（地质工程专业论文）通南巴地区山地三维地震资料采集方法研究.pdf

通南巴地区山地三维地震资料采集方法研究 滕凤岩( 地质工程) 指导教师：王永刚教授 摘要 山地三维地震勘探的勘探难度一直较大，大山地大三维的勘探难度更 大。论文以大量的现场采集的资料为基础，对通南巴地区地震勘探的采集 效果进行了层层剖析，并与老资料进行了对比，最终验证了通南巴地区的 资料采集效果明显优于以前的资料，并且能够完成地质任务。 对该地区前期的地震勘探工作进行了总结分析，认为在观测系统设计 中，应在考虑处理能力的前提下改善资料信噪比。从而针对该地区地震勘 探观测系统的最大炮检距、道距、覆盖次数和观测形式等参数的选择提出 设计思路。 通过对通南巴地区山地三维地震勘探地区采集方法研究，得到了在山 地开展三维地震的技术和经验：( 1 ) 多道、高覆盖次数、大排列片、宽方 位观测系统及灵活的施工方式是当前国内外解决岩性、裂隙油气藏等地质 问题的主要手段；( 2 ) 在复杂山区，精确的表层结构调查可为激发井深的 选择提供量化依据，并为处理提供精确的静校正量；( 3 ) 科学灵活的激发 技术、接收技术及措施是穿越河流水域、砾石区、城镇等大面积障碍区的 有效手段，高精度数字卫星图片的应用是山地三维勘探得以精确、高精度、 高效率实施的辅助手段。 关键词：通南巴地区，山地三维，地震勘探，宽方位角 t h es t u d yo fm o u n t a i n o u sr e g i o n3 ds e i s m i cs u r v e y i nt o n g n a n b aa r e a t e n g f e n g y a n ( g e o l o g i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rw a n gy 0 n g - g a n g a b s t r a c t m o u n t a i n o u sr e g i o n3 ds e i s m i cs u r v e yi sa l w a y sd i f f i c u l ta n dh a r d ，b u t l a r g em o u n t a i n o u sr e g i o n3 ds e i s m i cs u r v e y ( al o to fc h a n n e l so rl a r g ea r e a ) i s m o r ed i f f i c u l ta n dh a r d i nt h eb a s eo ff i e l ds c e n ed a t a ，t h i sd i s s e r t a t i o n d e s c r i b e dt h a tt h ee f f e c to fm o u n t a i n o u sr e g i o n3 ds e i s m i cs u r v e yi sa n a l y z e d d e t a i l e d l y , a n d c o n t r a s t e db e t w e e nn e wd a t aa n do l dd a d a f i n a l l yt h i s d i s s e r t a t i o nv a l i d a t e dt h a tn e wd a t aa r em o r ef i n et h a no l dd a t a ，a l s o a c c o m p l i s h e ds e i s m i ca s s i g n m e n t b ys u m m a r i z i n ga n da n a l y z i n gt h ep r e v i o u se a r t h q u a k ep r o s p e c t i n gd a t a o ft h i sa r e a , w et h i n kt h a ti nt h el a y o u td e s i g n i n gp r o c e s so n es h o u l dt a k e i m p r o v i n gt h ed a t a ss i g n a l t on o i s er a t i oi n t oa c c o u n to nt h eb a s eo f p r o c e s s i n ga b i l i t y t h e r e b y , w ep u tf o r w a r do u rd e s i g n i n gt h o u g h t sf o rt h i s a r e a st h em a xo f f s e t ，t r a c ed i s t a n c e ，f o l dn u m b e ra n dt h eo b s e r v a t i o nf o r m o f t h ep a r a m e t e r so f t h ep r o s p e c t i n gl a y o u t b yt h es t u d yo f t h em o u n t a i n o u s3 de a r t h q u a k ep r o s p e c t i