大倾角断层断面波的观测孔径及空间采样探讨

邵冬梅 （中原油田物探研究院，河南 濮阳457001）

郭东启，卢殿龙，罗春波 （大庆钻探工程公司地球物理勘探二公司，吉林 松原138000）

大倾角断层断面波的观测孔径及空间采样探讨

邵冬梅 （中原油田物探研究院，河南 濮阳457001）

郭东启，卢殿龙，罗春波 （大庆钻探工程公司地球物理勘探二公司，吉林 松原138000）

针对东濮凹陷复杂断块区大倾角断层发育、以往采集中不易接收到清晰断面波的问题，利用理论模型分析了大倾角断层断面波的观测孔径，进而对大倾角断层发育区的地震采集方法进行相关论证，取得了几点认识：大倾角断面波的观测孔径是一个宽度有限的狭窄条带；只有在下倾方向才能接收到；只有当炮密度和道密度较高时，才能得到较多的断面反射信息，有利于断面波的成像。

大倾角断层；断面波；观测孔径；空间采样；波场照明

东濮凹陷地下断裂复杂，大倾角断层非常发育，获得清晰的断层成像是东濮凹陷地震勘探的重要任务之一。正确利用和解释断面反射波，用以确定断层位置和产状，在该区的地震解释中尤为重要。在以往的地震勘探中，由于采集方法局限，在M、W等地区老剖面上很难看到断层断面波，老资料中断层位置、产状也不够清晰。笔者针对东濮探区大倾角断层发育的现象，利用地质模型结合波动照明分析技术，对大倾角断层的反射接收情况进行了分析论证，取得了几点认识：在大倾角断层发育区应优选观测参数，适当加大排列长度和覆盖次数，做到在观测孔径内接收和利用小面元提高对大倾角断层的刻画能力，提高复杂断块区资料的信噪比。

1 大倾角断层观测孔径分析

1.1 东濮凹陷主要断层的断面倾角分析

从已知资料来看，东濮凹陷大倾角断层相当发育，所有主要断层断面最大倾角都是50～70°。由此可以推断，在同一应力场作用下，由这些主断裂派生的小断层其断面倾角也会相当大。

1.2 断面波的观测孔径分析

对于大倾角断层的断面波，在地面上只能在某一特定的范围内才能观测到，把这一范围定义为断面波的观测孔径。

用均匀介质、直射线理论来讨论断面波的观测孔径。如图1所示：设R为地面，F为一断面，倾角60°，A为断面上的一个反射点，B点为A点在地面上的投影，h为A点的垂直深度，AD为断面F的法线，则D点为地面上自激自收的位置。当炮点在C点时，反射线AE与地面平行。

由图1可以看出，当炮点位于C点时，反射线AE与地面平行，这意味着在C点右侧的任何位置激发或接收，都不可能得到来自A点的断面反射。当炮点从C点向左移动时，一开始地震射线在地面上的出射点接近于无穷远；当炮点逐步靠近D点时，出射点也由远而近逐步靠近D点。D点、C点的位置与h的关系为：DB＝1.73h，DC＝1.15h，BC＝0.58h。可以得出，只有在断层的下倾方向才能接收到断面波，断面波有效观测孔径是一个位于断面F过A点的法线平面与地面交线两侧一定范围内的狭窄条带。

图2为用图解法估算当h＝3000m、断面倾角为60°时的观测孔径。当h＝3000m时，DB＝5190m，DC＝3450m。当炮点位于DC的中点M时，反射线在G点出射，距M点约7500m，这已超出了目前实际生产中使用的最大炮检距，因而实际上是接收不到的。

图1 断面波观测孔径分析图

图2 用图解法估算断面波的观测孔径

当炮点位于H点，且DH＝DC/4时，反射线在K点出射，KH约为3200m，这时才进入最大炮检距为3500m左右时的有效接收范围。由此可见，在最大炮检距为3500m左右的情况下，断面波的有效观测范围在略大于HK的范围。在上述条件下，以二维采集垂直断层走向观测为例，如果炮检距为100m，能得到A点的反射的总炮数大约在35炮左右，这与大致水平的地层反射相比显然少得多，这就不难理解为什么以往老资料大倾角断层断面不清楚的原因了。不难看出，当炮密度和道密度低时，得到的断面反射信息很少；只有当炮密度和道密度高时，才能得到较多的断面反射信息，有利于断面波的成像。

