（地质工程专业论文）全三维地震勘探采集技术研究.pdf

摘要 在本课题的研究过程中，详细解剖了地震采集的各个环节，对影响地震采 集质量的因素进行了深入细致地分析。重点研究了观测系统属性及各个属性对 观测系统的影响，研了地震波能量的分布规律、地震波的激发机制和接收机制。 根据地质任务的要求，设计了罗4 2 地区、四扣地区2 种观测系统。并完成了对 罗4 2 地区、四扣地区全三维地震采集项目的攻关任务。通过分析，野外地震资 料含有丰富的地质信息，圆满完成了科研课题的各项技术要求，达到了预期的 目标。 关键词：全三维地震勘探、正演模拟、观测系统、表层结构调查、激发技术、 接收技术 a b s t r a c t i nt h er e s e a r c ho nt h i sp r o j e c t ，e v e r ys t e p so fs e i s m i ca c q u i s i t i o n h a v eb e e na n a l y z e d ，a n dt h ee f f e c t e df a c t o r so n s e i s m i ca c q u i s i t i o n q u a li t yh a v eb e e nr e s e a r c h e d a t t r i b u t e so fg e o m e t r ya n di t se f f e c to n g e o m e t r yh a v eb e e nr e s e a r c h e dm a i n l y ，a n dt h es e i s m i cw a v ee n e r g y d i s t r i b u t i o nr e g u l a r i t y ，s e i s m i cw a v es h o o t i n gm e c h a n i s m ，a c c e p t a n c e m e c h a n i s mh a v eb e e ns t u d i e d t w ot y p e so fg e o m e t r yo fl u 0 4 2a r e aa n ds i k o u a r e ah a v eb e e nd e s i g n e da c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to fg e o l o g i ct a s k a n df u l l3 ds e i s m i ca c q u i s i t i o ni nl u 0 4 2a r e aa n ds i k o ua r e ah a v eb e e n a c c o m p l i s h e d t h ef i e l ds e i s m i cd a t ah a si n c l u d e dap l e n t yo fg e o l o g i c i n f o r m a t i o nb ya n a l y z i n gt h ed a t a ，a n da llt h et e c h n o l o g yr e q u i r e m e n t s o ft h ep r o j e c th a v e b e e nc o m p l e t e d ，a n da c h i e v e dt h ee x p e c tg o a l k e yw o r d s ：f u l l3 ds e i s m i ce x p l o r a t i o n f o r w a r dm o d e l i n g g e o m e t r y s y s t e m s h o o t i n gt e c h n o l o g y s u b s u r f a c es t r u c t u r e i n v e s t i g a t i o n r e c e i v i n gt e c h n o l o g y 2 全三维地震勘探采集技术研究 1 l j 月l j舌 地震勘探技术是本世纪迅速发展起来的重要边缘学科之一。自5 0 年代初 期至9 0 年代末，我国的地震勘探技术经历了几次大的发展：( 1 ) “五一型光 点阶段( 1 9 5 8 1 9 7 3 ) ；( 2 ) 模拟阶段( 1 9 6 4 - 1 9 8 4 ) ；( 3 ) 数字阶段( 普通二维、 ， 超级二维和高分辨率二维) ( 1 9 7 4 开始) ；( 4 ) “六五以前三维地震试验阶段 ( 1 9 6 6 1 9 8 0 年) ；( 5 ) “六五”期问三维技术攻关阶段( 1 9 8 0 - 1 9 8 5 年) ；( 6 ) “七五”以来三维技术的全面推广应用( 1 9 8 6 年以来) 。地震技术经过以上六个 阶段的发展，现已形成了一套成熟的地震数据采集、处理、解释技术体系。 胜利探区经过三十多年的勘探，有利的含油气构造带已基本被三维地震所 覆盖。