n ga c q u i s i t i o n m e t h o do ft h et o n g n a n b aa r e a ，w eg a i nt h et e c h n o l o g ya n de x p e r i e n c ei nt h e m o u n t a i na r e a ( 1 ) m o r et r a c en u m b e r , h i g hf o l dn u m b e r ，b i gl a y o u tp i e c e ， w i d ea z i m u t hl a y o u ta n df l e x i b l ec o n s t r u c t i o nm e t h o da r et h em a i nm e a s u r e s t os o l v et h e l i t h o l o g y a n dc r a n n yo i l - g a sp o o l s ( 2 ) i nt h ec o m p l e x m o u n t a i n o u sa r e a ，t h ee x a c ts u r f a c el a y e rs u r v e yc a l lp r o v i d eq u a n t i t a t i v e s t a n d a r df o rt h et r i g g e rw e l l sd e p t h ( 3 ) t h es c i e n t i f i ca n df l e x i b l et r i g g e r i n g a n dr e c e i v i n gt e c h n o l o g ya r ee f f e c t i v em e t h o d st og ot h r o u g ht hb i gt h er i v e r a r e a ，g r a v e la r e aa n dt h et o w n t h ea p p l i c a t i o no ft h eh i g hp r e c i s i o nd i g i t a l s a t e l l i t ep i c t u r ei saa s s i s t a n tm e t h o df o rt h em o u n t a i np r o s p e c t i n gt og oo ni n t h em a n d e ro f p r e c i s i o na n dh i 曲e f f i c i e n c y ， k e yw o r d s ：t o n g n a n b aa r e a , m o u n t a n i o u sr e g i o n3 d ，s e i s m i cs u r v e y , w i d e a z i m u t ha n g l e 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其它人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括为获得中国石油 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名2 0 0 5 年1 1 月2 3 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和 借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印 或其它复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名 导师签名 2 0 0 5 年1 1 月2 3 日 2 0 0 5 年1 1 月2 3 目 中国石油大学( 华东) 工程硕十学位论义 第1 章研究区概述 第1 章研究区概述 1 1 地理位置及地理简况 研究区位于四川笳地东北部四川省通江县、南江县、巴中市境内，研 究区范围东经：1 0 6 0 5 4 l 1 0 7 0 2 3 7 ，北纬：3 10 5 5 j 一3 2 0 2 3 7 ，施工面积约4 4 3 9 k m 2 ， 区内有通江县的涪阳、新场、青浴口、板桥、平溪、烟溪、碧溪，南江 县的大河口等几十个乡镇。 研究区交通极为不便，除通江一铁溪一镇巴、通江一平溪一南江等主要交 通干道外机耕道极少。 研究区属大山区，山势特别陡峭，沟谷切割严重，该区最高海拔达 1 7 7 0 米( 南天门附近) ，相对高差最大达1 4 0 0 余米，地势险峻。 通南巴地区实施退耕还林后，大部分山区无人居住，植被以荆棘林、 荆竹林为主。 研究区主要河流有近南北向的通江河、徐家河、魏家河及陈家河。 通南巴地区9 4 年至今已多年干旱，小溪、小河已断流，人畜饮水困 难，地震钻井施工水源缺乏。 区内农作物主要有小麦、土豆、玉米、桔子、油菜等。在低洼山涧地 段多为水田，山上梯田的主要农作物是油菜、小麦、土豆、玉米，5 月下 旬是小麦收获季节。 本区属于温带气候，年平均温度在1 5 c 左右，最低温度在o c 左右， 最高温度在3 9 ( 3 左右，年降雨量一般在1 0 0 0 m l ，旱季在1 0 一3 月份，雨季 在4 9 月份，雨量充沛，气候潮湿，容易造成采集设备漏电。 