（地质工程专业论文）盐北三维地震勘探野外采集观测方法研究.pdf

盐北三维地震勘探野外采集观测方法研究 摘要 针对胜利油田的勘探现状，本文从实用的角度阐明了三维地震勘探观测系统设计方 法，对关键参数进行了详细的研究，说明了一般的参数选取原则。 结合盐北地区的实际情况，从地质构造、地球物理条件和勘探目标出发，进行了参 数论证，设计出基本的观测系统，然后对工区的主要勘探难点一黄河大坝和黄河河道进 行了变观设计，利用g r e e nm o u n t a i n 软件作工具，对变观前后面元属性的一致性进行了 比较和分析，从理论上证明了变观设计方案的正确性。 为了得到与实际情况更接近的分析结果，根据已知的地质资料建立了正演模型，模 拟地震波进行偏移距射线追踪和多项参数诊断，并合成了模拟记录。 然后通过定量分析试验资料确定了最佳施工因素，又将实际生产的地震记录与合成 记录进行了比较，还展示了三条地表条件最复杂的测线的偏移剖面，从而证明了设计方 案的正确性和可行性。 文章的最后总结了通过该项目获得的体会和认识，并从工程的角度提出了下一步的 研究目标。 主题词：三维地震复杂地表观测系统地质模型 t h er e s e a r c ho f3 ds e i s m i ce x p l o r a t i o nf i e l dl a y o u t i ny 朋惦e ia r e a a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h ee x p l o r a t i o nd e g r e eo ft h es h e n g l io i l f i e l d ，t h i st e x t e x p a t i a t e st h ew a yo fd e s i g n i n g 3 ds e i s m i ca c q u i s i t i o nf i e l dl a y o u tf r o m t h ea p p li e d a n g l e ，a n ds t u d i e sm a i np a r a m e t e r sd e t a il e d l y ，e x p l a i nh o wt o s e l e c tp a r a m e t e r si ng e n e r a l c o m b i n e d t h ea c t u a lc i r c u m s t a n c e so fy a n b e ia r e a ，b e g i na tt h eg e o l o g y ， g e o p h y s i c sc o n d i t i o na n de x p l o r a t i o ng o a l s ，s e l e c t i n gp a r a m e t e r s ，d e s i g n i n g t h eb a s i cl a y o u t ，t h e nc h a n g i n gt h el a y o u to fy e l l o wr i v e ra n di t sd a m - t h e m a i nd i f f i c u l t y ，a n dm a k eu s eo ft h eg r e e nm o u n t a i ns o f t w a r e ，a n a l y s i s i n g a n ds t u d y i n gt h e b i n sa t t r i b u t e sb e f o r ea n da f t e r c h a n g i n gl a y o u t ，p r o v i n g t h ec o r r e c t n e s so ft h ec h a n g e dl a y o u t si nt h e o r y f o rg e t t i n gt h e s e i s m i c r e s u l t st h a tc l o s et h ea c t u a l c i r c u m s t a n c e s ， a c c o r d i n gt ot h ek n o w ng e o l o g yd a t at o c o n s t r u c tac o n s t a n t v e l o c i t y g e o l o g i cm o d e li n3 d ，s i m u l a t i n gt h es e i s m i cw a v et op e r f o r mt h eo f f s e tr a y s h o o t i n ga n dm a n yd i a g n o s e s ，s y n t h e s i z et h es i m u l a t e dr e c o r d s t h e nc h o o s i n gt h eb e s tc h a r g es i z ea n dd r i