到目前为止，胜利探区的三维地震资料施工面积己达1 8 4 3 4 4 6 k m 2 ，满次 覆盖面积1 4 2 3 0 0 7k m 2 ，己找到了4 0 多亿吨的地质储量和7 亿多吨的原油产量， 地震技术为油田发展做出了巨大贡献。 随着济阳坳陷油气勘探工作的不断深入，地震勘探的难度越来越大，不但 地表条件复杂，如滩海、山地、河流、水库、沼泽等地带；而且地下地质隋况 也更为复杂，勘探目标体越来越隐蔽，地层岩性油气藏所占的比例逐渐增加。 济阳坳陷到目前已发现地层岩性隐蔽油气藏所占比例是2 5 4 ，而近年来所钻 探井主要以地层岩性隐蔽油气藏为主，但是地震分辨率不够高的问题又制约了 地层岩性油气藏的勘探开发。在这种情况下，要想查清地下复杂的地质情况、 寻找新的储量，就必须依靠高新技术来获得高品质的地震资料。但以往的三维 地震所得到的地震资料在三度空间内不是一个均匀的、规则的数据体，采集、 处理、解释技术方法也普遍存在二维化的问题，使用以往的地震资料和地震技 术，不能有效地分析油气藏的复杂性，不能满足复杂隐蔽油气藏勘探开发的需 要。开展全三维地震勘探工作，对于查明复杂断块、岩性及裂缝等隐蔽油气藏 有着重要的意义。 “全三维”的概念原引伸于全三维解释。全三维解释的概念是相对于三维 资料的二维剖面、切片的传统解释方式而提出的。目前，全三维的概念不仪仅 局限于资料解释，其内涵已延拓到三维地震资料的采集、处理、解释等各个环 节。 全三维地震采集与以往的三维地震采集具有较大的区别，其突出特点是： 注重对野外采集地区地下地质模型( 包括近地表模型) 的研究和具有针对性的 野外采集设计，使得野外采集方案更加趋于科学合理；所得到的地震资料的方 位角、偏移距等参数在三度空间均匀分布，数据网格也分布均匀，具有较高的 覆盖次数、采样率、分辨率和信噪比。 本课题为中国石油化工集团股份有限公司重点科技攻关项目全三维地震勘 探技术研究的子课题。 第一部分全三维地震勘探的理论基础研究 一、分辨率问题 地震勘探的基本理论是基于弹性波在地层中传播的理论，而分辨率的基本 理论是基于以下两个方面： 1 、 垂向分辨率：根据r a y l e i 曲准则，垂向分辨能力表示为：办= 等 h 一垂向分辨地层厚度；v i n t 一层速度；f 一信号主频。 2 、横向分辨率：第一f e r s n e l ( 菲涅尔) 直径作为横向分辨能力： 。= d 2 d _ v 珍t o + 4 芦1 d 一菲涅尔直径；v 一平均速度；t l l _ 双程旅行时；f 一地震信号主频。 分辨率的两个基本原理表明：只有提高地震波的频率才能提高全三维地震 勘探的分辨率。但针对地震勘探的影响因素和面临的问题，还必须考虑地震波 的能量、频率和信噪比等问题。而影响地震波频率的主要因素是大地对地震波 的吸收衰减，影响地震资料信噪比的主要因素是各类噪音( 形成的背景噪音) 。 因此，大地对地震波吸收衰减理论和各类噪音的基本理论研究是全三维地震勘 探采集技术的主要研究方向。 二、大地的吸收衰减影响及其规律的研究 1 、表层吸收衰减的影响 表层对高频衰减起着重要的作用，利用大地衰减理论公式，可以得到近地 表相应的衰减量，定量的分析表层结构的衰减规律。( 图1 2 1 ) 为表层不同 深度对频率的衰减曲线图，从图上可以看出，在表层第一层7 m 厚的地层对l o o h z 的频率衰减量达到0 8 d b ，对1 5 0 h z 的频率衰减量达到1 2 d b ；在表层第二层 ioo毋29孽e2 0 0 bd 毒疗搴5 墨毋0l 肇 茹舀萄- 。j i 西药广函i 占毫趋蟊r _ 豇参若毫， 矗杏杏。气；惫蟊i v a u 土壤 沙 涉诧 抄 赣獭 量型晒 涉 抄髭 狡髭 滚沙 ，粤贝壳 ， 瓿 握抄 莎 据汐 ( 抄 “键汐 沙 掘汐 鬈自目b 图1 2 1 表层不同层对频率的衰减曲线图 7 m 厚的地层对l o o h z 的频率衰减量达到4 5 d b ，对1 5 0 h z 的频率衰减量达到8 d b 。 2 、大地吸收衰减的影响 地震波在传播过程中，能量的衰减主要有两个方面： 、球面扩散，从公式e 2 e 1 = ( r l r 2 ) 2 看出，能量随距离的平方呈反 比衰减。 吸收衰减，主要是地震波在传播过程中受到粘滞性介质的地层的影响。 粘滞性介质受到挤压后，介质发生滞迟、蠕变和松弛等现象，吸收了地震波的 能量，使能量不能完全传播到下一个点上去，尤其对高频信号的衰减更为严重。 另外还有地层的阻挡、漫散射等影响。通过人们的研究，得出了下面的衰减公 式： s ( f ) = 2 7 2 9 q - 1 f t 其中s 一总衰减量，p 地层品质因数，卜频率，t 一传播旅行时 从上述公式可以看出：在时间一定时，频率越高衰减越严重( 图1 2 2 ) 。 图l 一2 2地震波能量随反射时间的衰减曲线 因此，高频成份最容易被吸收衰减。当频率一定时，传播距离越远衰减越 严重。因此要想提高全三维采集的分辨率，必须提高信号的频率和高频信号的 能量。 