1.3 大倾角断面波的空间采样分析

为了保证资料处理中不出现空间假频，要求采样时要有足够的空间采样密度［3］。一般要求一个波长不少于两个采样，在高精度勘探中要求更高。

根据视速度和视波长的计算公式：

式中，V＊为视速度，m/s；V为速度，m/s；h为反射点的垂直深度，m；x为最大炮检距，m；θ为地层倾角，（°）；λ＊为反射波的视波长，m；fmax为信号的主频，Hz。

在V＝2800m/s，h＝3000m，x＝3500m，f＝50Hz，地层倾角分别为0、50、60、70°时，分别计算的视速度和视波长如表1所示。

表1 地层倾角与视速度、视波长的关系

从表1可以看出，要保证大倾角断面波不出现空间假频，在接收范围内需要较高的空间采样密度。

1.4 利用波场照明分析观测系统

根据速度模型，利用单程傅里叶有限差分波场传播算子将目标层的平面源延拓到地表，通过分析从目标层延拓到地表的波场能量的分布，可以确定目标层成像所需要的炮点或者检波点的位置［4，5］。图3为基于陡倾角断层地质模型的照明分析。由图3可见，照明分析结果与观察孔径的理论分析结果二者是相符的。

图3 基于陡角度断层地质模型的照明分析

2 实例分析

M地区是东濮凹陷的重点储量接替区，该地区大倾角断层发育、构造破碎、地下地质条件复杂，勘探难度很大。上世纪90年代该地区进行了一次三维地震采集，其主要采集参数为：6线4炮观测系统，360道接收，面元大小25m×50m，覆盖次数为10×2。由于面元大，采样密度低，导致资料分辨率低，反射杂乱，断点不清，无法对小断块进行清晰刻画。近年来，中原油田在该地区进行了高精度三维地震勘探。为提高深层和陡倾角构造的分辨率，经过优化设计确定该次采集的观测系统为：32线10炮观测系统，4096道接收，最大炮检距3400m，可变面元观测，5m×5m面元覆盖次数为8×2，25m×25m面元覆盖次数达40×10。该次采集取得了较好的效果，成像效果明显改善，对小断块的分辨和刻画能力有了很大程度提高。

对比分析M工区新老采集的三维剖面 （图4），与老资料相比，高精度三维地震剖面比老剖面提高最为显著的地方是断层更加清晰了。断层之所以变得清晰是因为老剖面上很难看到断面波，而新剖面上断面波十分清晰。究其原因，正是因为高精度三维地震勘探采用大炮检距、高覆盖次数、小面元、多道数、小道线距接收的采集方法，验证了高密度采样能使断面波变得清晰的理论分析。

图4 老剖面 （左）和新高精度地震剖面 （右）对比

3 结 论

通过对大倾角断层断面波的观测孔径及空间采样进行理论分析论证，并结合东濮凹陷同一地区不同采集方案采集的新老资料进行验证，取得了几点认识：

1）大倾角断面波的观测孔径是一个宽度有限的狭窄条带，能够观测到断面波的炮数是有限的，每一炮中能够接收到断面波的道数也是有限的，而且只有在断层的下倾方向才能接收到断面波。当炮密度和道密度低时，得到的断面反射信息很少。只有当炮密度和道密度高时，才能得到较多的断面反射信息，有利于断面波的成像，这正是高密度采样断面波变得清晰的主要原因。

2）断面越深、越陡，观测孔径与断层的水平距离越大，观测效果越差。这正是地震剖面上深部断层、陡倾角断层往往不清晰的主要原因。

3）在工区边缘，有必要像考虑偏移孔径那样考虑断面波的观测孔径问题。

［1］俞寿朋.高分辨率地震勘探 ［M］.北京：石油工业出版社，1993.

［2］李庆忠.走向精确的勘探道路 ［M］.北京：石油工业出版社，1993.

［3］陆基孟.地震勘探原理 ［M］.东营：石油大学出版社，1996.

P631.44

A

1000－9752（2011）06－0224－04

2011－04－20

邵冬梅 （1970－），女，1991年大学毕业，高级工程师，现主要从事地震勘探采集方法及地震构造解释方面的工作。

［编辑］ 龙 舟