l l i n gd e p t hb ya n a l y s i s i n gt h e e x p e r i m e n td a t a ，c o m p a r et h ep r a c t i c a lr e c o r d sw i t hs y n t h e s i z eo n e s ，a n d d i s p l a yt h r e es t a c k e dp r o f i l e sw i t ht h ew o r s ts u r f a c ec o n d i t i o n s ，p r o o ft h e c o r r e c t n e s sa n dp o s s i b i l i t yo ft h ed e s i g n t h i st e x tf i n a ll ys u m m a r i z et h ee x p e r i e n c e sf r o m t h ep r o j e c t ，o f f e rt h e n e x ts t u d yt a r g e ti ne n g i n e e r i n ga n g l e s u b j e e th e a d i n g ： 墨旦兰金i曼堡i曼金茎乜!q!垒主iq旦k旦q主主y璺坐!f垒曼金!垒yq坚主forwardgeologym o d e l i i 序言 随着勘探程度的提高，地震勘探的目标由构造油气藏向小断层、小断块及隐蔽油 气藏方向转变，地表的施工难度越来越复杂。我们不断把采集施工队伍开进几年前视 为禁区的地方，正如美国石油地质学家哈尔布蒂说过的那样，“时间不等人，我们大家 都面临着挑战”。如何在当前的设备和技术条件下提高资料的信噪比是我们共同追求的 目标。 0 1胜利油田三维勘探现状 胜利油田的油气勘探历程可分为3 个时期，第一个时期( 1 9 5 6 1 9 6 3 ) 年为区域 侦察时期，在华北展开石油区域侦察，主要以重力、磁力、电法和“五一型”地震仪 普查勘探为基础，其间于1 9 6 0 年在华7 井发现下第三系沙河街组生油层，1 9 6 1 年华8 井首次获工业油流。第二个时期( 1 9 6 4 年1 9 8 5 年) ，是以背斜油气藏为主要对象， 整体勘探复式油气聚集带阶段。开始采用数字地震勘探和定向钻井等新技术，整体评 价、择优勘探4 1 个构造带，逐步明确复式油气聚集带整带含油的特点，发现了背斜构 造、断块、潜山、地层不整合、岩性等8 种油气藏。这个时期主要以二维地震勘探为 主，后期推广使用了多次覆盖技术。第三个时期从1 9 8 6 年开始，是综合勘探胜利复式 油气区时期，使用三维地震、中深井喷射钻井、丛式钻井、数字测井、大型酸化压裂 等新技术，整体解剖断裂伴生构造带、中央隆起构造带、洼陷岩性圈闭带、单斜构造 带及潜山披覆构造带等5 种类型复式油气聚集带。1 9 9 9 年开始进行高精度三维的施 工，以小面元和高覆盖次数为主要特点。这个时期大规模进行三维地震勘探，使探明 储量迅速增加。 到2 0 0 2 年，胜利探区已累计 完成三维地震1 7 5 块，累计面积为 1 7 4 6 6 2 6 k m 2 ，图0 1 是胜利探区的 三维地震勘探面积随时间的分布 图。 地质构造的精细落实是勘探效 益提高的基础，三维地震勘探在此 图0 i 胜利探区三维地震勘探面积分布 第l 页 发挥了巨大作用。以东辛地区为例，该地区1 9 6 1 年绘制的地震构造图只有一条断层； 1 9 7 1 年，用二维地震资料所做的构造图上含油断块增加至t j l 0 4 个：至f j l 9 8 6 年，利用 三维地震资料，使构造形态更加细微，断层复杂，断块众多，含油断块增加到1 6 0 个，三维地震勘探的优势充分体现出来。 胜利油田经过3 0 多年的勘探，至1 9 9 8 年底已将三维覆盖全区，为达到增储稳产 的目的，对以前做过的三维资料进行联片处理，对具有勘探潜力、测网较稀或构造复 杂的地段，提出了重新进行三维资料采集的要求。黄河沿岸就是复杂地表的典型例 子，2 0 0 1 年度，胜利石油管理局部署了两块穿越黄河复杂地段的三维区块，盐北是其 中之一。 黄河横穿济阳坳陷，在胜利探区内长2 0 0 k i n ，是地震勘探的老牌难题。胜利油田 从1 9 7 6 年开始穿越黄河进行地震施工，采用在河的一边激发，对岸布置检波器接收， 逐渐加大偏移距的施工方法；1 9 8 2 年采用水中炮和渐变偏移距相结合的观测系统，在 高青至黄河下游河段施工，发现了宁海油田，扩大了胜陀、利津、现河、郝家、东辛 等油田的面积( 王衍民等，1 9 9 9 ) 。对于三维区块，一般将满次边界设计到河边， 利用夏季黄河枯水期进行施工，由于黄河大坝及水面的影响和当时技术工艺的限制， 获得的资料很差，这样就沿黄河形成了一条宽3 - 6 k i n 的低信噪比资料区。 沿黄河的河道以往做过4 块三维，主要采用覆盖次数1 0 2 次，药量4 一l o k g ， 井深6 - 1 4 m ，观测系统以4 线6 炮和8 线5 炮为主。 