3 、东营凹陷大地衰减规律研究 针对济阳坳陷的车西、东营、史南等地区的大地衰减规律进行了研究，首 先利用v s p 资料取得较为准确的纵波速度资料，再根据经验公式：q 1 4 v 2 2 求得q 值，然后针对不同深度求得哀减量。 ( 图1 2 3 ) 为c 2 5 2 井的q 值与地震波反射时间t 和地层深度h 的关系 图1 2 3c 2 5 2 井区地层q 值与地震波反射时间的关系曲线 9 图，从图上可以明显看出c 2 5 2 井区的品质因数变化具有十分明显的分段特征， 从分段的规律上看，品质冈数随着地层深度的加深而变大。从吸收指数g 与地 震波反射时问t 和地层深度h 的关系图上。可以看出，吸收衰减量在0 3 5 s 以 上最为严重，0 3 5 s 以下基本稳定。从地震波不同频率激发能量的吸收衰减随 着地震波反射寸间t 和地层深度h 的关系图上分析，地震波的能量衰减随着地 震波频率的升高而增大。在时间一致的情况下，随着频率的升高，地震波能量 衰减的量级为常数，在地震波频率一定的情况下，随着地震波反射时间的增加， 地震波能量衰减量级也随着变大。研究表明：该区近地表2 3 m 的厚度对l o o h z 地震波的衰减量达到l o d b ，大地哀减在3 s 处对l o o h z 地震波的衰减量达到 9 0 d b ，由此可见，表层的厚度即使不大，对高频的衰减也是起着重要的作用。 济阳坳陷表层具有衰减量大和地层变化大的特点，给全三维采集攻关工作带来 很大的网难。 三、噪音研究 对于高频地震信号来说，由于地震有效信号在传播过程中受到强烈的吸收 和衰减，到达检波器时已是相当微弱，这时噪音的影响就显得相对强，噪音值 的高低严重影响了地震记录的信噪比。提高地震记录的信噪比一方而要提高有 效反射波能量，另一方面就是要降低噪音。因此，在全三维地震资料采集过程 中有效克服噪音的影响就显得尤为重要。 1 、噪音对全三维资料的影响 噪音的强弱直接影响地震资料的信噪比，信噪比的高低在一定程度上对分 辨率起着很大的影响，根据“w i d e s s 公式： p n = p a ( 1 + 1 r 2 ) 其中p n 为有噪音时的分辨率，p a 为理想的分辨率，r 为信噪能量比。 l 此，信噪能量比较, 岛r j , i - ，才能他地震资料具有相对较高的分辨率。那就需要 降低噪青，尤其是在弱优势频 廿内的噪阿。 2 、噪音分析研究 1 ) 、噪音分类： 环境干扰：包括：风力引起雌, 3 - 、机械十扰、电力卜扰等。 系统噪音：包括记录仪、采集站、人线、小线和检波器所产生的同订噪青。 激发后带来的干扰： ( 1 ) 、伴牛r 扰：声波，面波； ( 2 ) 、次卜十扰：波在传播过科一 在定条1 t ：f 产，卜的干扰( 袭层介质不 均匀或地面障碍物等造成) ： 2 ) 、环境噪音分析 通过对较弱，仪器记录的能量值较小，j l ij h 值人约1 微伏芹右，( 图13 一1 ) 是王1 、境噪音干扰及其频大最的纠、境】粜卉分析，在没有机械干扰的环境下， 环境噪音的能最茜近r 白噪谱，且jc 能最般潜，( 罔1 - 32 ) 足在小州风速 州的王1 、境干扰能量变化，16 级风量仇在l5 l 。一15 1 0 “之问。 2 嵘阿均方根恤随风述的变化 嗍蝴岫嗍。 在以往的研究中，人们一直认为直接影响地震资料信噪比的主要因素是环 境噪音，当然在较强的环境噪音下，可以这样认为，那么在较平静的环境噪音 下，为什么信噪比还是不很高。按有效波能量与平静环境的噪音的能量比，相 差l o 倍或几十倍，为什么信噪比没有达到这么高呢? ( 图l 一3 3 1 ) 是信号、 图1 3 3 有效波、干扰波、环境噪音能量曲线对比 噪音及环境噪音的能量曲线，从该图可以看出，两者具有共同的趋势，而且比 单纯的环境噪音的能量高的多。显然是在地震波激发同时产生了一些伴生的和 次生的各类噪音，这些噪音混生搀杂，在地震记录上显示一种杂乱无章的噪音 背景，频带相对比较宽。从初至前后6 0 - 1 2 0 h z 滤波挡上的振幅谱分析，即使在 5 0 5 8 s 之间的信号( 基本上是干扰背景) 的能量，也比初至前能量强的多。 这些噪音的来源主要是近地表的不均匀性及各种干扰波的相互影响等造成的口 四、全方位勘探的理论 全三维地震采集是采用合理的观测方式和激发接收技术，实现在三度空问 内尽可能多的获得地下某一地质体的全部信息。要实现这一目的，需要有较宽 的方位角和炮检距分布，并且要保证炮检距、方位角和共反射点均匀分布，保 证地震资料有较高的信噪比和分辨率。 1 、资料处理对全三维采集的要求： 1 2 ( 1 ) 、偏移成像：偏移成像对观测山c 要求较高，坚保证反射界面精确成 像，要分析ii 的层的偏移孔径人小及分札，要有足够的地震数抓采集范嗣。 ( 2 ) 、速度分析：要求面元内地震道的炮榆趴与方位角有足够的范和良 好的统计一阵。保证干日邻而兀炮柃趴，方位角分m 均匀。 ( 3 ) 、反褶积：婴求资料柏足够的佑噪比，山丁远道埘反褙秘引算的做 性和统汁| 生较差，因而，要求订鞍多的巾小炮榆趴。 ( 4 ) 、倾珀时斧校止：要求炮检趴和力位加仃足够的范h ，炮椅距和山位 角分布越均匀，对d m o 越有利。 ( 5 ) 、a v o 、a v a ：要求炮榆趴分布均匀。 ( 6 ) 、反射波静校正：要求地震资料有较高的信噪比，要提高静校l r 的耦 合效果，要求相邻而元内有较多相同的激发点和接收点，在设计叫，有足够的 横向覆盖次数。 2 、炮榆距及方位角研究 炮检距的分布取决丁最大、 最小炮检跗。炮检距分布足否均匀蝌。州一洲。，黼扪 与横向炮点分布、覆盖次数及非纵 距分布打荚。如果覆，赢次数较低， 则炮检距分布很差：覆盖次数增 j 3 1 i i i i n l jl u m j i 】l 4 5 i t3 1 ( h 舢，炮榆距分布就随之改善( 图l 4 一1 ) 。好的炮榆趴分布对多次 h 11 l 穗加元内的炮榆距分巾 波及相干噪声的压制柯利，炮检距 均匀分布有利于速度分析。刘伞- 4 9 i ：采集炮检趴婴满足对7 t 的层的要求，且不 同炮检距能量均匀分布。 i 力位角的分布人小l ) c 决于排列片的纵横比，方位角分靠是古均匀与覆盖次数及 非纵趴分巾有火。纵、横向覆盖次数足影响力位角分布的1 婴w 索，如果纵向 覆盖次数较多，而横向梭。盅次数太少，这就类似丁一维的情况，山位角分札很 茺。必须增加横向覆谎次数，使纵、横向粒盖次数幕小斗u ”1 或2 7 别小人，达 剑定的总覆。箍次数，爿。能获得较女i f r , l 山何角分伽( 罔l 一4 2 ) 。好的方位角 ，p 卜、 2 x i o 改 8 ”奠藿 瑟l 4 x 1 0 敬洲h _ 、8 h 玖 h l4 2 件n i | 】儿内n 勺疗他们分札 分布能保证采集到的而元内所有j 度的地质信息，宽办位角采集有利丁速度分 析、多次波衰减和静校l 卜求解：窄方位珀采集仃利j 。a v o 分析和速度横向变化 较人的情况。对仝- f t i 聚集方位知土主好能在0 0 - 3 6 0 。| 司均匀分巾。 第：部分伞! 维野外采集技术方法 、令三维采集观洲方式沦证 ( ) 野外采集参数沦证 地震 l j 探采集参数i 5 计，1 婴的足从 l | j 探所坦解决的址总r l 的入于，考虑 埘有的采集改衔和技术，结合处i l 的能j ，允分考虑各利，叫能的影响b i 索，达 到蜮州想的效果。 4 在地震勘探中基础的地球物理采集参数主要包括纵、横向分辨率、面元和 道距大小、最小和最大炮检距、覆盖次数等，每一个参数的应用范围都是在一 定的假设条件下成立的，各个参数成立的条件又是相互联系、相互制约，本文 对采集中的重要地球物理参数加以重点论述。 1 要求分辨的最小地层厚度纵向分辨率t 要求地震勘探能分辨的最小地层厚度即纵向分辨率，它决定了地震数据采 集中所应保护的最高信号频率成分l ，或最短信号波长入p 。 纵向分辨率：用地震子波的振动延续时间t ，和地震波双程垂直传播的时 闻差t 。，= 2 h v ，表示纵向分辨率。当t 。 t 时，在地震记录上可分辨由该层 上、下界面的反射波；当t 。 t 时，在记录上就不可分辨了。如果地震子波的 振动延续时间为一个周期，即t = t ，按照r a y l e i g h 准则，纵向分辨率极限是四 分之一波长，或者半个周期。一个薄层的厚度大于四分之一波长，或者薄层顶 面和底面反射时间差大于半个周期，薄层的顶底就是可分辨的( 图2 一卜1 ) 。 2 面元边长 进行高精度三维设计，首先应考虑而元大小及其形状。面元边长的确定可 考虑三个因素：目标大小、由倾角推算的最高无混替频率和横向分辨率，从中 可选择最佳的参数。 一个小目标通常有2 3 道就够了，这是因为在三维工作中这就意味着在 目的层时间切片上有4 9 道。 按照经验公式，一般地： 面元边长= 目标地质体大小3 按最高无混叠频率： 面元边长= v h 。( 4 f - j i 。s i n 巾) i 气 按横向分辨率： 面元边长= v ( 2 f h ) 以h - - 个公式侧重点不同，根据工区地质任务，一般取其中较小的面元边 长( 其中，v 为目的层层速度，l ，为信号最高频率，巾为目的层最大倾角， f “为信号主频) 。 用反射波第一菲涅尔带的半径可表示横向分辨率。根据物理地震学的观点 认为：地面上某一点s 接收到可分辨的反射波，是由反射界面上某一范围内的 绕射子波迭加结果。横向分辨率就是该范围的大小，再小就无法分辨了。 两个物体的横向距离如果小于f r e s n e l 带的范围，则它们的反射能量的集 中区的范围互相霞叠，不能分辨：而横向距离大于f r e s n e l 带的范围，则它们 的反射能量的集中区的范围互相分离，两个物体就能够分辨。 要提高横向分辨率，必需设法减小波长，即提高频率。 综上所述，提高反射波的频率，既可以改善纵向分辨率，又可以改善横向 分辨率。因此，把满足纵向分辨率和横向分辨率的两个频率中较高的频率，作 为满足总分辨率的最高频率。计算空间采样间隔时，则应采用满足总分辨率的 频率。 3 最大炮检距的设计 最大炮检距的限定值与多种冈素有关，并受多种因素制约。因此应根据探 区地质条件和有关地球物理参数综合考虑。 最大炮检距选择的好坏，除了影响采样间隔之外，还会影响速度分析的精 度、压制多次波的效果和动校正后频率畸变的程度。