煤田三維觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與發(fā)展

煤田三維觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與發(fā)展

0地震勘探精度分析與技術(shù)對(duì)策20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，基于多通道地震數(shù)字地震儀在基于屋頂系統(tǒng)的應(yīng)用和折射波靜態(tài)校正技術(shù)的基礎(chǔ)上，屋頂三維地震勘探技術(shù)在全國(guó)得到了迅速普及和應(yīng)用?？碧匠晒麨閮?yōu)化礦井設(shè)計(jì)、合理布置采區(qū)與工作面、保障安全生產(chǎn)等提供了重要的地質(zhì)保障。但多年以來(lái)煤田三維地震的構(gòu)造勘探精度一直徘徊不前,甚至在個(gè)別礦區(qū)有下降的趨勢(shì)。作者認(rèn)為造成這一狀況的因素是多方面的,除施工隊(duì)伍技術(shù)管理水平良莠不齊、近幾年市場(chǎng)惡性競(jìng)爭(zhēng)造成的勘探投入不斷減少和施工周期越來(lái)越短等非技術(shù)因素導(dǎo)致的技術(shù)投入不足外,更大程度上可能是在技術(shù)應(yīng)用層面研究不夠深入、實(shí)際應(yīng)用缺乏針對(duì)性。需要認(rèn)真反思,找到切實(shí)可行的技術(shù)對(duì)策,努力提高勘探精度。本文旨在從觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度,對(duì)目前參數(shù)選擇、屬性評(píng)價(jià)的現(xiàn)狀進(jìn)行討論,指出存在的問(wèn)題與不足,并提出解決或改善的建議。1觀測(cè)系統(tǒng)屬性的評(píng)價(jià)目前煤田三維地震勘探中,各施工單位不論在什么條件下采用的幾乎均為一個(gè)排列片內(nèi)炮點(diǎn)穿過(guò)多條接收線的束狀正交型觀測(cè)系統(tǒng)(如8線8炮、8線6炮、6線4炮等)。該類型的觀測(cè)系統(tǒng)一般具有接收線距小(一般20~60m);炮線距大于接收線距;橫向接收線重合少(一般為1/2接收線數(shù))等特點(diǎn),與二維觀測(cè)系統(tǒng)具有較好的相似性,沿襲了二維觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想。由于其具有橫向滾動(dòng)快、施工成本低、效率高以及容易理解、便于實(shí)施等優(yōu)點(diǎn),在煤田三維勘探中廣泛使用。但該類觀測(cè)系統(tǒng)炮檢距、方位角分布不均勻、靜校正耦合差的缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的。目前觀測(cè)系統(tǒng)性能的評(píng)價(jià)是基于水平層狀介質(zhì)假設(shè)和水平疊加的理論基礎(chǔ),側(cè)重于面元大小、覆蓋次數(shù)、最大偏移距、偏移孔徑、常規(guī)炮檢距及方位角分布等參數(shù)與屬性的分析。但是在高精度構(gòu)造勘探、巖性解釋(煤層厚度、宏觀結(jié)構(gòu)、瓦斯富集程度等)研究及復(fù)雜地區(qū)三維勘探中,對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更高的要求,僅考察這些參數(shù)與屬性不能完整反映觀測(cè)系統(tǒng)的性能,需要對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)屬性作更全面細(xì)致的分析和評(píng)價(jià)。設(shè)計(jì)中對(duì)采集腳印、反射彌散、目的層的照明度和照明率等屬性的分析也不容忽視。2炮點(diǎn)過(guò)8線的觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)分析比較面元屬性分析就是對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)的CMP面元進(jìn)行覆蓋次數(shù)、炮檢距、方位角以及由它們衍生出來(lái)的屬性進(jìn)行分析。本文以目前常用的炮點(diǎn)穿過(guò)四條接收線的8線8炮束狀正交觀測(cè)系統(tǒng)(參數(shù)見(jiàn)表1)為例,與在覆蓋次數(shù)(24=4×6)、面元大小(10m×5m)、道距(10m)、炮點(diǎn)距(20m)等參數(shù)相同及最大炮檢距參數(shù)相近條件下的45°束狀斜交、在一個(gè)接收線內(nèi)放炮的直線型正交及45°斜交4種觀測(cè)系統(tǒng)(圖1)就其循環(huán)節(jié)大小、唯一炮檢距覆蓋次數(shù)、炮檢距變化系數(shù)等3種屬性進(jìn)行了分析比較。2.1循環(huán)節(jié)屬性分析循環(huán)節(jié)是指可以代表三維觀測(cè)系統(tǒng)屬性的最小面元集合,一個(gè)循環(huán)節(jié)內(nèi)各面元間的屬性是兩兩不相同的,其大小相當(dāng)于排列片的一個(gè)縱向滾動(dòng)距離和一個(gè)橫向滾動(dòng)距離所圈定的面元數(shù)。