中国石油火学( 华东) 工程硬士学位论文 第l 章研究区概述 1 2 地质概况 通南巴地区烃源岩发育，层位多、厚度大，自f 而上从海相古生界寒 武系至中生界中侏罗统千佛崖组的灰黑色、深灰色、出色扶岩，黑色深 灰色泥页岩，煤层均具有一定的生烃能力，各层生烃能力差别较太，重要 烃源层为志留系及下二叠统烃源层。通南巴地区志留系厚度8 0 0 1 0 0 0 m ， 为下古生界最好的烃源岩。下二叠统区域上多为生物发育的台地局限浅海 沉积，有机质丰富，转化条件良好，烃源岩区域厚度2 0 0 3 0 0 m ，低能环 境的黑色灰岩具有较好的生油能力。 根据区带综合研究成果，该区3 6 0 0 k m 2 总生气量为8 3 6 0 4 2 4 9 8 2 7 4 2 4x1 0 8 m 。，构造带天然气资源量为3 4 8 0 4 2 0 8 1 0 8 一。天然气资 源量集中在海相层系中，占总资源量的9 2 2 9 3 5 4 ，是天然气勘探的 主要目标领域。 1 3 地震地质条件 1 3 1 表层地质条件 研究区出露岩层主要有侏罗系上统蓬莱镇组( j 3 p ) 的紫红、暗紫色 泥岩，粉砂质泥岩、页岩，以及分布不稳定的紫红色石英细砂岩、泥质细 一粉砂岩互层，约占研究区的6 0 9 6 以上；其次是白垩系下统( k c h 2 、k c h l ) 灰绿、白色石英砂岩、粉砂质泥岩与泥岩互层，约占研究区的3 0 ：在研 究区巾部母家梁高点部位主要有侏罗系中统遂宁组( j 2 s n ) 、及沙溪庙组 ( j 2 s ) 的紫红色泥岩及狄质细一粉砂岩出露，夹不稳定的灰绿色石英细砂 岩。约占研究区的l o ；在研究区东北角出露有侏罗系中统千拂岩组( j 2 q ) 岩，约占研究区的1 0 ；在研究区东北角出露有侏罗系中统千拂岩组( j 2 q ) 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第1 章研究区概述 1 2 地质概况 通南巴地区烃源岩发育，层位多、厚度大，自下而上从海相古生界寒 武系至中生界中侏罗统千佛崖组的灰黑色、深灰色、灰色灰岩，黑色深 灰色泥页岩，煤层均具有一定的生烃能力，各层生烃能力差别较大，重要 烃源层为志留系及下二叠统烃源层。通南巴地区志留系厚度8 0 0 1 0 0 0 m ， 为下古生界最好的烃源岩。下二叠统区域上多为生物发育的台地局限浅海 沉积，有机质丰富，转化条件良好，烃源岩区域厚度2 0 0 3 0 0 m ，低能环 境的黑色灰岩具有较好的生油能力。 根据区带综合研究成果，该区3 6 0 0 k m 2 总生气量为8 3 6 0 4 2 4 9 8 2 7 4 2 4x1 0 8 一，构造带天然气资源量为3 4 8 0 4 2 0 8 1 0 8 m 。天然气资 源量集中在海相层系中，占总资源量的9 2 2 9 3 5 4 ，是天然气勘探的 主要目标领域。 1 3 地震地质条件 1 3 1 表层地质条件 研究区出露岩层主要有侏罗系上统蓬莱镇组( j 3 p ) 的紫红、暗紫色 泥岩，粉砂质泥岩、页岩，以及分布不稳定的紫红色石英细砂岩、泥质细 一粉砂岩互层，约占研究区的6 0 以上；其次是白垩系下统( k c h 2 、k c h l ) 灰绿、白色石英砂岩、粉砂质泥岩与泥岩互层，约占研究区的3 0 ；在研 究区中部母家梁高点部位主要有侏罗系中统遂宁组( j 2 s n ) 、及沙溪庙组 ( j 2 s ) 的紫红色泥岩及灰质细一粉砂岩出露，夹不稳定的灰绿色石英细砂 岩，约占研究区的l o ；在研究区东北角出露有侏罗系中统千拂岩组( j 2 q ) 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第1 章研究区概述 地层，其岩性为紫色泥页岩夹灰绿色砂岩、黑色页岩以及灰绿色细一粉砂 岩夹黑色页岩及透镜状灰岩；在通江河流域有第四系卵石覆盖。 研究区出露岩层倾角变化大，大部分地区均有从近水平渐变为近直立 的地层。 总体而言，研究区内激发岩性以泥岩、页岩、泥质细一粉砂岩为主， 激发条件较好。 1 3 2 深层地震地质条件 以往勘探资料表明：海相地层从寒武系到三叠系都存在良好的波阻抗 界面，可获得连续性较好的反射波组：陆相地层须家河组及白田坝、沙溪 庙组反射波组连续性也较好。研究区内构造复杂，断层发育，地层倾角变 化大，构造翼部地层倾角最大达2 7 。，波场复杂，特别是主要勘探目的 层之一的三叠系下统嘉陵江组( t i j ) ，属膏赫柔皱地层，反射界面褶皱严 重，反射系数极不稳定，信噪比低，连续性差，勘探难度大，但总体而言 研究区深部地震地质条件较好。 1 4 前期勘探情况及资料分析 1 4 1 前期勘探简况 川东北区块通南巴构造带的油气地质工作始于五十年代，1 9 5 8 年完 成了地面地质调查；六十年代进行了重、磁测量并在元覃高点原石油工业 部部署钻井一口( 南1 井) ，进尺2 6 8 3 9 m 。 七十年代初该区开始用地震方法进行地下构造勘探，1 9 7 1 年前后用 光电地震仪作了地震工作，1 9 7 2 年用模拟磁带地震仪采用简单连续观测 系统开展了地震普查，1 9 7 8 年用模拟磁带仪开展了多次覆盖试验，提交 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第1 章研究区概述 了四川盆地涪阳坝构造地震普查报告、四川盆地南阳场地震普查报 告。