所以，最大炮检距要综合 考虑以下几个方面： 最大炮检距要小于或等于主要目的层的深度，即 1 6 x h = v t 【l 这时，反射波的入射角变化不大，反射系数较稳定。避免因入射角大而引 起波形畸变和寄生折射。 动校正波形拉仲产生的频率畸变应控制在1 0 。因为当x = h 时，动校正 的频率畸变为1 2 5 。 要满足速度分析的精度。 能有效的压制多次波。在实际工作中，要压制的多次波与一次波速度相 差不大，所以压制多次波的效果也可以归结为对速度误差的要求。 保证需要a v o 分析的炮检足巨。 最大炮检距的选择受多种因素的影响和制约。炮检距较大对深层勘探、速 度求取和压制多次波有利。但为了保持稳定的反射系数，减少动校正拉伸影响 和具有足够大的信号视波长，则希望炮检距越小越好。凶此，在设计时应综合 分析各种因素，合理选择最大炮检距。 4 覆盖次数 覆盖次数就是对一个叠加道作贡献的道数，也就是每一个c m p 而元的中心 点数。覆盖次数与信噪比( s n ) 存在如f 关系：覆盖次数增加倍，则s n 就增 加4 1 ：s n 要增加倍，则覆盖次数需要增加4 倍( 假设噪声呈随机g a u s s 分布) 。 5 最大非纵距的设计 最大非纵距即横向( y 方向) 最人炮检距。在三维地震非纵观测的各个炮检 方向上，地层的视倾角不同，其叠加速度也各不相同。与纵测线比较，非纵观 测存在非纵观测误差，地层倾角越大，非纵距越大时，非纵观测误差越大。地 层速度越小，t 。反射时越小，非纵观测误差越大。另外，在非纵观测线上，由 1 7 于相邻检波点接收到的反射波时差对a x 的变化率小于纵测线相邻点1 1 寸差的变 化率，所以非纵距越大，这个变化率越小，不利于叠加速度的分析。非纵观测 误差还与炮检距有关，炮检距越大，非纵观测误差越大。 由于地层倾角大小是一定的，而最人炮检距的选定受多种因素制约，因此 应主要通过限制野外三维观测的最大非纵距来减小非纵观测误差。 在数据采集和处理时应采取以下措施： 设计观测系统时要限制最火非纵距，尤其足在断层发育、地质构造复杂， 地层倾角变化大的地区，应使最大非纵距尽可能地小一些； 在允许范同内尽可能地减小最人炮检距； 在资料处理时，不同非纵距( 不同炮检方向或者说不同视倾角条件卜) 的 观测道，应采用不同的叠加速度。 ( 二) 观测系统分析 1 、观测系统属性研究 观测系统属性包括面元大小、方位角、炮柃距、非纵距、覆盖次数等。通 过研究发现，炮检距分布取决于最大、最小炮检距和覆盖次数。对炮检距分布 均匀影响最大的是横向炮点分布矛n = l b 纵距。如果覆盖次数较低、非纵距较大， 则炮检距分布很差。 方位角：方位角分布大小主要受横向覆盖次数和排列非纵距的影响。纵、 横向覆盖次数是影响方位角分布均匀的主要因素，纵、横向覆盖次数基本相当 或差别越小，方位角分布越均匀( 图2 1 2 ) 。 = 二：j 多一一砖”7 秆、；爹夕7 ： 。啦 ，一 ， 7jj、 f 孑7 萨 ， ：、。 、 ，。j 、 、7 ，j - 图2 1 2 方位角与覆盖次数的关系 覆盖次数：覆盖次数越多，信噪比越高。增加覆盖次数既能保证反射面元 内炮检距和方位角分布均匀，并且取准、取全地下地质信息，又能改善资料的 信噪比。覆盖次数应根据工区的实际情况束确定。 速度分析：若炮检距分布集中在小炮检距端，叠加地震道振幅随速度的变 化不明显，这样就很难进行速度分析；若炮检距分布集中在大炮检距端，叠加 地震道振幅随速度的变化较明显，这时也不是较理想的情况。炮检距由小到大 均匀分析j ，叠加地震道振幅随速度的变化很明显，这样就可以进行精确的速度 分析。 2 、普通观测系统分析 从胜利油田地震勘探所采用的观测系统看，普通观测系统存在以下缺点： 方位角分布较差，方位角大约为4 0 ”，所获得的地下信息主要是纵测线方向的， 横向信息少，静校正耦合较差。要进行全三维地震采集，应首先提高横向覆盖 次数，同时对方位角和炮检距分布进行改进，但方位角均匀和炮检距分布均匀 是矛盾的，需要根据地震任务的要求进行充分论证，设计 h 满足目标的观测系 统。 3 、阿利一脱测方式刘比 块 j r4 i # 墙式观测系统：较常规观测系统扯方位f f l , 1 ：n 炮榆e ，分布j ：仃较大改 进，特刖是方位角改进较火，方位加、炮检6 ； i 等参数在一_ 维卒问分布较均匀。 水线状脱测系统：斤位角分m 较笮，炮榆趴分布较均匀。所获得的地f , 言- 息1 要足纵洲线办向的，横向信息少。 ( 一) 】i i i i l 模拟 个二甜i ：地震l 】探与以律三绯地震见有较人l _ | j l 曼别，突i l l 特点是：注晕对 地卜地质械，弘( 包抓近地表模，鹏) 的研究，并存划地f 地质模删和近地表模型 j ! f 行认a 训饩的基础卜，利用模，伊的i r 演技术存审内来验证改训的观测系统足 利学合删，从而人人提高地震勘探解决复杂地质题的能力。 在刈整个观测系统的综合4 f l ：t i e 进行研究的旗础j ，利川地质模，弹( 罔2 一l 一3 、图2 一l d ) 进 r 多种情况f f l j 动态1 r 浈模拟。