低勘探程度区域三维地震勘探设计方法研究

谈国强

（潞安新疆煤化工〈集团〉有限公司，新疆 哈密839000）

0 引言

三维地震勘探施工设计的正确与否是至关重要的，它直接关系到三维地震勘探的成果质量，关系到三维地震勘探的效益，地震勘探施工设计的缺陷与不足，对地震勘探的影响是巨大的，因为野外采集会造成后期资料处理与解释的“硬伤”是不可恢复的，事实上也是难以补救的。 实际中三维地震勘探采集参数应包含三维地震采集参数的选择、观测系统类型选择、镶边偏移量估算、有效覆盖次数预测等。 施工设计是从地质任务出发，在研究、分析勘探区基础地质资料的基础之上进行的。 所以收集地质资料是施工设计的第一步，在煤田地震勘探中，一般要收集以下资料：勘探区大比例尺地形地质图；勘探区及临近区以往地质勘探报告与成果图件、图表（煤层底板等高线图、钻孔成果统计表）；勘探区钻孔柱状图及煤层对比图（含测井曲线）；勘探区及临近区以往地震勘探的成果（包括文字报告、试验报告、地震时间剖面、成果图件等）；采掘工程布置图以及掘进巷道地质剖面图。但在勘探程度低的区域，以上需要收集的资料均缺乏，需要采用新的思路进行采集参数论证。

1 三维地震采集参数的选择

三维地震勘探采集参数主要包括空间采样间隔选择、最大炮检距选择、最大非纵距选择、覆盖次数选择等。

1.1 空间采样间隔选择

空间采样，是指三维的地面采样道距和测线距，也可以用地下共深度点（CDP）网格面积（Dx、Dy）的大小来讨论，其中：Dx表示沿测线方向（x 方向）的CDP 点距，Dy表示垂直于纵测线方向（y 方向）的CDP点距。 只有在这两个方向上都满足采样定理的要求时，才能获得完整的空间采样频率，否则将产生空间假频干扰。

在设计观测系统时，按下式计算Dx、Dy：

式中，VRMS为均方根速度；fmax为有效波最高频率；θx、θy为沿测线纵横方向上地震射线入射到地面的角度。

1.2 最大炮检距的选择

因为近炮检距接收的信息，各种干扰较强，而较大炮检距所接收的信息干扰较弱，具有较高的信噪比。为接收到更丰富的反射信息，应选择适当的最大炮检距，以确保接收到更多来自陡倾角地层的反射信息。但炮检距过大时会引起“拉伸畸变”、影响速度分析精度，进而影响地震资料的成像质量，因此，最大炮检距的选择应考虑处理时动校正拉伸、叠加速度的精度、反射系数随入射角的变化及共反射点的离散等。

如果给出动校正拉伸后频率降低得允许值，就可以计算出允许的最大炮检距。 如给出fN／f≥kf，可得：

式中，kf为频率拉伸系数，一般取12.5%；x 为最大炮检距，单位为m；t0为目的层旅行时间， 单位为s；ν 为目的层上覆地层均方根速度，单位为m/s。 从这来看，一般要求最大炮检距小于或等于勘探目的层的深度。

1.3 最大非纵距的选择

最大非纵距（ymax）是一个排列片中，垂直接收线方向的最大炮检距。

式中，ψ 为目的层最大倾角， 单位为度；δt 为同一CMP 道集内的最大时差，一般取有效反射波视周期的1/4，单位为s；ν 为平均速度，单位为m/s；t0为目的层双程反射时间，单位为s。

1.4 覆盖次数

覆盖次数就是对一个叠加道做贡献的道数，由于覆盖次数直接影响到最终资料的信噪比和分辨率，增加覆盖次数，有利于压制规则干扰波和随机噪音，也有利于速度分析和叠前偏移；但是，覆盖次数也不是越高越好，因为叠加具有低频效应。一般来说，可以根据以往地震施工经验或者试验情况，综合勘探区地震地质任务的难度来确定。

2 三维观测系统的设计原则

三维地震观测系统设计不仅要综合考虑勘探区地质、地形、地貌、交通及仪器性能等因素，还应遵循以下几个原则：

①要求各CDP 点的方位角分布、 炮检距分布、 覆盖次数分布合理，有利于地质体的正确成像；

②采集的三维地震资料要满足各种处理技术的要求；

③要求较浅的层位应有一定的覆盖次数，以满足大炮初至折射静校正或层析成像反演静校正处理的需要；

④要求有较高的分辨率；且具有可操作性和较高的性价比。

3 镶边偏移量估算

在地震施工设计时必须考虑镶边，一是为了保证勘探边界都能达到满覆盖次数，二是要提前考虑到倾斜地层在资料处理时的偏移孔径问题。

图1 以单斜地层为例，设三维线束方向垂直地层走向，目的层浅部埋深为H1、深部埋深为H2，地层倾角为φ，则考虑地层倾角和目的层埋深时，浅部与深部的偏移量分别为：

即要求的控制深度为H1～H2、其对应的地下控制点D1、D2的地面投影范围为AB， 考虑地层倾角和目的层埋深后的地面施工范围为A'B'，且有A'B'≥AB。 可见：对于倾斜地层而言，目的层越深，倾角越大，扩大的范围就越大。