o 2问题提出及思路 胜利探区的三维地震勘探已逐步走向成熟，概括起来主要存在以下采集难点： 1 复杂山地地表：象莱阳和合肥的部分地区，其特点是地表被软泥或松土覆盖，数 米之下即为坚硬的岩石，普通的水钻或风钻均无法进行钻井工作，激发效果差。 2 海陆过渡带：指分布在海岸线附近的潮间带地表。由于受潮汐影响，该地表环境 干扰大；陆上的采集工艺和海上的采集工艺均不适用，经常进行混合震源和混合检 波器施工，资料信噪比低。 3 大面积城区：机械干扰强烈，正常的钻井工作和检波器埋置无法进行，不能使用 普通炸药。 第2 页 4 地震屏蔽层：地层上部有火成岩或岩膏层等地震屏蔽层，地震能量无法下传，其 内幕构造难以落实。 5 地表有天然屏障，比如本文讨论的黄河及黄河大坝。黄河水流较急，河道宽5 0 - 2 0 0 m ，中心河道河床泥沙沉积厚，无法正常插检波器，即使插上检波器也无法正常 工作；根据国家有关政策规定，黄河大坝2 0 0 m 以内不准使用炸药放炮施工，以保 证黄河大坝的安全；紧靠黄河大坝以外分布着大大小小的村庄，在老百姓的房子中 放炮是不可行的。这样，仅以上三种情况的空炮空道就会造成多处资料空白，变观 方案非常复杂而且工作量大，依靠传统的计算方法是无法实现的。 对于以上各种难点，随着工艺改进和技术水平的提高会逐步解决。下面是我的一 些思路和想法。 第1 种情况主要是解决特殊地表的钻井问题，需要制作专用的特种钻机；第2 种 情况由于环保问题不能使用水中炮，而水深又达不到气枪的沉放深度，因此需要开发 相应的震源及接收装置，还要解决不同震源及检波器资料处理时的均衡及拼接问题； 第3 种情况最好找到1 种象可控震源一样可以叠加的震源，不过要轻便，使用网络式 有线遥测地震仪，因为城市的电信号会对无线传输产生强烈的干扰，每个地震道有唯 一的i d 号可以被主机识别；第四种情况不适合单独使用地震法，可以使用由地震派生 出来的方法或与其他地球物理方法联合使用，以提高解释精度。第5 种情况就是本文 要研究解决的问题。通过设计针对性较强的特殊观测系统，使工区内覆盖次数均匀， 完成勘探任务。 o 3 传统设计方法的局限性 油田增储上产迫切要求提高三维地震资料的分辨率，这要求采集、处理、解释三 个环节中的第一个环节首先要提高原始资料的信噪比。对于野外施工来讲，除了施工 过程严格抓好质量控制之外，设计一个科学、实用的观测系统是非常重要的，离开这 个基础，再好的过程控制也是徒劳的。 回顾以前的三维采集施工设计，主要存在以下局限性： 1 ) 参数论证建立在均匀介质的假设之上，只考虑单一的倾角。当地层起伏较大 时，通常采用分段论证的方法，无法考虑段间连接部分，论证结果与实际情况有很大 第3 页 的差异。 2 ) 覆盖次数的计算是建立在地下反射界面水平基础上的c m p 覆盖次数，对于不同 深度覆盖次数的分析是通过不同炮检距的覆盖次数来估计，忽略了地层倾角的影响。 3 ) 遇到较大的障碍物进行变观施工时，只能按照水平地层估算覆盖次数，一般按 照“缺一补二”的保守原则增加激发点。这是由于野外施工日消耗很大，宁愿多放点 炮一天完成，也不愿等到处理结果出来后再多干一天。情况复杂时这种覆盖次数的估 算是很困难和很不准确的。 以上三条说明，传统的施工设计方法具有一定的盲目性，不能充分利用现有的地 质资料，在地层结构复杂或以特殊观测系统为主的地区有可能因设计的先天不足而造 成资料损失。 0 4 方法的可行性及推广价值 盐北工区有如下特点：特殊地表占工区面积的2 3 以上，地表条件复杂而地下 构造简单；工区的潜水面较浅而且比较稳定，除去河滩内的沼泽地带外，大部分区域 的激发、接收条件较好； 绿山软件是g m g ( g r e e nm o u n t a i ng e o p h y s i c s ) 公司出品的地震勘探三维设计 专业软件，包括三个主要部分和一些辅助工具( 绿山公司，1 9 9 9 ) ： 1 ) m e s a ：三维观测系统设计，假设反射界面是水平的，这是对传统设计方法的继 承和发展，可以用三种方式建立起任意的观测系统，一是读入已有的s p s 格式数据文 件建立观测系统；二是分别定义炮点和检波点，再通过定义炮检关系自动或手动放炮 形成观测系统；三是先定义一个单元模板，通过模板的横向纵向滚动，生成规则的观 测系统。三种方法生成的观测系统都能很方便地进行炮点和检波点的编辑修改，分析 指定偏移距的c m p 覆盖次数及面元的方位角和偏移距分布，以适应复杂的实际情况。 2 ) g r i p ：是g m g 和其他几家地球物理公司合作开发的地质模型设计软件，它的出 现使三维施工设计更加科学、合理，加强了设计的针对性，为“目标设计 创造了条 件。它包括建立地质模型、波前传播射线追踪、各目的层的覆盖次数分析、合成地震 记录等功能，可以直观地显示分析目的层的同相轴。 3 ) g e o c o s t ：以采集成本为基础的三维观测系统模板生成软件。可根据给定的投 第4 页 资总额、单项费用明细和观测系统限定条件( 道数、覆盖次数、线数等) 生成多达 1 0 0 0 种观测系统供设计者参考。 4 ) 辅助工具包括组合分析、虚反射分析、地形图加载等功能。 