复杂地表和复杂地层的动 誓 f l h a 质楼， 态j r 浈模拟，研究攫盖次数与方位角在复杂地农与地层条1 ，| = 下的变化情况；小 川层内的动态i 卜浈模拟，1 i ：l 究在小地层内牲，矗次数与方位角的变化；同联i j 速的动态 r 浈模拟，研究在硎层内，山j ：4 - ：l i i l 的地质作川而0 起的f i _ d 层内 小- u 地段f 门役。赢次数o 方何j 的变化；川层变述的动态卜演模拟，l i ；f 究柏t 同 飘 层内，小川速度情况r 的褴盖次数j 山何角的变化。通过以1 并山面的研究， 确定观删系统能台个方位采集剑丰富的地质信息。 通过毅得有关的地质、钻井等参数，建一仃效的地顾帧j 他结合设训的删 测系统，进行模拟放炮，牛成丁k 的单炮记录( 劁2 15 ) ，进行振幅、频率、 幽2 一l j 模拟竹地 速度、衰减最等分析，经过处王! i ! 得剑迭加剖丽和f l ；6 移剖l f i 行对比分析，找其中的棚砌点和小足，进行模拟修难， 地质特点。 鼓人限度的反映地f 通过模，业止浈技术的应用，使观测系统并参数得剑合理优化，使复杂地表 k 的观测系统设训更加科。学，减少地表的复杂件刈施：质岢的影响。还n j 以针 对复杂地隧的地卜地质情况，改训合删i 门观测系统参数，使得到的地震资料能 真实地反映地f 复杂的地质构造，从而确保野外采集得到离- 1 质的地震资料。 ( 四) 令- 维观测系统蹬训实例 l 、设讣原则： 设计令三维观测系统，应充分考虑地卜地质特j _ 和地质任务，保证自良好 的炮检距和方位角分布，适当提高横向覆盖次数。只有保证人_ 占| 5 分面元的炮检 ，1 距和方位角分布均匀，才能确保得好地下反射资料。 2 、罗4 2 地区观测系统设计 ( 1 ) 、罗4 2 地区地质任务 进行全三维试验，查清小断层的分布规律，寻找泥岩裂缝发育带，探索 泥岩裂缝的含油性。 ( 2 ) 、罗4 2 观测系统设计 通过参数论证、根据全三维采集的要求、地质任务的要求及现有的仪器装 备状况，罗4 2 地区进行全三维采集的观测系统需满足以f 要求： a 、方位角分布较好，满足全方位采集的要求，有利于泥岩裂缝检测。 b 、远近炮检距分布较均匀，满足速度分析的要求。 c 、有较高的覆盖次数，保证一一定的信噪比且纵横向覆盖次数接近。 d 、便于野外施工作业的管理。 根据以上分析，我们确定采用砖墙式观测系统，并设计出1 0 线2 5 6 炮、8 线2 4 0 炮、1 0 线2 2 4 炮三种观测系统。f 一_ j ? _ i “1 ： ： 对三种观测系统的方位角、炮检距、非；i ! ：；! ：； 。j! ：! ：； 7 j ：，7_ ：，；： 纵距等观测系统属性进行详细分析，认| ；- 0 。- ：o ! ，；i 一一；一o o - “0 一 为l o 线2 5 6 炮观测系统方位角分自j 最i 二。：l i | ： ：!，! ，； i：，：。t ：。： 好，炮柃距分确j 比较均匀，中间炮柃距； l 0 ；，。71 ，i t，i 一，：t ，； i _ j - ! = 一oi = ! 分布最好，最大炮检距大( 4 3 0 3 m ) ，排| ：一。0 ；：；s ：；：； 列片宽，排列纵横比接近1 0 1 ，对完 | i ；! ! ；： ：； i ：二：，i ：二j ! i j 成地震任务有利( 图2 1 6 ) 。 图2 一l 一6 罗4 2 地区规测系统图 3 、四扣地区观测系统设计 ( 1 ) 、观测系统的确定 一 通过对老资料进行分析认为，要提高全三维及复杂构造的资料信噪比，必 需采用小面元网格、高覆盖次数的观测系统，并改善炮检距分布。针对工区特 点及地质任务，在设计观测系统时，一方面加大排列片宽度，提高横向覆盖次 数，并保证总的覆盖次数较高及炮检距分布均匀；另一方面针对陡倾角断面， 用模型设计最大炮检距范围和施工边界，以得好绕射和反射资料。 根据参数论证结果，设计出4 种观测系统。对它们的面元属性( 覆盖次数、 炮检距分布、方位角分布) 、不同炮检距范围内的覆盖次数分布以及观测系统对 线性干扰的压制效果等进行分析。根据老剖面建立地球物理模型，用所设计的 观测系统对主要目的层地球物理模型进行模拟放炮和射线追踪，分析射线追踪 情况及地下不同深度目的层的c r p 覆盖次数，验证所没计观测系统是否能够完 成对复杂构造( 如：复杂断裂系统及其断面、小断块、小断层) 的研究。根据 分析结果认为8 线1 6 炮、4 8 次覆盖次数的基础观测系统炮柃足臣分布比较均匀， 横向覆盖次数也较高，这种观测系统能够满足对义东断裂系统采集的要求，并 得好断裂系统的断层、断面的信息。 ( 2 ) 、目标地震采集施工设计 a 、针对构造特点设计 采集的主要目标在义东大断裂及其两侧，即断裂系统断面及次生小断层、 小断块，下降盘的第三系和、生界地层及上升盘的潜山内幕构造。从构造图上 看，义东断裂系统斜穿整个工区，工区地下地质条件变化较大，目的层具有从 东向西逐渐变浅，南部较深的特点。