图1 考虑地层倾角的镶边量计算示意图

4 新疆某矿三维地震勘探施工设计实例

勘探区位于天山北麓，三维地震勘探前，无钻孔、无物探资料，勘探程度很低。根据小煤窑开采的情况及地表岩层出露情况分析勘探区目的层埋藏深度在250m～600m 之间变化， 地层倾角从浅部露头附近的35°左右变至深部的18°左右。

4.1 初步设计采集参数

根据邻近区域三维地震勘探的经验，设计本次的观测系统为8 线8 炮制，线距40m，道距10m，CDP 网格为5m×10m，单线接收道数为48 道，24 次叠加， 端点激发， 最大炮检距为514m， 最大非纵距为210m。 浅部偏移量175m，深部偏移量194m。

4.2 点试验工作

图2 试验单炮记录

图3 试验线偏移剖面

点试验的目的是试验的目的是对激发和接收条件进行试验。根据试验结果，本次施工采用成型的乳化炸药，施工药量2.0kg，瞬发雷管引爆，6m 单井激发。

4.3 线试验工作

应用点试验的激发参数，结合初步设计的观测系统参数进行了二维线试验，测线沿倾向方向布置，观测系统为：接收道数48 道，道距10m，端点0 偏移距激发，覆盖次数24 次。 线试验单炮记录如图2 所示。 对试验线进行了试处理，处理后的剖面如图3 所示。

从图2 上可以看出：目的层反射波比较突出，设计的排列长度、最大炮检距没有引起目的层反射波基本。 从图3 可以看出24 次叠加的资料信噪比较高，能够满足生产需要；目的层反射波时间在0.2s～0.5s之间变化，地区目的层均方根速度为3100m/s～3300m/s，地震波的最高有效频为120Hz，大约计算出浅部地层的角度为15 度、深部目的层的角度为45 度。

4.4 采集参数的二次论证

将目的层均方根速度、地震波的最高有效频率、地层倾角分别代入公式（1）、（2）可以得知：Dx≤9.724m，Dy≤9.724m，也就是说本区的面元网格应小于9.724m×9.724m 才能保证不引起空间假频现象。

将目的层均方根速度、地层倾角、目的层反射波时间分别代入公式（3）、（4）可以得知：最大炮检距应小于720m，最大非纵距小于659m。

将目的层深度、地层倾角分别代入公式（5）、（6）可以得知：最大炮检距应小于600m，最大非纵距小于659m。 △X1=66m，△X2=600m。

对比初步设计的采集参数，可以看出：原设计的面元网格不能满足克服空间假频产生的要求，面元网格应调整为5m×5m 才能合适；原设计的最大炮检距与最大非纵距的参数符合实际资料的要求；原设计的浅部偏移量过大，会造成浅部资料的空白，深部偏移量过小，这样会造成深部资料的空白，最终导致有效控制面积大幅度缩小。

最终的采集参数调整为： 本次的观测系统为8 线16 炮制， 线距40m，道距10m，CDP 网格为5m×5m，单线接收道数为60 道，24 次叠加，端点激发，最大炮检距为627m，最大非纵距为210m。 浅部偏移量60m，深部偏移量620m。

4.5 最终成果与于验证情况

采用调整后的采集采集进行了数据采集，投入的野外工作量增加了90%，但取得了较为理想的第一手资料。经过精细处理，得到了品质较高的时间剖面（图4），最终的地质成果经过钻探资料、巷探资料验证，煤层底板标高误差小于2%，断层平面摆动误差小于20m，断距大于5m 的断层验证准确率达85%。

图4 最终偏移剖面

5 结论

面元网格大小是观测系统设计的基本参数，它决定了炮点间隔和检波点间隔的大小及采集费用的多少，面元的大小要满足反假频的要求。 镶边偏移量的估算是倾角地层区施工设计时的重点之一，当镶边偏移量的估算不准确时可能带来的较严重地质后果。 试验后采集参数的二次论证工作是取得好的地震资料的重要保证。

［1］吕公河，等.黄土塬地区地震勘探采集技术[J].石油物探，2001，40(2)..

［2］程建远，等.三维地震在西部戈壁地区的应用[J].中国煤田地质，2001，40(2).

［3］程建远,等.矿井多元地质信息集成系统及其应用[M].北京.煤炭工业出版社,2004.

［4］邓志文.复杂山地地震勘探[M].北京：石油工业出版社，2006.

［5］李学慧，译.采集方向对叠前深度偏移成像的影响[J].石油物探译丛，2001，3.