绿山软件具有准确性和高效性，可以在施工现场进行方案的比较和分析，g r i p 对 采集结果以合成记录的方式预先诊断，确保设计方案是可行的和有效的。 在胜利探区，黄河涉及了宁海、胜陀、利津、现河、郝家、东辛、平方王、滨 南、盐家、富林、孤东、红柳等油田，黄河故道涉及桩西、义和庄、埕岛等油田，小 清河、徒骇河、马颊河等也有相似的地表。这个项目完成后，可以总结出一套施工方 法，在上述地区推广使用，有效提高信噪比，提高勘探效益。 本文以绿山软件为主要研究工具，在总结前人已有的结论和经验的基础上，主要 完成了以下几部分内容： 文章的第一部分讨论了三维观测系统设计，详细说明了三维观测系统设计的一般 步骤，主要分析了三维观测系统的关键参数设计原理和计算方法。 第二部分是根据第一部分的结论和盐北工区的地质情况、地质任务、地球物理条 件，设计出基本观测系统。这一部分利用m a t l a b 编写了主要参数论证的图示程序，报 告中引用的有关图件就是用该程序生成的。 根据工区踏勘结果，针对工区的障碍物分布情况，设计出几种观测系统模式，对 面元属性进行了多角度分析，确保满足勘探目标的要求。 文章的第三部分依据收集的以往资料建立正演模型，将上一章建立的观测系统引 入地质模型进行射线追踪分析，据此对观测系统进行修正，最后输出合成记录用以验 证各目的层同相轴的完整性，还可以供施工时参考使用。 第四部分是野外采集效果分析，主要分析评价了试验资料和生产单炮的品质，验 证了正演模型的正确性，最后对现场处理剖面进行了评价和总结。 第5 页 第一章三维观测系统设计 三维地震资料以其信噪比高、偏移归位准确、反映地下地质信息丰富、钻探成功 率高等诸多优势，结合日益发展成熟的人机交互解释系统所提供的灵活解释手段、丰 富的显示方式和迭后处理功能，已成为解决复杂地质问题的主导方法之一。它使得非 标准层( 油层顶) 成图成为可能，层间断层得到了精细解释，可以直接反映油层的形 态，提高钻探效益。它可以利用水平切片进行小断层的解释。在三维垂直剖面上小断 层特征并不明显，而在水平切片上，当地层倾角为5 - 3 0 。时，小断层的错动距离为垂 直剖面上的1 1 1 1 4 倍，比较容易解释。 三维观测系统设计是三维地震勘探的第一步，是完成勘探目标的基础。 1 1三维观测系统设计的一般步骤 1 确定满次覆盖区的范围，在构造图上圈出成像区，了解勘探对分辨率的要求。这 些要求一般来自甲方。 2 收集以往资料，主要包括： 地质剖面、地震剖面及单炮 地震测井及低速带资料 确定速度结构 测区的地形图或卫片 3 关键参数选择 分析以往所用的野外的参数 分析资料的质量( 信噪比，干扰特征等) 确定期望的信号频宽 选择面元大小及合理覆盖次数 确定炮检距范围 组合响应及迭加响应分析 4 模型分析 第6 页 建立深度模型 射线追踪了解偏移孔径和零炮检距射线时间 计算c r p 覆盖次数 对特定的目标进行多项诊断 合成地震道记录 5 观测系统设计及选择 对满覆盖区加上偏移孔径 选择符合要求的观测系统 详细踏勘工区，落实障碍物的坐标范围，设计特殊的观测系统，尽量减少障碍 区的影响 计算检波点炮点的理论坐标，整理图件，写出报告 1 2 三维观测系统参数设计原理 地震采集观测系统设计就是设计合理的炮检关系和激发接收参数，以达到最大程 度地得到满足地震勘探目标的地震资料。而这些合理的关系和参数是根据已有的地震 资料、地质资料及勘探的地质目标综合得到的。采集参数分析正是基于勘探工区的表 层结构、目的层信息，对地震采集的激发参数、接收排列参数、炮检点组合参数等进 行多方面的分析计算，为设计地震采集观测系统提供必要的参数依据。 三维观测系统的参数设计，要针对甲方提出的地质任务、工区地震地质条件、地 表地物条件、拥有的设备、生产效益以及成本进行综合性的分析，其主要设计原则是 便于野外施工和采集精度控制，要以解决勘探目标为基础，满足一定精度的三维归位 条件，有适当的最大炮检距和非纵距，应尽量保持均匀的炮检距、方位角和覆盖次数 ( 马在田，1 9 8 9 ) 。 1 覆盖次数 覆盖次数是在一个c m p 面元内被叠加的中心点个数。尽管人们通常给出勘探面积 内的平均覆盖次数，然而覆盖次数是随不同炮检距和面元而变化的。 第7 页 覆盖次数通常依据获得良好 的信噪比( s n ) 而定。如果覆 盖次数增加一倍，则s n 就增 加4 l ( 图1 1 ) 。如果要s n 增加一倍，则覆盖次数需要乘4 ( 假设噪声呈随机g a u s s 方式分 布) ( 俞寿朋等，1 9 9 6 ) 4 1 。 覆盖次数视信噪比要求而 定，三维偏移比二维偏移使能量 聚焦得更好，因而允许减少覆盖 次数，一般为工区内二维测线的 图1 1 覆盖次数与s n 的关系 1 2 2 3 ，对于规则的束线状观测系统，计算公式为： 纵向覆盖次数= 纵向接收道数道距( 2 纵向炮点距) 横向覆盖次数= 单束的接收线数单数单排横向炮点数d ( 2 束线距) 其中d 为横向上炮点距或排列距的最小值 2 面元边长 c m p 面元是一个小的矩形面积。通常，所有位于这个面元内的中点都被认为属于 同一个共中心点。