下构造复杂,逆掩推覆作用使高角度老地层出露,造成速度拾取中的多解性和在时间方向上的反转,因此,难以确定准确的叠加速度场,增加了处理难度;!高陡多断裂复杂构造,横向速度变化大,难以准确地叠加成像和偏移归位;∀深层地震地质条件差,由于山地勘探程度较低、资料少、认识程度较低,深层中生界反射内幕和基底反射不清晰,阻碍了深层勘探和认识的深入。对于地表及地下条件均十分复杂的山地(特别是在石灰岩出露的低信噪比地区)物探工作,其成功的关键是寻求合适的地震装备、运载工具和物探数据的采集、处理和解释的技术方法。同时,针对工区地震地质条件复杂性及多变性的特点,因地制宜,灵活、周密地做好地震采集施工设计,是取得高质量地震资料和高勘探效益的先决条件。笔者主要针对山地地震勘探的难点和所需的采集方法进行讨论。

1　山地地震勘探野外采集方法野外采集施工中主要采集参数的选择与地震波的传播速度、反射时间(界面深度)、地层产状、地震信号主频、地震有效波及干扰波的视波长等诸多因素有关。野外采集设计通常包括3个部分,即采集参数论证、测量和静校正计算以及现场质量控制[1]。确定野外采集参数的传统方法,一是根据以往所观测的资料凭经验确定,二是通过试验的简单分析确定。但是对复杂地表区,由于老资料或所观测的试验资料品质比较差,上述方法带有很大的盲目性,往往得不到好的效果。1.1　方法论证1.1.1　采集参数论证利用方法论证软件对采集参数进行论证,包括面元大小、覆盖次数、最大炮检距、道距、组合基

　收稿日期:2004-02-20;修回日期:2004-03-20　基金项目:国家高新技术研究发展计划项目(2001AA602018)　作者简介:崔树果(1980-),男,硕士研究生。距及纵横向分辨率等。1.1.2　建模论证国外利用基于射线追踪方法来模拟和优化野外采集设计,尤其是对一些复杂勘探区域取得了显著的效果。利用以往的地质及地震资料建立地质模型,在模型中,地层的力学特征(波的传播速度、各向同性介质的密度、各向异性介质参数等)通过分段函数来表示,在模拟时,能记录炮检距、方位角的分布、反射点的位置、初至波的方向和振幅、偏移振幅分布的密度(反射面元内单元面积的射线数)和强度(反射面元内单元面积的平均振幅)及其他射线属性等,其中,偏移振幅分布的密度和强度的采用比以往的覆盖次数更直观。在人机交互的模拟中,以上属性均是可视化的。利用这些工具,可以设计一些实际的观测系统,在计算机上模拟放炮,同时还可以模拟不规则的观测系统等。另外,射线追踪对构造复杂目标的采集设计是非常有用的,同时它对处理策略和参数的确定也是有好处的,目前,我们在做设计时,总是把地层假设为水平界面来计算覆盖次数和炮检距的分布,而实际上,处理中的DMO、叠前偏移等均要考虑构造形态等,因此,三维射线的运动学属性可帮助优化设计。山地地震采集方法论证,首先要根据工区内不同地表地质条件和地球物理特征和要解决的主要地质问题,以及探区以往老资料和其他参考资料,建立不同的表层模型、地下地质模型。表层模型要有代表力,它要包括地面地形高程、低降速带的厚度和速度、地层出露时代和岩层的产状以及不同的速度等。地下地质模型要包括最浅、最深和主要勘探目的层的深度、厚度、速度、地层的产状、最大倾角和断裂要素等。根据模型论证,进行有针对性的目标采集设计,再经过试验或二次方法论证,确定最佳采集方法,这样有利于接收目标(包括复杂构造)的反射信息。例如,在四川盆地碳酸岩勘探中取得了成功的经验,在这次勘探中根据模型正演设计了有利于下倾激发、上倾接收和尽量多接收信息的不对称观测系统[1]。1.2　观测系统设计山地地表非常复杂,近地表纵横向速度和岩性变化非常迅速,工区高差大,在大范围山区内使用常规的踏勘方式不可能达到目的。为了详细了解工区的地表情况,必须借助高精度的卫星遥感数据,才能了解地表情况和地表岩性分布,在KL2采集技术方法论证和施工中,大量应用了高精度卫星遥感矢量三维数据体资料,这是在国内外三维设计中首次应用[2]。受山地地表条件的限制,山地三维采集设计不同于平原地区的采集设计,要按“先测量、后设计、再施工”的原则进行设计,这样我们可以根据测量出的地形地表特征设计出最佳的施工方案以尽量保持CMP面元内炮检距分布均匀。受地表高差、表层岩性变化及地下构造复杂等特点的影响,山地地区地震勘探采集观测系统设计有别于平原地区,不能采用单一的观测系统进行采集,必须采用灵活多变的观测方式。首先根据地质任务要求,结合工区实际地表情况,通过观测系统的参数论证设计基本观测系统。在此基础上,结合地表条件和地下目标地质体的情况进行变观设计。1.2.1　基本观测系统设计思想是基于地质目标和后续的资料处理,针对地下构造特征、地震地质条件、资料采集的技术难点、施工难点和山区特点及以往该地区地震采集存在的问题,按照反射点方位角分布均匀、大小炮检距分布均匀、覆盖次数分布均匀及窄方位观测的原则,仅仅围绕地质任务,积极合理吸纳以往经验,开创性地工作。优化采集参数和观测系统,达到获得高信噪比、高分辨率、高保真的山区三维地震原始资料,满足地质目标的需要。基本流程是建立可控制工区的地球物理参数,在此基础上进行纵横向分辨率、道距、最大炮检距、最大非纵距、偏移孔径、覆盖次数等观测系统相关参数的论证工作,确定观测系统基本参数,并通过对以往该地区或相邻地区观测系统的属性分析,结合以往成功经验,提出多种观测系统进行观测系统属性的对比论证,确定最佳观测系统。1.2.2　非线性观测系统区别于常规的线性观测系统可以通过相关公式准确计算观测系统的覆盖次数,非线性观测系统需要分地段使用不同的道间距、不同的炮点距、不同的炮检距来进行采集,该类型的观测系统不能用描述线性观测系统的方法进行描述,覆盖次数也没有相应的公式计算,其观测系统主要根据考虑的因素不同可分为地表障碍物观测系统和根据地下地质构