在標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)系統(tǒng)中其概念等同于“子區(qū)”。圖1所示的4種觀測(cè)系統(tǒng)中,a、b、c、d的循環(huán)節(jié)依次為288(16×18)、256(16×16)、128(8×16)和128(8×16)個(gè)面元。面元屬性在縱向上以炮線距、橫向上以橫向滾動(dòng)距離為循環(huán)發(fā)生變化,通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)循環(huán)節(jié)越大,面元屬性變化越大,循環(huán)節(jié)交接處產(chǎn)生采集腳印的可能性越大。因此同樣覆蓋次數(shù)情況下,在一個(gè)接收線內(nèi)放炮的觀測(cè)系統(tǒng)由于循環(huán)節(jié)小于炮點(diǎn)穿過(guò)幾條接收線的觀測(cè)系統(tǒng),面元屬性變化小,對(duì)采集腳印的壓制要好一些。2.2面元上的覆蓋次數(shù)惟一炮檢距覆蓋次數(shù)的含義是:將某面元對(duì)應(yīng)的炮檢距按一定的步長(zhǎng),劃分成若干份,在每份中其所包含的共中心點(diǎn)數(shù)均按一次計(jì),依次對(duì)其余的炮檢距范圍進(jìn)行計(jì)算,總數(shù)的和就是對(duì)應(yīng)面元內(nèi)的惟一炮檢距覆蓋次數(shù)。惟一炮檢距覆蓋次數(shù)與一般意義上的面元覆蓋次數(shù)不同,前者代表了面元上炮檢距的分布情況,如果面元上缺失一些炮檢距值,則其惟一炮檢距覆蓋次數(shù)就會(huì)下降。在一般情況下大部分面元的惟一炮檢距覆蓋次數(shù)較常規(guī)覆蓋次數(shù)低,反映了面元上真正對(duì)疊加起作用的覆蓋次數(shù),代表了面元的屬性。圖2展示的為同一觀測(cè)系統(tǒng)的常規(guī)覆蓋次數(shù)與對(duì)應(yīng)的惟一炮檢距覆蓋次數(shù)的對(duì)比,常規(guī)覆蓋次數(shù)均勻,但惟一炮檢距覆蓋次數(shù)不均勻,呈規(guī)律性變化。顯然,惟一炮檢距覆蓋次數(shù)越高,對(duì)疊加真正的貢獻(xiàn)越大。觀察圖3可以看出:就最大惟一炮檢距覆蓋次數(shù)而言,直線型比束狀的高;就惟一炮檢距覆蓋次數(shù)達(dá)到常規(guī)覆蓋次數(shù)2/3以上的面元數(shù)而言,束狀斜交型比束狀正交型高,且差別較大;而直線斜交也比直線正交型高,但差別較小。2.3單位面元內(nèi)炮檢距分布的均勻性一個(gè)面元內(nèi)炮檢距分布的均勻程度可以用炮檢距分布變化系數(shù)來(lái)表示,炮檢距分布變化系數(shù)的定義為:其中:n——單位面元內(nèi)的炮檢距間隔數(shù);X——炮檢距;——單位面元內(nèi)的炮檢距平均值。炮檢距分布變化系數(shù)圖可以清晰的表征循環(huán)節(jié)內(nèi)的炮檢距分布的均勻性。顯然,面元間炮檢距分布變化系數(shù)差異越小的觀測(cè)系統(tǒng)越符合水平疊加理論的假設(shè)條件,越有利于疊加速度求取和隨機(jī)噪音壓制。分析圖4可以看出目前常用的束狀正交觀測(cè)系統(tǒng)的炮檢距分布均勻性較差,有些CMP面元小偏移距或大偏移距相對(duì)集中,有些CMP面元缺少中偏移距信息。而束狀斜交與直線型觀測(cè)系統(tǒng)有較好的改善。3約束狀觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)隨著三維地震勘探技術(shù)應(yīng)用的不斷深入,地震資料的動(dòng)力學(xué)特征研究越來(lái)越受到重視。如果觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng),使得振幅或相位等動(dòng)力學(xué)特征不能真實(shí)反映地質(zhì)變化,將產(chǎn)生嚴(yán)重的采集腳印。因此在觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全面對(duì)其屬性進(jìn)行分析,最大限度的減小觀測(cè)系統(tǒng)的采集腳印。通過(guò)本文對(duì)幾種觀測(cè)系統(tǒng)屬性的對(duì)比得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí):①觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)的選擇特別是炮線距、接收線距和滾動(dòng)步長(zhǎng)的選擇,決定了循環(huán)節(jié)和采集腳印的大小。觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)過(guò)小則施工成本太高,過(guò)大則會(huì)引起采集腳印現(xiàn)象。炮線距和接收線距一般選擇道距的4~6倍為宜;滾動(dòng)線距步長(zhǎng)過(guò)大也會(huì)產(chǎn)生采集腳印,造成面元屬性不均勻,一般選擇小于接收排列線數(shù)的1/4較合適。從這個(gè)意義上,本文所示的后兩種觀測(cè)系統(tǒng)優(yōu)于前兩種觀測(cè)系統(tǒng)。對(duì)目前常用的1/2橫向滾動(dòng)的束狀觀測(cè)系統(tǒng)應(yīng)通過(guò)減小滾動(dòng)線數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。