换句话说，位 于同一面元中的所有各道都将是 c m p 叠加道，从而对覆盖次数有 贡献。 面元边长在参数论证时始终 覆盖次数联系在一起，正方形面 元情况下与覆盖次数的关系如图 1 2 所示( 俞寿朋等，1 9 9 6 ) 4 1 面元边长( b ) 的确定可考虑 图1 2 面元边长与覆盖次数的关系 第8 页 三个因素：目标尺度、由倾角推算的最高无混叠频率、横向分辨率，从中可选择最小 的数值。 1 ) 经验法则 面元边长小于勘探目标的空间延伸范围，保证有2 3 道采样，即 b 目标尺度3 2 ) 最高无混叠频率 每个倾斜同相轴都有一个偏移前可能的最高无混叠频率( 其周期为t ) ，它依赖 于此同相轴的上一层的地层速度v 叭，倾角。和面元边长b 。同相轴的高于这个值的频 率在偏移前会有混叠。换言之，只有低于这个值的频率才能保持此同相轴的真实倾角 ( 牟永光，1 9 8 9 ) 。 这要求面元边长b v 堋s ( 4 f 雌，s i no ) 其中0 为地层视倾角，v 。为均方根速度，f 舱，为最高信号频率，下同 3 ) 横向分辨率 在偏移前，两个绕射的距离如果小于第一f r e s n e l 带直径，它们就不能分辨开。 这个距离很大( 5 0 0 m 以上) ，这意味在c m p 叠加上很容易漏掉小断层等。在偏移后， 横向分辨率依赖于目的层段反射的最高频率。两个绕射的距离若小于最高频率的一个 空间波长，它们就不能分开。由于最高频率在实际工作中很难测出，每个优势频率的 波长取2 个样点，这样就得到良好横向分辨率的面元边长( 俞寿朋等，1 9 9 6 ) 4 1 。 使横向分辨率为入2 ，即保证主频的波长内至少有两个样点，即面元边长 b v i j ( 2 f d )其中v ；。为层速度，f d 。为信号主频，下同 3 道间距 道间距的选择，必须满足空间采样定理，防止出现假频，降低地震剖面的分辨 率。即道距必须在一个波长内至少有两个采样点，当存在相干噪音时，道间距x 应 满足： ax k j ( 4 f 。s i n0 ) 4 最小炮检距 第9 页 堂丝三笙丝重型蕴堑壁墨盔理型蒸生翌星 为了使最浅反射层有足够的采样，要求最小炮检距应足够小，大致为1 到l2 倍 的最浅的目的层深度。 5 最大炮检距 1 ) 目的层深度 为了保证接收的地震波能量稳定，较好地保持反射波动力学特征，必须根据勘探 深度合理地选择最大炮检距。最大炮检距的选择应4 、于或近似等于最深反射层的深 度，许多模型数据和勘查数据 已证明这是一个相当接近的假 设。 x 。 i 2 ) 直达波干涉 如图13 ，直达波与蕾要 反射在炮检距如z 一和时差b 。处 开始相交 x m = vv 一( h t ，k n ) t o = ( r + k l f v 2 ) m 囤13 合成地震记录 x 删x 0 【r = v w 一( ( r + x v 2 ) “2 + t 灿】) 给定。t v l 后，解方程可以得到x 的值。v m 是表层速度，t 是目的层 自激自收时问，v 是主要目的层以r 的均方根速度，h 。是切除带宽度，一般取2 0 0 m s ( 俞寿朋等， 9 9 6 ) 。 3 ) 折射波干涉 在炮检距k e r 处，初至波能量切过主要能量： k ，x 雌f = v 芦( ( t 2 t ? v 2 ) “2 + k ) 屈近地表折射层速度。x 总是大于x ( 图1 ，3 ) 。因此直达波干涉总是比折 射波干涉是更强的约束。 4 ) 动校拉伸 第l o 页 为了减少因动校拉伸造成反射波波形畸变，频率变低，保护分辨率所需要的最高 信号频率成份，一般要求动校拉伸率在l o 左右，最大不超1 3 i d a t d t l = x 2 ( 2 t 0 2 v 2 ) x 2 乇2 y 2 彳 其中v 为平均速度，a 为动校拉伸率，t 0 为双程反射时间，下同 5 ) 速度分析精度 为了求准迭加速度，要求： x 。， 2 t o t 1 k 。2 1 ( v 。+ v ) 2 ) 1 7 2 式中：av 一要分辨的速度变化量，通常要求v v 4 t 一分辨v 所需要的最小动校正变化量，即正常时差可达到的精度，一般 取0 0 3 s 一0 0 4 s 6 ) 道集离散距 为了尽可能降低道集内的反射点离散程度，一般要求反射点离散程度不超过菲涅 耳带半径( 何樵登，1 9 8 8 ) 6 1 ，其公式为： d x 2 s i n0 ( 4 木t o v s ) 其中v s 为叠加速度 7 ) 多次波 要大于识别多次波所要求的炮检距，确保多次波校正后与一次波有足够的时差 6 最大非纵距 由于三维非纵观测的各炮检方向有不同的视倾角，其共中心点时距曲线不是真正 的双曲线( 俞寿朋，1 9 9 4 ) 。非纵观测误差是随地层倾角和非纵距增大而增大，控 制最大非纵距以减少迭加速度的误差，为限制方位角过大，最大非纵距应满足： k x - v i t x ( 2 t o6t ) 1 7 2 s i n1 l r 其中，6t 非纵观测与纵观测的共中心点t 0 时差，要求6t t 8 ，t 为反射波 周期，1 l r 为垂直接收线方向的视倾角 第1 i 页 偏移孔径与覆盖次数渐减带 用三维偏移所能得到的成像质量是三维相对于二维的一个最明显而重要的优点， 偏移孔径是为了使任意倾斜同相轴能正确成像而加到三维测区边缘区域的宽度。 