所以全工区刁 宜采用单一的观测系统，而 应采用多种观测系统，在目的层变浅的区域改变原来的观测系统，采用渐变的 变观方法，在目标区域大幅度提高覆盖次数，以获得高信噪比的地震资料。 b 、针对老资料信噪比设计 1 囊冀囊囊蘩 震 篆麓嚣麓囊秦曩囊蠢蠹 浏鹫# 罄篓翼雾疆鬟l 鍪薹嚣# 要 一i 气二1 j 二：* + ：羔# = = = ；o # 2 9 e # i ；h j 、 鬻糕羹霁羹垂羹嚣瓣冀 h2 一】一8 粘个i ：k 榆波点和炮点分札l 割 区以断面、断层及地层倾角影响为 ，在i 5 2 引蚶c m p 覆篙次数以后，为r 得好 i j 标体c r p 反射及绕射信息，址排列存以l 设讣基础卜壮体阿向尔扩，使褂地 表c m p 覆。盅次数雅体尔移。 通过分析个i 协1 i 例炮榆口l 范的粒，高次数分枷、变观前后的炮榆矧，和办 位f j 分m 的变化，分忻施l ：方法刈断裂系统、小断层、小断块以及f 降黜ll 地 j 层和1 升盘潜i i 】内幕的射线追踪效果和c r p 反射结果n j 以肴出，所设计施j ：力 法能够很好到完成对i 一标区域复杂构造的追踪( 罔2 1 - - 9 ) 。 h2 一l 一9 全i x 植- 蛊次数分抽劁 二、表层结构调食技术研究 表层结构调查是一项基础f u 义小常重要的工作。激发接l i 复j 式的确定在相 当程度卜依赖于表层结构调查的结果，同时袭层结构可以为静校处理提供参考 资料。在表层调查方而，共进行了叫种方法的探索。 ( ) 地质甫达方 三 地质雷达方法能够获得近地表3 0 米深的表层情况，其原砰是利川不同界 面上的电忖差异，米反映岩性的变化特征。该方法一般是进行连续测量，这样 就a j 以得出一个连续的剖面。通过剖面的解释，n ，以显示表层结构的形状，冉 结合表层取芯可以找准较好得激发岩悄：，并且i j 以连续得追踪，对于正确选择 激发深度和激发岩性很有好处；这种方法使表层结构有一个整体得显示，对表 层波传播规律研究很有帮助。( 图2 2 1 ) 足在全二维攻关中获得条地质需 达剖面，町以明显的看出表层的胶泥层和沙层的分布。在表层5 7 m 左右有。层 2 5 _卜!|一卜一卜卜r l 划2 21 j 也j 。l ! j 土l jj | 约卜2 m 厚的泄联，8 一1 2 m 处反射杂乩，丛奉上没有连续的界面，通过墩芯挂小 煺批流沙层，在1 8 m 有较硬的泥砂联。 ( _ 二) 陆地声纳斤法 陆地声纳的丛本原删与地震l l | j 探圳t 4 ，_ 爻际i 就是近于白激白收的种近 陆地声纳资利( i o ( ) l l z 一2 0 0 h z ) ”r = 一 。 。 1 t = - _ - _ _ _ _ l i _ 。? ，。7 一 i i - i j 。j ；o 一 _ _ - _ l _ 一 一 f f 一 -i，-，1 i r h 。一4j ”，一_ 、ij i i 地_ ( 渊r d l j 地震办法，通过训a l ，j 以得剑蛳较宽( o 1 0 0 0 h z ) f i j 近地农地震 剖而这此刮i i i f i j 斛祥结果与地质j l i 逃削丛小吻介，所以认为该区仃在曲层 2 6 较好的界而，足两个较好胶泥层的反射。( 罔2 - - 2 2 ) 足条陆地j - 纳洲面h 从罔- 】以明娃的看地f 岩。陀体的火火脱象，比较消晰的反映r 地i 、介质 f 内分m 状态。 ( j ) 舣井微测井测a 琥反射界面 改办法原理足扣曲u 较深的井，其r i ii 赴激发井、一fi 是接收j i ，接收 井井底井u 各放置个检波器，激发儿巾何隔米个j i i 管，一r 而j 激发， 根据虚反射界i f 的反射波确定虚反射界，这利，方法埘求取虚反射界而足相“1 准确的。楸折；舷反身j 界的深度n j 以合刊j | 1 j 选择激发井深，使得激发产生的地 煳l * 图2 2 一： 烈r 微洲j i 聚 萎一蓁 rhhuhu 震波不受虚反射的影响，具有较高的频率。( 图2 2 3 ) 是利用井底检波器接 收的炮集记录，分析所得的地震记录，直达下行初至波品质较好，初至基本清 楚。当h = 2 0 - 4 0 m 时，该波受直达波延续相位干扰，同相轴的连续性变差，当 h = 7 2 0 m 时，在记录上见到与初至直达波视速度相反、频率较高、品质较好的 反射同相轴，与理论时距曲线对比分析认为，其可能就是虚反射界面造成的虚 反射，当h = 3 - 5 m 时，直达波的第二个相位和虚反射发生干涉，出现同相轴较宽 的复波，当h = 3 0 m ，激发点已在低速带内，信号的频率明显变低。 ( 四) 表层取芯 上面三种方法都间接反应出表层结构和特点，但确切的岩性，只有靠表层 取芯才能准确的确定，通过取芯资料可以较好的对以上资料进行标定，这是表 层调查中作为点调查的最直接的一种方法。 ( 五) 表层调查的成果及分析： 利用双井微测井方法确定了虚反射界面的深度，在表层岩性问题上，通过 取芯进行标定，结合地质雷达方法和陆地声纳进行纵横向的追踪对比，确定岩 性的分布。 通过以上几种方法的联合，可以较女，的确定出表层的结构，得到表层岩性 剖面图和平面分布图，为激发、接收因素的选择提供了依据，也为静校正提供 了可靠的资料，同时对表层波的研究提供了较准确的模型，有利于指导后续工 作。 