并在母家梁断高部署钻井2 口( 川2 3 、2 7 井) ，进尺3 6 8 3 9 m 。 八十年代开始用数字地震仪对该区进行地震勘探，并依据弯曲测线资 料部署了川涪8 2 井，1 9 8 6 年该井在须四段发生了井喷并在嘉二段获工业 气流，于1 9 8 7 、1 9 8 8 年在该区全面展开地震普查，测网密度为4 k m x 8 k m ， 完成近1 0 0 0 k m 二维地震勘探，同时在涪阳坝构造母家梁高点完成了 8 0 2 1 5 k m 2 的三维地震勘探，第一次对沙溪庙至寒武系地层构造形态有了 较深入了解，1 9 8 9 年据此资料完成了四川省通江、南江、巴中涪阳坝 一南阳场地区油气勘探成果报告。 九十年代在以往地震测线的基础上，加密测线1 6 条( 5 2 5 9 7 k m ) ，测 网达2 k m 4 k m ，并于九十年代初完钻深井1 口( 川巴8 8 井) 。9 4 年5 月 完成了9 2 、9 3 年及部分老资料重处理工作，结合该区三维地震资料和1 9 8 8 年处理的老资料，开展综合地震资料解释工作，并于1 9 9 5 年6 月完成了 四川省通江、南江、巴中县通南巴背斜油气地震普查( 含涪阳坝三维) 成果报告。 1 9 9 9 年及2 0 0 0 年，在该研究区加密测线2 5 条，测网达2 k i n 2 k m ， 2 0 0 0 年处理后，提交了四川省通南巴地区地震详查成果报告，并部署 了川涪1 9 0 井，该井在须家河组及嘉陵江组喜获工业油气流，原南方海相 经理部在此采集资料的基础上，安排了老资料重新处理及解释，在河场坝 高点部署了河坝1 井，在嘉陵江组及飞仙关组获得了良好油气显示，该井 目前正在钻进中。 4 中国石油大学( 华东) t 程硕士学位论文 第1 章研究区概述 1 4 2 前期勘探采集参数 1 、观测系统 以往历年临区进行的地震勘探的观测系统参数见表1 - 1 。 表1 - 1 观测系统统计表 9 9 、2 0 0 0 年9 2 、9 3 年8 7 、8 8 年8 7 、8 8 年8 7 、8 8 年 二维勘探二维勘探二维勘探1二维勘探2三维勘探 c d p 尺寸 2 0 m2 0 m2 0 m2 0 m 5 0 m 5 0 m 道数1 2 0 道9 6 道9 6 道4 8 道 1 9 2 道 道间距4 0 m4 0 m4 0 m4 0 m 1 0 0 m 炮间距 8 0 m8 0 m8 0 m8 0 m 2 0 0 m 叠加次数3 0 次2 4 次2 4 次1 2 次 6 x2 = 1 2 次 排列方式单边单边中间放炮单边 单边 最小炮检距8 0 m1 6 0 m3 6 0 m3 6 0 m5 0 m 最大炮检距 4 8 4 0 m3 9 6 0 m2 2 4 0 m2 2 4 0 m2 3 6 9 m 2 、激发因素、接收因素： 震源类型：高密度乳化炸药 激发方式：单深井或深井组合激发 井深：深井1 2 - 1 3 米，组合井累计深度不低于1 5 米。 药 量：6 - 1 6 k g 检波器：2 8 h z 自振频率检波器，每道3 串3 并共9 个； 组合方式：具备条件的使用3 3 2 m 组合，条件不允许时，采用了 不规则面积组合或线性组合，组内检波器相对高差小于2 m ； 埋置方式：根据条件进行挖坑埋置，按要求做到了“实、直、深、准、 不漏电”，检波器夹子与电缆接头进行了悬空处理。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第1 章研究区概述 3 、仪器因素 以往历年临区进行的地震勘探的仪器参数见表1 2 。 表1 - 2 通南巴原二维及三维地震资料采集仪器因素统计简表 9 9 、2 0 0 08 7 、8 8 、9 2 、 其它 8 7 、8 8 年 年度9 3 年度 特殊测线 三维勘探 仪器型号s n 3 8 8s n 3 3 8 h ro p s i ss g r i i 采样问隔 l m s2 m s2 m s 2 m s 记录长度5 s5 s5 s5 s 接收道数1 2 0 道4 8 道、9 6 遒9 6 道1 9 2 道 记录格式 s e g ds e g b s e o y s e g y 磁带类型3 4 9 0 带1 1 2 带1 2 带1 2 带 1 4 3 前期勘探资料分析 1 、原始单炮分析 a 、信噪比与能量 总体来看，原始地震记录信噪比较高( 尤其是1 0 3 5 秒) ，主要目 的层波组齐全，能量适中；但在断裂带位置附近资料信噪比较低，连续性 较差。由于采集年份跨度大( 1 9 8 7 2 0 0 0 年) ，采集因素多变，资料质量 参差不齐，按时间方向分：采集测线年代越晚，质量越好：按地域位置分： 西南部( 南阳场一带) 测线质量优于东北部( 涪阳坝一带) 测线。 b 、频谱 通过谱分析、频率滤波扫描，老资料原始单炮的有效频带范围大致在 8 8 0 h z ，优势频带2 0 4 0 h z ，主频3 0 h z 左右。 c 、干扰波 由于地表条件复杂多变，导致记录中存在多种类型的干扰波，如面波、 声波、浅层折射多次波、5 0 h z 工业电干扰、人动干扰、高频干扰、异常 强振幅干扰、野值和尖脉冲及外界震源干扰等。 