偏移孔径要大于第一菲涅尔带的半径：r 。= ( t ok 。v i a jf d 。- ) 2 2 偏移孔径要大于绕射波从定点到绕射尾部的宽度，即大于倾斜层偏移的横向距 离，为保证接收9 5 的绕射能量，一般取出射角为3 0 。，z t a n 3 0 。= o 5 8 z ) ，其中 z 为目的层深度。 覆盖次数渐减带是为了建立满覆盖次数而加上去的额外的地面面积，覆盖次数渐 减带在很大程度上依赖于满覆盖次数。通常，覆盖次数渐减带和偏移孔径之间有一定 的重叠。因为在偏移孔径的外边界上人们可能允许覆盖次数稍微减少。 经验法n - 在水平层状介质假设下，覆盖次数渐减带大约是目标深度的2 0 。 8 记录长度 记录长度应以获得目的层、偏移孔径和绕射尾部的反射时间为准，以便最深目的 层的绕射能够偏移归位。 9 激发方向 一般在构造的下倾方向激发，上倾方向接收，避免测线平行构造走向，尽可能有 利于记录有效波的信息 1 0 常用排列布设方式 1 ) 平行线束方式 最早期的三维设计使用平行线束观测，震源线和接收线平行且重合。当炮点在一 条线上激发时，检波器沿着平行的接收线记录，在震源线和接收线对之间一半距离处 得至u c d p 线。当地表存在严重限制或者当投资必须压缩时，则可考虑用平行线束。此 方法因操作方便而很有吸引力，但所形成的方位角范围很窄。在震源、检波器公共线 上，炮检距分布是很好的，然而在线束上较差。 平行线束法一直是海洋三维地震工作的固有组成部分，因为在实际海上工作中， 广泛使用空气枪阵列和拖缆。 第1 2 页 堂丝三堂堂蕉堑篮堑壁生塞窭型茎堂翌歪 2 ) 正变束线方式 如幽14 ，震源线和接收线般巨相垂直布置，这种安排特别易于观测和记录，测 站编号非常简单。这类观测系统的特点是地下数据点分布均匀、可获得完整和高质量 的地震信息、施工简便、生 产效率高，便于窀内资料整 ：1 ： 理和处理。其次，观测系统 灵活，对较复杂地表条件适 应性强，凼为线束间距离较 大，町以有效地避丌较大障 l 碍物，j 叫时在遇到小障碍物 时，炮点移动也较灵活，允 图l4 墁柬扶观剥系统 计陕复炮井数比其它观测系 统多，u j 获得记录到浅、t i 、深层资料的地震剖面，并能得到完整的速度分析。 ： ) 砖块方式 砖块方式( 如图15 ) 是为了改善束线法的炮检距分布而提出的。容易看出，只 要交替地把相邻接收线之间的震源点群移动”半条线”的位置，炮检距分布的图案就 变得更随机了。对于窄的线 柬，其炮检距分布比束线法设一， ， 训要好得多，检波线距可以较 宽，炮检距方位角的分布较合i 理。缺点是放炮时的灵活l ! 生 差 炮点的偏移易造成覆盖次 l 数的不均匀。 9 由于地表条件和成本的慢 臣lj 砖块式观剥系统 制，目前胜利油田主要使用条 束 式的观测系统。 1 1 检波组合 检波组合的主要目的是为了压制面波，利用面波和有效波在传播方向上的差异来 提高资料的信噪比。组合检波的统计效应可以用来压制随机干扰，但具有平均作用的 负效应。组合的频率特性相当于一个低通滤波器，对有效波有频率改造作用( 陆基 孟，1 9 9 6 ) 钉。 第1 4 页 堂丝三丝堂蕉盟堑墅壁生差型：塑蒸堂堂苤 第二章盐北工区观测方法研究 21 地质情况 济阳坳陷是往华北地台基础卜发育起米的中新牛代断陷盆地，基底为太古界泰山 群花岗片麻岩。自晚侏岁纪以米，经历了燕山运动和喜山运动，普遍发育一系列拉张 型箕状裂谷盆地，形成，多凸多凹、相间排列的构造格局。 陈家庄凸起是东营h 陷与沾化凹陷的构造分界，己投入开发r 盐家气田。济阳坳 陷北断南超的半地堑盆地构造，决定了其沉积物的分布特点，凸起区遭受剥蚀，产生 的人量陆源碎眉，被地表水流形成的【i | 间河流带到山前陡坡带沉积，形成各种类型的 砂砾岩扇体、浊积卷或= 舶洲砂岩体。东营 l r i 陷住中新生代由于强烈拉张裂陷形成北 陡南缓的箕状断陷，北靠陈家序凸起，存沙网段沉积期，随着陈家庄n 起的隆升和东 营凹陷的小断沉降，形成数罱多、延续时司长的复j 戈扇体群，沿陡坡带成带分布。 在陈家庄凸起( 图21 ) 己发现，潜山油减、沙二段地崖超覆油藏、馆陶组搜复构 图21 盐北工区地质情况 造油藏、砂砾岩体岩性油藏等四种类型的油气藏。盐家构造是陈家庄凸起上的一个丰 要鼻状构造，含油层位卜要为太古界风化壳、沙河街= 段及上覆馆陶组地崖，盐家气 田钻遇的多为明化镇气虢。本区大部分二维捌网较稀，地层接触关系不清，构造落实 第l i 页 程度低。因此，本区的勘探潜力较大。 22 地球物理参数及勤探目标 1 工区地袁条件 盐北地区位r 东营市东北部，盐家以北，主要涉及集贤、付窝、两宋兰个乡镇近 7 ( ) 个午膳地袤障碍有黄河、黄河人规、黄河险滩、胜利黄河大桥、东港高速公路： 工区内掏渠、水产养殖医较多，村序密集，而且面积较大的村序都他】：大坝附近，给 施 设训带来很人困难( 幽22 ) 。黄河及其大坝斜穿整个工区，是施工设计的重点和 难点。 