72 西　北　地　质 NORTHWESTERNGEOLOGY 2004年造特点变化的观测系统。不规则设计技术是解决山地复杂地表地质条件下的有效手段,它可以根据工区内的地表条件,设计出灵活多变的观测系统,从而避开障碍物。(1)借助于数字卫星地图针对地形、表层结构特点进行超前设计,合理布设炮点和检波点,获得高精度定位成果。其主要思路就是通过数字卫星图片进行观测系统设计,并通过设计的观测系统和基本观测系统进行属性分析,尽量保持两观测系统属性的一致性,然后对根据卫星图片设计的观测系统进行实地的炮检点测量,对存在地表差异的炮检点进行重新设计分析,做到数字化设计、定量化分析、科学化施工。(2)目标地质体设计是根据工区以往测井、地震及地质等资料,建立工区地表模型和地下地质模型,利用现有的设计软件进行模型正演,通过射线路径分析、CRP分析、模型速度分析和模拟记录等手段对观测系统进行验证,并在此基础上对地表及目标地质体进行非线性观测系统设计,经过反复调整、分析、论证,设计出合适的观测系统,保证地质任务的完成。(3)现场观测系统变观设计是针对生产中遇到的各种情况进行观测系统的调整,其原则是尽量只对炮检点进行小范围的移动,保证观测方式的一致性,对调整的炮检点进行实地测量,然后根据测量结果进行观测系统属性分析,尽量保证覆盖次数和炮检距分布均匀。1.2.3　二次论证对每束线的所有进行变观设计,并实地测量完成后,正式生产以前,应用测量成果,通过软件进行实际布设,分析实际测线的覆盖次数、炮检距分布、方位角等观测系统属性,通过与理论设计观测系统的属性进行分析对比,根据实际情况进行反复调整分析,保证实际和理论观测系统最大程度的一致性,最后确定正式生产方案。2　表层结构调查山地表层结构复杂多变,表层结构造成的浅层折射、反射、多次反射和深部的复杂构造所产生的各种异常波,在记录上成了强大的干扰背景,这些干扰背景比深层有效反射能量要大得多。另外,当山地地表存在不均匀的凹凸不平的风化剥蚀面、裂隙和溶洞时,地震波在入射或投射这种复杂界面时,除能量的散射、吸收和衰减都很强外,反射波的传播路径还发生畸变。即使在深层反射界面没有发生错断和扭曲的地方,由于浅层界面的影响,也会造成深层反射同相轴的错断和扭曲等现象,使深层反射剖面上的同相轴变得异常复杂和破碎,难以辨认,信噪比降低。因此,加强表层结构的调查与研究非常重要。采用小折射、微测井、双井微测井、工程地震(小反射)和地质雷达等方法进行表层调查,对表层调查方法和静校正方法进行分析;利用初至自动拾取、小折射解释和微测井解释,建立准确的表层结构和各种表层数据库,为静校正提供可靠的资料,并加强静校正方法的研究[3]。山地地表非常复杂,例如,有基岩出露区、山前冲积区和第四纪浮土覆盖区等。因此,要根据地表的实际情况合理地选择表层结构调查方法。在山地勘探区,地表起伏比较大,需因地制宜地选择表层结构调查方法。由于山地地表和地质情况比较复杂,因此,需具体情况进行合理布设,在表层岩性变化大的地区进行加密布设。另外,要进行岩性取心工作,以确定解释结果的正确性,为了静校正和激发岩性的选择做好前期工作。常规浅层折射方法不适用于地表起伏的情况,针对该问题,现已发展了一些新的浅层折射方法。针对低降速带较厚地区追踪低降速层和高速折射层困难的问题,发展出了单边密相遇折射观测系统;针对山地探区地表起伏的这一特点,发展出了高速折射层交叉时方法。

3　激发因素选择西部地区地形复杂,有戈壁、沙漠、山地、黄土塬和砾石区等各类复杂地表,该类地区表层结构复杂,激发和接收条件变化大,使得该地区地震资料品质达不到高精度勘探的需要,从而制约了该地区地震勘探程度的进一步提高。众所周知,激发源所产生的子波应满足以下条件:󰀁较宽的频带宽度,即地震波应包含足够多的高频和低频成分;󰀂较高的主频,能够满足地震勘探分辨率的需要; 保证足够强的地震波能量,特别是深层反射能被仪器接收;!较高的信噪比,特