2 、地震剖面地质效果及资料品质分析 6 中国石油大学( 华东) 工程硕上学位论文 第1 章研究区概述 a 、总体上，资料主要目的层信噪比较高，连续性较好，反射波组齐 全，层次清楚，特殊反射波清晰，波组特征清晰，剖面面貌整体一致性较 好，易于对比追踪。 b 、断裂带位置附近剖面信噪比较低，同向轴连续性较差，构造特征 不清晰。 c 、前期资料品质：i 类占8 0 左右，主要分布于通南巴鼻状构造的 主体部位；i i 类占1 5 左右，主要分布于构造两翼；i i i 类在5 以下， 仅分布在南阳场高点西段的南江河一带和母家梁高点附近。 d 、地质评价：甲级剖面7 9 条，占9 6 3 ：乙级剖面3 条，占3 7 ； 无丙级剖面。 1 4 4 前期勘探存在的不足 l 、通南巴东北部以往资料信噪比低，波组特征不明显，高频微震干 扰强，采集资料信噪比还需进一步提高。 2 、缺乏低降速带调查资料，一定程度上影响了勘探精度。 3 、采集资料主频较低( 在主要目的层一般为3 0 h z 左右) ，有效波频 带较窄，在横向上频率变化较大，分辨率偏低。 4 、二维勘探的横向分辨率较低，解决复杂断块的能力较差，构造精 度及储层横向预测可靠性较差。 1 5 主要勘探难点及对策 1 5 1 技术难点及对策 根据本次采集地质任务的要求：通过三维勘探的实施，重点解决地下 地质结构、石炭系、二叠系、三叠系的岩性气藏和裂缝气藏的发育带、提 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第1 章研究区概述 高反射波的分辨率，能够预测三叠系飞仙关组和石炭系黄龙组的1 5 米厚 的储层：结合对以往施工方法、资料分析和对本区的详细踏勘及对表层结 构和深层地震地质条件的认识，认为本次三维资料采集的主要技术难点 是： 难点1 ：在保证获得高信噪比地震资料的情况下如何提高本区主要目 的层的地震波反射主频、拓宽有效波频带，提高纵向分辨率。 对策1 ；结合以往的激发、接收因素，在精细试验的基础上，改善激 发、接收条件，提高高频信号的激发、接收能力。采用低频检波器，保护 低频接收信号，拓宽有效波频带。 难点2 ：针对构造高陡，构造起伏大，构造顶部和两翼资料获取困难 的问题，如何提高构造顶部资料的信噪比。 对策2 ：基于地质目标和后续处理进行方法设计，采用小面元、宽方 位角观测系统，确保得好复杂构造及储层的信息。 难点3 ：本区断裂系统发育，以北西一南东方向为主，与构造走向垂 直；以逆断层为主，如何得好断层部位资料是研究区技术难点之一。 对策3 ：针对目的层，优化三维观测系统，改善炮检距和方位角分布， 保证速度分析的精度，提高叠加、偏移成像效果。 难点4 ：面波和高频干扰是影响该区资料品质的主要因素，尤其是高 频次生干扰是提高分辨率的主要障碍。 对策4 ：充分发挥4 0 8 仪器噪音监控的功能，加强施工各环节的质量 控制，做到无风或小风时施工。 中国石油大学( 华东) 工程硕土学位论文第1 章研究区概述 1 5 2 施工难点及对策 难点1 ：本区山高林密、地表复杂、交通困难，钻井作业难度较大。 对策1 ：根据研究区地形及地质情况，选择合理的钻机设备维护与供 应点，及时了解各钻机组的工作情况，保证钻井施工进度。 难点2 ：本次三维采集工期紧、任务重。 对策2 ：配备充足的设备和精良的人员，合理组织，精心安排，确保 旌工按计划进行。 难点3 ：本次三维采集由两家单位共同承担，如何做到施工中互不影 响也是本研究区需要关注的重点。 对策3 ：合理安排各自的施工顺序，互相支持和促进。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章采集参数论证 第2 章采集参数论证 依据该地区的地形地貌、深部构造，特别是目标层的空间展布特征 及勘探目标，旨在获取高信噪比、较高分辨率( 宽频带) 、高保真的山区 三维地震原始资料，满足地质目标勘探的需要。 通过对该研究区前期的地震勘探工作进行总结分析，认为在观测系 统设计中，应在考虑处理能力的前提下改善资料信噪比，即采集到的地 震数据必须能被后续处理有效利用并满足处理需要。下面针对该地区地 震勘探观测系统的最大炮检距、道距、覆盖次数和观测形式等参数的选 择进行研究 6 - 8 1 。 2 1 关于地震勘探理论的适用条件探论讨 地震勘探是一项非常复杂的系统工程，因此只能在遵循一定适用条 件下进行采集参数的合理设计。下面，就几何地震学的适用条件和有关 速度类型进行讨论。 2 1 1 几何地震学理论的适用条件讨论 当地震波在介质中传播时，在波传播范围内的任一点上都可记录 到波前面传到这点的时间。“。这样，可把波前面的传播时间t 看成为空 间坐标g ，y , g ) 的函数，即： f = g ( x ，y ，z ) ( 2 - 1 ) 若已知上面的函数关系，则可以确定出波前面传到介质中任一点 的时间。因而也就确定了一标量场7 g ，y ，z ) 。我们把这一标量场称为时 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第2 章采集参数论证 间场；而把确定这个场的函数g ，y ，z ) 称为时间场函数。 另一方面，如果给出一定的时间值t i ，则我们也可以由时间场函 数确定这一时刻的波前面的位置。