第1 6 贝 2 勘探目标 1 ) 查清测区断裂系统、构造形态，落实各类型圈闭目标。 2 ) 查清砂砾岩体形态及潜山内幕。 3 ) 得好t o 、t ，、t 2 、t 3 、t g 反射资料。 3 地球物理参数 盐北地区其区域构造位于陈家庄凸起，该区主要标准反射层有t o 、t 。、t 。、t 。、t b 、 r g 等层。主要目的层参数见表2 1 ： 表2 1 盐北工区地球物理参数表 双程反射 视倾角 平均速度v 。 目的层 埋深( m )层速度( m s ) 时间( m s )( 。)( m s )( m s ) 乃 o 9 1 1 0 59 5 8 11 2 5212 3 3 72 1 4 2 8 t 1 1 1 9 。1 4 61 1 2 1 1 6 4 9512 4 4 42 2 5 8 9 毽虢_ j 甲? 懈撕彬。“t 1帮锻僳 零掰缈 ”糟“麟。删巩一# * 鲈”哗缈h * 枇* ”! “。，4 缈”删p ”嘲” * 铲槲4 ”锄7 2 8 ”鹫黪糍钎镡 4 ”彩“”缓 ； t 21 4 3 ，1 6 61 6 0 9 1 9 2 4 l2 9 9 62 3 1 8 0 7 2 4 5 6 自 象蠡。j ，舻 ?、4 瓤4 m m i ；? - ，b 。一自p *、* 十。；m o w 。 。一韶一 ，一j o 新。蝴| ，4“女9 8 溉# # 嚣。勘。磊黝4 缀 t 31 2 4 1 81 3 6 2 21 2 5522 9 9 62 3 6 1 1 l t 61 8 8 2 1 32 2 4 3 2 6 2 71 023 6 7 52 4 6 6 7 锈孵 嚣张嬲粥钎”嬲秽彩矽j 孵黝移移嘴矽僻黝r # 磷= 秽搿孵缈搿猁# 2 3 ，锄镕秽”燃彬镪擎缨弼黟锄嘲彩獬甥 篓k 1 2 之，61 3 l1 3 4 2 01 535 5 6 02 6 3 0 8 端自缀魏麟 ；赢菇貔籍鳓 觏# 鑫自么勘旋貂绕磊糍螽嚣籀鹈巍耘耘貔森自缓拓“磊砒l i i i # & 磊勃翰缀锄b d 搋。荔杂螽矗纽缸籀携锄妻磊蠡蹴缓皴缓巍磊撬耘糍捌翁捌燃 2 3 基本观测系统设计 根据前面观测系统排列布设方式的讨论，拟采用束线状观测系统。 1 观测系统几何参数计算 三维地震勘探应该针对主要目的层来设计，这个层将决定着工程最大程度的经济 投入，是对三维地震勘探的一个有影响的参数。用于叠加的覆盖次数、面元大小和炮 检距范围全部应该与主要目的层有关。 根据第一章的讨论结果，以t ：和t g 为主要目的层，对观测系统的主要几何参数计 第1 7 页 算如下： 1 ) 覆盖次数 该区四周被三维覆盖，覆盖次数为1 0 2 次。考虑到工区的地表情况复杂，变观 可能会导致覆盖次数的不均匀，增加了横向的覆盖次数，采用8 3 次。 2 ) 面元边长 为避免假频，要求面元边长b v 。s ( 4 f 瞰，s i n0 ) ，根据以往资料，f d o , - = 4 0 h z ， k ，= 5 6 6 h z ，这时 t 2 反射层：b x 6 2 2 mb y 1 2 5 m t g 反射层：b x 2 5 5 m b y 5 1 6 m 因此，本工区面元范围x 2 5 5 m 、y 5 1 6 m ，综合考虑周围地区地震勘探现 状，选择面元为2 5 m 5 0 m 。 这时横向分辨率为t 2 ：3 7 4 5 m ；t g ：6 9 5 m 。 3 ) 道间距 道间距必须满足采样定理：a x m f x s i n0 ) t 2 反射层： ax 1 2 5 m t g 反射层： ax 5 2 m 道间距为ax 5 2 m 就可以满足要求，这里选用ax = 5 0 m ( 图2 3 ) 。 4 ) 最小炮检距 采用中间发炮观测系统，最小炮检距为5 5 9 m ，保证最浅反射层有足够的采样， 尽可能便于变观时的速度分析。 5 ) 最大炮检距 a 目的层深度：x m a x h 深，x m a x 2 9 2 0 m b 动校拉伸与最大炮检距：要求动校拉伸率最大不超1 3 ( 图2 4 ) t 2 ：x m a x 1 7 7 3 m 第1 8 页 8 0 5 0 1 8 1 4 水1 2 肇 烈 瑚 辎 届 道距与主频的关系曲线 。f i 一r 2 i i 峥t 口i t i t l l 、! ： t 鼍 0 k t 、 ， 耆| l 。乞 、 。 、 、 h 、 - - 2 04 06 08 01 1 2 01 4 01 1 道距，m 图2 3 道间距与主频的关系 最大炮检距与动校正拉伸 卜 i t 2 l t g 一 ， f ； ? i | - j ， ， i， 三。 j j 气 1 5 2 0 0 0 最大最大炮检鼯m 图2 4 最大炮检距与动校正拉伸 第1 9 页 n h 嫌卅 0 8 8 4 2 w g ：x m a x 2 6 8 3 m c 速度分析精度与最大炮检距关系( 图2 5 ) ： k ， 2 t o t e 1 k 。2 1 ( k 。+ v ) 2 ) 1 7 2 t 2 反射层：k 。2 6 8 3 m t g 反射层：) ( m a 。3 8 1 3 m 轰鼍 l t 2 i 峥t g 。l 。j?