南方双复杂山区复杂地质条件下的复杂构造及目的层成像

南方双复杂山区复杂地质条件下的复杂构造及目的层成像

我国南方海相碳酸盐岩复杂勘探区主要指复杂山区和前陆盆地边缘的陡峭地下构造带，也称为双复杂区。(1)复杂山地问题。地表类型复杂多样,地形起伏与切割剧烈,难以进行炮检点精确定位;表层结构复杂多变,激发、接收条件差异大,地表非一致性严重;表层低降速带吸收强烈,导致海相碳酸盐岩地层段反射波能量和频率降低;起伏地表不均匀性造成的近地表散射效应导致地震资料干扰严重、信噪比低,很多地震数据处理和成像方法不能有效应用。(2)复杂构造问题。地下构造复杂,断裂发育,地层倾角大,因而地震波场复杂;同时勘探地质目标埋藏深,上覆高陡构造屏蔽了地震反射能量,使得信噪比降低。针对复杂地区存在的问题,地球物理工作者提出了很多地震采集技术思路和方法。如李连英根据黄土丘陵地带的地质条件,提出了弯线采集技术,克服由于黄土巨厚等因素造成激发和接收困难,降低了采集施工的难度,很好的完成了地质任务本文在前人的研究基础上,针对南方双复杂山区的地震采集特点,总结提炼出该双复杂地区地震采集方法,即针对地表地形特征,形成以激发为中心的宽线与弯线相结合(弯宽线)的采集方法;针对地下目的层能量阴影区域,形成局部加密炮技术。从地表和地下两个方面,分解了双复杂地区地震采集的难题。1地表和地下的观测系统设计理念南方双复杂山区地表条件复杂多变,地震资料信噪比低、采集难度大和目的层成像效果差等特点,从而不利于储层预测。对于这些问题,采用固定的观测系统方式解决显得不够理想,其存在一定的局限性和不适定性,因此,可以从地表和地下两个方面来解决这一问题,为此提出:(1)以激发为中心的合理有效的观测系统设计理念,即在优选激发岩性和优化激发位置的条件下,进行合理有效的观测系统设计。降低复杂地表地形带来的采集难度和激发接收的难度。(2)针对目的层成像效果差,围绕怎么样使采集的原始资料照明能量均匀化为目标,可以在规则的观测系统模板基础上进行局部加炮研究,最终得出基于目的层能量均匀的采集设计,避免了整体加炮,从而降低了采集的成本。1.1宽线地震原理(1)通过宽线接收增加了覆盖时间，提高了干扰的抑制能力(2)优化炮点激发条件由于接收测线为n条,炮点选择的范围约增加n倍,这样可以通过优选炮点改善激发条件,最大限度地选择激发条件好的点激发,同时也减少了空炮率。(3)宽线观测系统提高了接收有效反射信号的能力复杂地区地表接收条件横向变化快,由于在一定面积范围内接收,宽线观测系统提高了接收有效反射信号的能力。同时宽线接收、多方位接收使相邻叠加,改善了高陡地形的影响,从面上保证了各点覆盖次数均匀。(4)邻道叠加压制干扰宽线施工的炮检组合方向特性,等于组合震源的频率—方向特性与组合检波器的频率—方向特性之积,从而通过垂向邻炮、邻道的叠加达到有效压制干扰、提高资料信噪比的目的。1.2确定坐标的目标复杂地表地震采集设计首先应该从优选激发条件出发,以获取高信噪比单炮记录为目标,其思路:首先沿地表有利区域布置炮线,其次沿炮线的中心趋势线确定一条直的CMP线(可定义为坐标系统的X轴),同时根据优选的炮线和确定的CMP线,反演出一条最优的接收线及其每个检波点的坐标。建立的目标函数为:1.3基于地震数据的观测系统建模加密炮(增加炮点)设计是为了解决目的层能量连续性而提出的,因此是以目的层能量均匀为主要指标,其基本原理是:首先利用研究工区已有的实际资料建立一个具有代表性的地质模型;其次在这个模型的基础上采用一个观测系统模版,通过正演模拟计算每一炮对目的层照明,构造一个炮文件集合其中:H第三将正常放炮的所有炮照明能量数据按实际的CRP面元叠加,得到目的层原始的能量,求出该能量均值和方差σ。其中Eij为某一面元的照明能量,i和j分别为该面元的Inline号和CDP号;E为目的层照明度能量的均值(满覆盖区域)。第四针对目的层能量不均匀性,利用模拟退火或最小值法进行加炮,直到目的层照明能量的方差σ最小时退出循环。从而得到接收照明均匀的最优化加炮组合。2应用效果分析2.1宽线攻关试验南方桂中坳陷是一个以古生界充填为主的残留盆地。晚古生代的海相碎屑岩及碳酸盐岩地层保留较全,累计厚度可达14000m。该区的主要勘探目的层是古生界泥盆系,要求能基本搞清海相沉积岩层内部波阻特征和宏观沉积规律,搞清区内主要构造格架及断层分布特征。该区属双复杂地区,其地震勘探的难点主要体现在:(1)主要目的层石炭系、泥盆系的岩性以灰岩为主,反射系数小、地震响应不好。多期构造运动,造成岩体破碎,断裂十分发育,地震反射界面连续性差。(2)喀斯特峰丛区大型洞缝、裂隙发育,使激发产生的弹性波不能正常传播。老地层出露,植被发育,检波器很难按设计要求摆放。连绵起伏的山脉和突兀的孤峰,造成山间的各种侧面和次生干扰十分发育,严重影响地震资料信噪比。