由( 2 - 1 ) 式可知，波前面的方程为： g ( x ，y ，z ) = r ， ( 2 2 ) 倘若给出一系列的时间值，z ，就可以确定出各相应时刻的波 前面的位置。所有这些波前面的形态和分布情况反映了地震波的传播路 径、传播速度等运动学特点。 由此可见，如同波( 场) 函数可作为波动地震学的基本量那样，时 间场函数也可作为几何地震学的基本量。另外须指出，如果将观测范围 缩减为一个平面或一条直线，那么这时间的时间场函数将分别变为观测 点坐标的二元和一元函数，即： ，= g ( x ，y ) ( 2 3 ) 和 f = g ( x ) ( 2 _ 4 ) 上面两式分别表示了波前面传到观测平面和观测线的时间与观测 点坐标之间的关系。显然，它们就是时距曲面和时距曲线方程。因此可 以说，时距曲面方程和时距曲线方程实际上为时间场函数的特例。 下面利用惠更斯原理来寻找波前面在介质中传播时应遵循的规 律，即时间场的微分方程式。如图2 1 所示，假定在某一时刻t 1 ，地 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第2 章采集参数论证 震波的波前面位于s 1 的位置。根据惠更斯 原理，s 1 上的各点都可以看作子波源而从 t 1 时刻开始向外发射球面子波。经过缸时 间微分方程式示意图后，这些子波的“子 波前”为半径等于矿g ，y , z ) a t 的球面。这里 v ( x ，y ，z ) 为s 1 上任一处的波速。所有这 图2 - 1 推导时间场 些球面的包络面( 即公切面) s 2 就是t 2 = t l + a t 时刻的波前面。由此可 知，s 1 和s 2 的法线距离为： a n2v ( x ，y ，z ) a t ( 2 5 ) 或写作： r1 a n v ( x ，y ，z ) ( 2 6 ) 在极限情况下，即当出一0 时，有： 研1 = 2 _ ：_( 2 - 7 ) d n v ( x ，y ，z ) 、 其中d t d n 为时间场的梯度。因此可将上式写为； gradt=争丽10x o z v 沼s ， 卵f y1 jz 、 一一 由于我们所知道的是速度的大小，而其方向是未知的，所以有必 要将上式写成标量形式： 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章采集参数论证 即 ( 刖出) 2 = 丽1 ( 2 9 ) ( 黔( 势o z ) = 南 b 呐 这就是时间场的微分方程式，称为时间特征方程，它是几何地震 学的基本方程。如果已知波速函数为i ，g ，y ，z ) ，那么在一定的边界条件 和初始条件下，就可以由( 2 1 0 ) 式求得相应的时间场函数g ，y ，z ) ， 从而也就知道了地震波的全部运动学特点”。1 。 2 1 - 2 从波动方程向时间特征方程的过渡 和几何地震学中的时间特征方程相对应，波动地震学的基本方程为 波动方程。“。三维标量波动方程的形式为： v 弘志睾 阻 为了说明波动方程和时间特征方程的关系，考虑波动方程的简谐 波解。在一般情况下，这种波的波函数形式可写为 啪，z ) e j o 】 t - 黜1 ( 2 1 2 ) 其中：彳g ，y ，z ) 为振幅；y o ，y ，z ) 为自坐标原点到波面的法线距离。 ，【x ，y ，z ) 我们知道，v ( x ，y ，z ) 为波的相位。令此相位为零，可得波前面的方 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第2 章采集参数论证 ，一，l ，y ，z ) 2 。一而雨 ( 2 1 3 ) 岛表示波前面从原点传到空间任一点0 ，y ，z ) ( 距离为，) 所需要的 时间，称之为时间场函数。 将( 2 1 3 ) 式代入( 3 4 1 2 ) 式，可得： f ( x ，y 石，) = a ( x ，y ，z k ”( 2 - 1 4 、 可以看到，通过上式可将波函数厂和时间场函数f 0 联系起来，因 此也就将波动地震学与几何地震学联系起来了。 下面的工作是把( 2 1 4 ) 式代入波动方程( 2 一i l ) ，以便找出用 代替，的条件。为此，计算波动方程中的各偏导数项： 睾一枷曲训 ( 2 _ 1 5 ) 窘2 障嘞鲁罢砖尉p 孑2 眵砖考一睁一矿阱p 睁 窘2 譬一2 i n , g 一- g 巾秘2 恤 将( 2 1 5 ) 至( 2 1 8 ) 式代入( 2 1 1 ) 式，并令上式两端的实部 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第2 章采集参数论证 和虚部分别相等，确： v 2 彳缈2 ( g r a d t o ) 2 爿= 一伊0 ) 2 爿( 2 - 1 9 ) 2 ( 删砜) ( 删剃) + v2 t 。a = 0 ( 2 2 0 ) 。：塾 将关系式t 代入( 2 1 9 ) 式，并考虑波长 = i g ，得： 4 玎2 矿2 ( 口西。) 2 a 一办v2 a = 4 7 r 2 4 ( 2 - 2 1 、 由式( 2 2 1 ) 可以看到，当波长很小，且v2 a 有限时，上式可变 为： ( 舭2 = 古 ( 2 _ 2 2 ) 不妨将o 改记为t ，则上式可写成： ( 射( 孙( 铲嘶1 协。， 这正是时间特征方程。 