②就唯一炮檢距覆蓋次數(shù)和炮檢距分布變化系數(shù)而言,目前采用最多的炮點(diǎn)穿過(guò)接收線的束狀正交觀測(cè)系統(tǒng)炮檢分布最差,這一缺陷在煤田地震勘探較低的覆蓋次數(shù)(一般≤24次)情況下,對(duì)疊加速度的求取精度和疊加效果將產(chǎn)生較大影響,從而降低資料的分辨率、模糊小構(gòu)造。而對(duì)應(yīng)的斜交觀測(cè)系統(tǒng)和在一個(gè)接收線內(nèi)放炮的觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)唯一炮檢距覆蓋和炮檢分布屬性有較好的改善。③圖1所示的前兩種屬于窄方位觀測(cè)系統(tǒng),后兩種屬于寬方位觀測(cè)系統(tǒng)(圖5)。目前煤田地震勘探中常用的束狀正交觀測(cè)系統(tǒng)多屬于窄方位觀測(cè)系統(tǒng)。在相同覆蓋次數(shù)條件下,窄方位觀測(cè)系統(tǒng)沿排列方向附近分布的炮檢對(duì)和大炮檢對(duì)多,這樣沿排列方向的疊加速度求取精度也會(huì)相對(duì)較高,有利于改善inline方向的成像質(zhì)量;但束狀觀測(cè)系統(tǒng)橫向較大的滾動(dòng)步長(zhǎng)也會(huì)使得cross方向耦合較差,靜校正量統(tǒng)計(jì)不足,產(chǎn)生采集腳印、造成假得不連續(xù),導(dǎo)致對(duì)小構(gòu)造的錯(cuò)誤解釋可能性增大。寬方位觀測(cè)系統(tǒng)由于橫向接收線重合多、耦合好,有利于靜校正求解,提高分辨率。此外較寬的方位分布還有利于方位信息的獲得,為利用方位分析技術(shù)(如方位AVO)預(yù)測(cè)煤儲(chǔ)層物性提供了可能。④目前煤田系統(tǒng)觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是基于水平層狀介質(zhì)假設(shè)和地面共中心點(diǎn)和面元的水平疊加理論基礎(chǔ)。復(fù)雜地區(qū)觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)基于地質(zhì)模型分析,脫離或部分脫離基于地面共中心點(diǎn)和面元,把立足點(diǎn)落實(shí)到目的層段模型上,設(shè)計(jì)立足點(diǎn)應(yīng)從地面轉(zhuǎn)到地下主要目的層位上。觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)逐步由原來(lái)以能量和覆蓋次數(shù)為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐哉彰鞫群途劢剐詾橹行牡脑O(shè)計(jì)理念。實(shí)際勘探中,觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工區(qū)的地形地貌、地震地質(zhì)條件及地質(zhì)目的進(jìn)行充分論證,合理地選擇觀測(cè)系統(tǒng)類型與參數(shù)?？傮w而言,在低信噪比和靜較正問(wèn)題突出的以構(gòu)造勘探為主要目的的地區(qū),應(yīng)采用有利于構(gòu)造成像的窄方位觀測(cè)系統(tǒng)。在高信噪比和靜較正問(wèn)題不突出的地區(qū),應(yīng)采用有利于提高分辨率和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的寬方位觀測(cè)系統(tǒng)。同類型觀測(cè)系統(tǒng)就其面元屬性整體而言,斜交型觀測(cè)系統(tǒng)普遍優(yōu)于正交型觀測(cè)系統(tǒng),應(yīng)積極推廣。4使用示例4.1束狀斜交觀測(cè)系統(tǒng)山西文水赤峪勘探區(qū)坡陡溝深、出露巖性多變,炮井成孔難度極大。針對(duì)表淺層地震地質(zhì)條件非常復(fù)雜且主要煤層埋深較大(600~1000m)特點(diǎn),為盡可能減少放炮工作量,同時(shí)克服常規(guī)束狀正交觀測(cè)系統(tǒng)由于縱向滾動(dòng)距離大引起的炮檢距分布不合理的缺點(diǎn),經(jīng)多次論證采用了24次覆蓋的束狀斜交12線8炮制觀測(cè)系統(tǒng)(圖6),使得CMP面元內(nèi)炮檢距分布趨于合理,保證了疊加效果(圖7),獲得了理想的構(gòu)造勘探成果。4.2利用和影響寬方觀測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用和影響5油田三維地震勘探方向李慶忠院士曾指出“只要將各個(gè)環(huán)節(jié)的漏洞堵塞一下,只需利用現(xiàn)有的技術(shù)和裝備,就可以使分辨率明顯地上一個(gè)臺(tái)階”。煤田三維地震勘探也不例外,近年來(lái)隨著高密度采集、層析靜校正、疊前偏移及譜分解等一系列新技術(shù)的研究與應(yīng)用,煤田三維地震正逐步走向精細(xì)構(gòu)造勘探和巖性勘探。因此從源頭上切實(shí)重視地震勘探觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究與合理應(yīng)用,保證最大限度的取全取準(zhǔn)原始數(shù)據(jù)依然是煤田物探技術(shù)人員應(yīng)不斷努力的目標(biāo)與方向。山西陽(yáng)泉