(3)近地表结构复杂,全区没有稳定的虚反射界面,静校正问题突出。为此,2010-2011年在桂中坳陷北部区域开展二维宽线地震攻关试验,试验方案采用3线3炮观测系统,单线观测系统为5390-10-(20)-10-5390,道距20m,单线540道,总1620道接收,炮点距40m,炮排距60m,覆盖次数810次(面元10m×80m)。采用抽取不同观测系统方案进行资料处理,通过对1线1炮、1线2炮、1线3炮、2线1炮、2线2炮、2线3炮、3线1炮、3线2炮、3线3炮等不同观测系统以及90—810次不同覆盖次数等的二次方法论证分析,综合考虑了宽线效应的贡献和野外施工成本、效率等,最终确定了在桂中地区采用三线二炮540次覆盖观测方案(如图1)进行正式施工生产,具体观测参数为:单线观测系统5390-10-(20)-10-5390;接收道数1620道(540×3=1620道);接收线3条,接收线距40m,检波点距20m;炮点距40m,炮排距60m(中间炮)、120m(两边炮,即2炮抽1炮);最高覆盖次数540次(面元10m×80m)。2.2弯宽线应用技术方法在桂中地区实际的宽线地震采集施工过程中,常常由于各种障碍物和异常复杂的工农关系问题,使得局部地段炮点和接收点存在一定的偏移情况,即存在不同程度的炮线和接收线弯曲布置情况,拟采用弯线技术来化解诸如此类复杂地表问题,从而确保观测系统覆盖次数达到最低次数要求以上并基本均匀分布的目的,由此形成了以激发为中心的宽线与弯线相结合(弯宽线)的采集技术方法。例如,桂中工区中某测线在1840—2250桩号段因经过高陡地形(悬崖、陡坎等)和村庄附近风水龙脉山等障碍无法按直线布设炮检点,为此采用弯线技术按逐渐偏移原则设计炮检点(如图2),杜绝突变偏移,确保其收敛性,从而较好的选择了有利于激发接收的物理点位,有效克服了复杂地表地形带来的种种不利因素,降低采集施工难度,提高了采集资料品质。同时说明了在优选激发接收条件下,将宽线与弯线有机结合(弯宽线)能够较好的适应双复杂山区起伏地表的二维观测系统设计。从实际完成的采集剖面来看,反射波组特征清晰,主要目的层内幕反射信息丰富,地质现象刻画清楚,较好的完成勘探地质任务,应用弯宽线采集技术方法取得了良好的效果(如图3),为桂中地区地震勘探打开新局面奠定基础。同年,在安顺地区黔南坳陷双复杂区推广应用该三线二炮540次覆盖宽线结合弯线技术方法同样取得了良好的地震采集效果(如图4),为安顺1井的风险勘探部署提供了有力的依据。2.3加密地震勘探效果在重庆建南—龙驹坝地区的地震勘探采集中,根据以往资料分析,区内主要勘探目标—龙驹坝推覆体构造带地表灰岩广泛出露,地形高陡,激发接收条件较差,加之地下构造高陡复杂,断裂发育,地层倾角大,地震波场复杂多变,由于受上覆老地层及断层的地震波能量屏蔽、散失作用较强,其构造顶部及下伏地层成像效果较差。在2007年建南—龙驹坝地区三维地震勘探资料采集施工中,为改善龙驹坝推覆体构造带的资料品质,特别针对龙驹坝构造进行加密炮设计,共增加207炮,通过加炮后,满覆盖区(72次)主要目的层的覆盖次数提高了5-6次。加炮设计及生产后覆盖次数如图5所示。为分析加密炮(增加炮点)前后叠加剖面效果,现场处理对经过龙驹坝构造的某Inline线按加炮前和加炮后处理,以同一流程及参数处理了两套剖面(如图6和7)。从现处剖面对比看,龙驹坝构造经加炮观测后,资料有所改善,信噪比有所提高,构造主体部位成像较为清晰,内幕反射特征更加清楚。可见,在地下高陡构造地区,针对推覆断面及下伏构造局部进行加密炮(增加炮点)设计,覆盖次数的增加有利于提高资料品质和改善地震成像效果。3宽线地震接收的应用本次针对南方双复杂山区地表地质条件复杂多变、地震资料品质差的特点,提出了宽线与弯线有机结合的采集方法和目的层局部加密炮设计技术。采用弯宽线采集降低了地表施工的难度和改善激发接收的条件,有利于提高资料品质,而针对高陡复杂构造区目的层成像不好区域局部加密炮技术,增强了目的层能量的均匀性,提高资料信噪比,同时改善其地震成像效果。该技术方法分解了双复杂地区地震采集的难题,为双复杂地区观测系统优化设计提供借鉴,其在桂中、黔南、重庆龙驹坝地区地震勘探施工中使用,取得了良好的采集效果,值得在类似高陡复杂构造区以及其它低信噪比地区进一步推广应用。在面元横向尺度要求允许的范围内,布设n条接收线,这样在垂直测线方向具有覆盖次数nFx,总覆盖次数F=nFx×Fy(Fx为垂直测线方向的覆盖次数;Fy为沿测线方向的覆盖次数;n为炮点线数),覆盖次数是二维的nFx倍。炮检点相对单线纵横向离散,面元道集内增加了不同的传播路径,减小了干扰的相干性,从而增加了对干扰的抑制能力,提高了资料信噪比。宽线地震接收的方法是二维测线按照三维进行观测、邻道面元叠加方法。与二维单线激发接收相比,宽线采集具有以下优势:即可求得接收点坐标,其实质是在共接