三、野外激发技术研究 ( ) 激发震源的研制 激发震源的研制，i 婴是为厂允分利用炸药的激发能最，提高地震波l 苛频 信号的能量，减弱表层 一扰波的能量和刈地而殴施的破坏作h j 而改讣的。 l 、，t 直延迟迭加震源 根据单点小药晕激发高频成份相对i 二亩的原理，克服小药量能赞小足的问 题，研制r 垂血_ i 正迟迭加震源，其原理见( 罔2 - - 3 一1 ) ，该震源将能量集巾向 下传播，而向地而方向传播的能量呈发散状态，从而减少厂对地面的震动和表 | | 【吲2 ：j 2 j 叭。l 址巡替加j 盏捌 1 ，酱地嵌源卟垲对比 层干扰能量。通过多次测试延迟进度r ，j 达剑1 3 0 02 3 0 0 m s 。( 网23 - - 2 ) 足延 迟迭加震源与普通震源的原始单炮对比记录，从罔一u 以厅剑刈比效果怍常明 显。从试验单炮记录i 分析，普通炸药即帅t 址录 1 而波较强，- 睡随延迟替加震 源记录面波较弱。延迟迭加震源与普通震源的剖而对比，记录频率、必i _ 2 能量、 分辨率仃旧显的提高。 2 、爆炸地震锤 聚能弹在与尉岩介质作用时，以爆炸气流射击地层，返样就必然有部分能 量在穿透地层时所消耗。出于产生地震波的只足冲击波的摩擦力( 如果射流是 一条线时) 在起作用，为充分利用爆炸能量，设计丫爆炸地震锤，使爆炸能量 2 9 返利t 震源( 原圳小意罔见图2 3 3 ) 0 拧自 较慢的定性，n j 以根抓所蛭解决的地赝仟务的 小剃药量的小i i _ i 术改训小州的爆炸地震铘，从 形成地震饰系列。 划2 一： 曝炸地趱锤蟓州j _ 地震镡震源通过试验，嫩褂r 较女巾0 效小，从解编址录埘比效果分析( 见 h231 ) ，定向地震铖激发后捩褂资利n j 信l 啦比较- ：h 。增加ir 订效地震波的能 鲑，减弱r 爆炸。带米n 1 扰和埘地i i 的做坏作川，提高r 倍噪比，这种震源l 叮 以小”地州决建筑物惭集锋复杂地& i 苎的激发6 d 题 逝 细k 药j = _ ! 的改7 + 1 原删( h2 35 ) 与 睡i + f 延迟逃加f 芝源的原理址敛的，1 要lj 的址使爆炸述度o 地层传播速艘致，在爆 炸的过秤 i ，使向f 、力的能量搿剑h 步迭 加，l m i h jj 山向i 一的能瞪7 1 u t t f 剑分敞。山j l 炸约燃速微难达剑，地联传播速度 敛，井儿山丁我层爿忡牛从状分m ，从浅今 深变化较人，学敛震源卜化能吊迭加i 效果d - ：s m 想，儿外，低爆速细k c j , t , i ：j 巫t f 存着严币的扪爆现象， 从试验效果来看，特制的细k 约牲震游比f f 通震源效果i 州址。从2 k gf j 许 通震。，k 度分别为l 、2 m 旧细k 蜘；j = ：震源激发后得剑f 一单地源址录对比分析， 川细l i = = 药梓震源获得的址j 止c 信嵘比和频， ：比川普通震源捩得的资制都高( 罔 一3 6 1 2 4 c m x i 约枉：c ：l n x in 1 约3 c l i i x 2 m 药 2 ： h 细k 拍十f j m ，是渊州比 4 、对撞震源 根据坂子弹的0 f 爆原理，研制成功7 刈撞震源，这干【| l 震渊足采j i j 两端引爆 j i 方式，中问能量对撞冲击地层( 图2 3 7 ) 。 在试验过程中，该震源在能量方面有所提 高，而在频率上并不占优势，信噪比也较差， 陛誊口 其原因是震源爆炸横向冲击地层，产生了较 图2 - 3 7 两弹对撞震源原理示意图 强的横波和近地表的干扰波，该种震源经过了一定的改造后可用于横波勘探。 ( 二) 激发方式的研究 震源的激发方式研究是地震勘探中的重要组成部分，它包括激发井深、药 量、激发的组合方式、激发条件等方面的试验研究工作。 1 、虚反射界面对激发井深的影响 在地震勘探中最主要的是下行波，下行波分为直接下行波和先上行再下行 波，地震反射波记录上是两种波的总合。 设爆炸深度为h ，介质中波的传播速度为v ，则药包到井口的时间为： t = h v 若直接下行波为矾( t ) ，则次生下行波为： a l ( t ) = 一a 。( t - 2 x ) 在频率域中a 。( f ) = 一矾( f ) e i 2 颤( 2 下) 那么总的下行波为： a ( f ) = a ，( f ) ( 1 - e - i2 f 7 c ( 2 下) ) = a 。，( f ) 柚( f ) 可简化为h ( f ) = i2 s i n n f ( 2 下) i 由上述频率特性函数可知，频率特性足一个周期性函数，h ( f ) 的最小值 为0 ，最大值为2 ；频率响应主要与t 值大小有关，t 较小时，频带较宽，峰值频 率较高；反之频带较窄，t 值增大一倍，频带宽度缩小一倍；当t 值趋于0 ，即 在虚反射底界面处激发时，不存在虚反射，对地震信号也就没有频率响应作用。 3 2 因此h ( f ) 主要与下有关，而t 的大小又与激发深度有关。 2 、井深确定： 药柱距离虚反