上面的结果表明，当地震波的波长很小，且振幅a 满足v 2 a 为有 限值时，波动方程可以过渡到时间特征方程。也就是说，波动地震学可 以过渡到几何地震学。这两个过渡条件也就是几何地震学的应用条件。 在地震勘探中，波长很小是相对于地质体的尺寸而言。上述的几 何地震学的应用条件告诉我们，当地质体的尺寸比地震波的波长大很多 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第2 章采集参数论证 时，几何地震学是适用的：但是，当地质体的尺寸小到一定的程度时( 例 如和波长相当时) ，就必须用波动地震学来解释有关的波动现象( 如小 断块上的绕射波等) 。另外，界面急剧变化的波场也必须用波动地震学 来说明，因为在这种情况下，地震波的振幅变化非常大，几何地震学在 此不再适用。 在地震勘探中，波长很小是相对于地震剖面中的不均匀体的尺寸 而言的，当不均匀体的尺寸小到一定程度时( 如和波长相当时) ，就必 须用波动地震学来解释有关的波动现象( 如小断块上的绕射波等) 。另 外，界面聚焦点这样一类特殊点上的波场情况，由于地震波的振幅变得 非常大，几何地震学不在适用，必须用波动地震学来说明。“。 2 1 。2 各种速度与反射波时距曲线的探讨 地震波在地下岩层介质中的传播速度是地震资料数字处理和解释 中的非常重要的参数。在地震勘探领域中，地震波速度主要分为真速度、 视速度、层速度、平均速度、均方根速度、叠加速度、等效速度、间隔 速度、射线速度等。在几何地震学中，根据费马原理和斯奈尔定律可知， 由于射线路径的曲折，层状介质或非均匀介质中波的时距曲线方程是一 支高次曲线，为此，引入均方根速度和叠加速度( 或等效速度) ，以均 匀介质等效非均匀介质，以双曲线的时距曲线形式逼近实际时距曲线， 从而使问题的讨论得以简化。由此，均方根速度和叠加速度也就成为了 我们进行采集参数设计采用的主要速度类型“6 。”。下面，我们重点对均 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章采集参数论证 方根速度和叠加速度的应用条件及两种速度之间的关系进行讨论。 设有一组水平层状介质，在o 点激发，s 点接收，则第”层界面 的反射波到达s 点的传播时间为通过各层的传播时间的总和，即 喜鲁= ：喜志 式中：t 是每一层中波传播的路程长度( i 1 ，2 ，n ) v 是每一层波的传播速度；h 。是每一层的厚度 c c ，是波在每一层中的入射角 由斯奈尔定律可知 兰些= s i n o c 竺一s i n a 坠：p v 1 v 2v ， 故 s i n 口= p v c 。s = 扛磊百：扛了了 将上式代入( 2 2 4 ) 式得 f _ 2 喜焘1 = 1 v 1 f 一口v 一 ( 2 2 4 ) ( 2 2 5 ) ( 2 2 6 ) ( 2 2 7 ) 应用多项式展开， f 。：垒并令表示波在各层中的单程垂直传播 v 7 时间，得 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第2 章采集参数论证 r = ：喜tc ，+ 吉p 2 v ，2 + 圭三p 4 _ 4 + ， c z - z s ， 一个重要的条件是在震源附近接收反射波时，口角可以认为是比 较小的，因此p v ，的高次项可略去，则得到上式的近似式为 挚( t + 三一一2 ) ( z _ 2 9 ) 如果令反射波在0 点的双程垂直传播时间为 则( 2 2 9 ) 式可写为 r = 岛+ t i p2 v ，2 ( 2 3 0 ) ( 2 3 1 ) s 点的横坐标x ( 炮检距) 为 脚驴n2n忱q=2ni=1 i = 1 尚d 弦s ：， r = 1 一 v 式中t 表示z ，在工轴上投影的长度。 同样进行多项式展开，并略去s i n a ，= p v 。的高次项，得 x = 2 啊肌( 1 + 寺p 2 v ，2 ) = 2 肌2 t + p 3 v ，4 f ， ( 2 3 3 ) f - 1 o j = 】j = l 将它们分别平方，略去p v ，的高次项，并消去参数p ，经化简后可得 到水平多层介质的简化时距曲线方程式 f2 咄2 + 丢( 2 - 3 4 ) 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第2 章采集参数论证 其中 p 。2 ( 2 3 5 ) v 。称为均方根速度。 同一个水平界面的时距曲线方程式比较可以看出，水平多层介质的 反射波时距方程从形式上看是与之完全相似的，仅仅是用均方根速度 v 。代替y z k 习z 均匀介质中的速度v 。这意味着在多层介质情况下，当 入射角口，较小时，亦即当炮检距较小时，可用均方根速度v 。代替反射 界面以上多层介质的速度值，把介质假想成具有均方根速度的均匀介 质。当入射角增大时即炮检距增大时，这种假设引起的误差将增大。从 时距曲线的角度来说，即意味着在靠近爆炸点附近( x 较小) ，由均方 根速度引出的二次双曲线同实际高次时距曲线比较近似，而远离炮点 ( x 较大) 则这二支时距曲线差异比较大。 然而，实际地层并非完全是水平层状介质，尤其是在山前带，地下 构造是非常复杂的。因此，有必要讨论倾斜层状介质的复杂情况。对于 任意倾斜的多层介质地层，一般要推导其时距曲线是困难的，但可以简 化思路进行讨论。