爹 i i 爹 j ； 1 ki 气 0 气 、 冬三 ； i 4 ；o 飞、二0 。，： 1u 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 08 0 0 0 j d , 最大炮检距，m 图2 5 最大炮检距与速度分析精度 d 道集离散距与最大炮检距关系，一般要求反射点离散程度不超过菲涅耳带半 径，其公式为： r 1 x 2 s i no ( 4 * t o v s ) ； r l = ( t ok 。v i 。t f d 。m ) 1 7 2 2 w 2 x m a x 6 6 6 4 m w g ：x m a x 6 5 4 4 m 兼顾以上指标，认为最大炮检距取2 6 5 1 1 m 可以得好主要目的层的资料。 第2 0 页 6 ) 最大非纵距 为限制方位角过大，最大非纵距应满足：y 腿_ v i m ( 2 t o6 , ) 睨s i n 1 l r t 2 反射层：k 。1 6 6 2 m r g 反射层：y 。1 1 8 7 8 m 最大非纵距y m a x = 9 5 0 m 可以满足要求。 7 ) 偏移孔径 a 偏移孔径要大于第一菲涅尔带的半径 t 2 反射层：k ；5 2 5 m t g 反射层：k 7 9 4 m b 偏移孔径要大于倾斜层偏移的横向距离 t 2 反射层：k ，1 6 8 m t g 反射层：x a 。7 8 2 m 偏移孔径取8 0 0 m 可以满足要求。 8 ) 记录长度 最深目的层的反射时间为2 6 s ，因为此指标几乎不影响成本和时效，胜利探区的 一般采用记录长度6 s 。 9 ) 激发方向 整个工区南浅北深( 图2 6 、图2 7 ) ，东西方向变化较小，因此在南部使用中间 发炮的不对称观测系统，南5 0 道，北3 0 道，到北端变为单边发炮。 1 0 ) 检波组合：根据试验资料分析确定 2 观测系统参数 通过上述参数计算，观测系统参数如下： 观测系统形式：6 1 6 s ( 图2 8 ) 接收道数：4 8 0 第2 1 页 图26 盐北地区施工设计图 图27 盐北地区中心位置纵剖面 第2 2 页 道间距：5 0 m 炮间距：l o o m 、3 0 0 m 覆盖次数：3 ( 横) 8 ( 纵) = 2 4 ( 次) 炮线距：2 5 0 m 接收线距：2 0 0 r e c d p 网格：2 5x5 0 m 最小炮检距：5 5 9 m 最大炮检距：2 6 5 1 1 m 最大非纵距：9 5 0 m 束线距：6 0 0 m 图2 8 盐北地区观测系统示意图 2 4 特殊观测系统设计 工区施工设计存在以下难点：一是由于测线全部穿越黄河和黄河大坝，部分测线 还涉及黄河的险滩工程，部分束线的大坝及黄河的走向几乎与测线方向平行，而且大 坝附近村庄密集；二是工区的目的层较浅，根据有关规定黄河大坝2 0 0 m 之内不允许放 炮，黄河河道由于水流湍急，无法放置检波器，保证浅层覆盖次数难度是很大的；除 了以上两个苛刻的条件之外，同一地点黄河水面是变化的，变化范围有时5 0 m - 2 0 0 m 不 等，设计好的炮点经常因为水面的变化或错综复杂的工农关系不能落实。 要想从根本上改善复杂地表带来的不利影响，必须提高设计的针对性，一是充分 利用每一束线的地形信息，设计特定的观测系统，以施工设计精细程度的提高来保证 地震资料的质量；二是在现场进行观测系统分析，进行不同深度覆盖次数、方位角、 炮检距的比较，优选观测系统。 1 变观基本原则 1 ) 保持原设计c d p 网格 2 ) 总覆盖次数大于原设计的2 3 ，保证横向上的覆盖次数 第2 3 页 3 ) 尽量保持均匀的炮检距、方位角和覆盖次数。影响炮检距分布的主要是纵向覆 盖次数，而影响方位角分布的主要是横向覆盖次数。 2 变观方法 变观设计前用手持g p s 对黄河河道及黄河大坝的位置进行了详细测量，并根据测 量结果，用绿山软件进行设计，充分考虑了炮检距、方位角分布和覆盖次数与原设计 的一致性。在实际施工中，再根据具体的测量结果、黄河水面变化情况及时进行了调 整。 1 ) 黄河大坝 黄河大坝宽2 0 - 8 0 m ，根据有关规定，其安全距离为2 0 0 m ，这样如果不进行变观， 大坝附近资料的缺口最小为4 5 0 m 。 a 大坝与测线近似垂直 如果大坝走向接近东西向，炮点在4 0 0 m 范围内能恢复的，直接将炮点沿测线偏 移，称作恢复炮；如果大坝走向偏离东西向较大，不能直接恢复处理的束线，采取横 向平移和加密炮点的方法( 图2 9 ) 。 b 大坝与测线近似平行 大坝与测线近似平行，恢复和横向变观效果均不理想。这时可以将炮点和测线作 反向移动( 图2 1 0 ) ，移动距离为排列线距的整倍数，但必须保证地下c d p 线与原设 计的一致性。 2 ) 黄河河道 黄河水面及水势时常随着施工时间而变化，需要进行适时变观设计，整个工区河 道分为以下四种情况： a 1 - 9 束：调头炮 根据地震波的传播原理，地震检波器和激发点之间存在互换关系，根据这种理 论，炮检互换，可以得到由于不能放置检波器而引起的资料缺失，减小资料缺口，这 种方法称为调头炮。