根据上述讨论对于多层介质可以用均方根速度或平均 速度的假想均匀层来代替上覆地层v 。，因此多层倾斜层的情况亦可按 此思想来处理。由一个倾斜地层的时距曲线理论可知，该曲线仍为一双 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第2 章采集参数论证 曲线，不过此时必须对速度进行倾角校正，用v 中代替v 。 v 。= 上一 c o s 依 ( 2 3 6 ) 其中敛表示视倾角。 于是可以认为多层倾斜地层亦能用恒速( v ( p ) 的均匀层来等效，把 多层问题用一个倾斜的时距曲线理论来讨论。显然多层倾斜层亦应是一 族双曲线，但它们并非是以爆炸点为对称点的双曲线，而是以虚震源 秽在地面的投影点为对称的双曲线族，由于虚震源都偏向地层的上倾方 向，故双曲线的极小点都位于地层的上倾方向。界面越深、倾角越大， 偏离爆炸点越远。由于时距曲线的偏离，故多层介质的时距曲线族可以 是彼此相交的。 综上所述，对于任意的多层介质的反射波时距曲线，可近似地表示 为 ，2 = 岛2 + v 。 ( 2 3 7 ) 这是双曲线方程形式。根据上式可求得反射界面之上多层介质的 v 币值，该速度值即为有效速度，也是处理时所用的叠加速度。 2 2 总设计思想 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二维地震存在的 2 0 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章采集参数论证 不足，紧紧围绕地质任务，借鉴邻区三维采集方法，进行优化设计工作。 优化采集参数和观测系统，采取切实可行的措施，以解决资料采集的技 术、施工难点，达到获得较高信噪比、较高分辨率( 宽频带) 的山区三维 地震原始资料，满足地质目标的需要，是此次方法研究的主要思想。 2 3 主要地球物理参数论证 根据本研究区地下构造特征及表层、深层地震地质条件，结合勘探 地要求，在充分分析以往勘探成果资料的基础上，依据钻井资料，主要 地层地球物理参数模型进行“2 “。 表2 - 1 研究区主要地层反射波地球物理参数 反射地质t 。时间平均速度层速度 地层主频地层 序号属性 ( m 5 )( m s )( m s ) 埋深( m )( h z )倾角( o ) t j 2 s 上沙溟庙组底6 6 04 2 5 24 6 1 51 6 7 15 04 2 2 t t 3 x须家河组底1 4 8 54 4 2 05 0 8 0 3 2 8 24 54 - 2 0 t t l j 5 4 嘉陵江组五段底 1 7 4 0 4 5 0 55 9 5 03 9 1 93 75 2 1 m三叠系飞仙关组三段底2 1 3 0 4 7 9 06 0 5 05 1 0 03 56 - 2 3 t p l f 二叠统底2 4 9 04 9 4 08 2 0 0e 1 5 0 3 08 7 t s怎留系底2 7 8 05 0 0 05 5 0 06 9 5 0 注：1 、资料来源于二物研究院，基准面高程8 0 0 米： 2 、平均速度、层速度数据根据川涪8 2 井、川涪1 9 0 井v s p 资 料综合求得； 3 、深度数据嘉陵江组五段以上为川涪8 2 井钻井层位数据； 4 、反射时间为过川涪8 2 井地震剖面川东北一n w - 9 9 2 2 1 线过井 反射t 0 时间。 2 1 中国石油大学( 华东) 工程硕十学位论文 第2 章采集参数论证 2 3 1 纵向分辨率 纵向分辨率决定了地震资料采集时，要达到对地质目标的纵向分辨 能力应保护的最高信号频率成分f m a x 。无相干噪音时，地震勘探的纵 向分辨率( 绝对分辨率) 一般定义为： 鼠2 丧2 瓦1 4 3 v 沼，。， 其中：b v ；纵向分辨率； v n ：地层层速度； f m a i n ：有效信号主频； f m a x ：有效信号最高频率。 由上述公式可以看出：提高纵向分辨率的办法主要是提高反射波的 主频和拓宽有效反射信号的频带。 表2 2 纵向分辨率与主要目的层应保护的最高频率关系表 i 、趣堕坌辨率 1 5 m2 0 m25 i l3 0 m l 最高频率、 k 1 1 08 36 65 5 地 t t a x 1 2 l9 17 36 l t t 户 1 4 21 0 68 57 1 层 帮 1 4 41 0 88 77 2 t d l 1 4 81 1 18 97 4 从表2 2 可知，对于主要目的层t j 2 s 、t t 3 x 、t t i j 5 4 、t t f 3 、t p l ， 要分辨1 5 m 厚的地层，采集时应保护的最高频率分别为il o h z 、1 2 1 h z 、 1 4 2 h z 、1 4 4 h z 、1 4 8 h z ；难度很大，几乎不能实现，从以往资料分析来 看，本研究区区地表地震地质条件及深部地震地质条件决定了该区纵向 分辨率只能达到3 0 4 0 m ，要分辨1 5m 储层难度极大，只能依靠钻井、 测井等方法进行约束反演和调协厚度进行预测。 2 2 中国石油大学( 华东) 工程硕上学位论文 第2 章采集参数论证 2 3 2 横向分辨率 横向分辨率( b h ) 与地层速度、深度和地震波最高频率有关，两个 绕射点的距离若小于最高频率的一个空间波长，它们就不能分开，横向 分辨率应满足公式： b h = 亡( 2