宽方位角在煤田三维地震勘探中的研究与应用

饶河清 李萍军 黄 河 马 丽

(1.江西工业工程职业技术学院采矿与建筑工程系，江西 萍乡 337055；2.江西省地质矿产开发局赣西地质调查大队，江西 南昌 330002;3.陕西省煤田地质局物探测量队，陕西 西安 710005)

宽方位角在煤田三维地震勘探中的研究与应用

饶河清1李萍军2黄 河3马 丽3

(1.江西工业工程职业技术学院采矿与建筑工程系，江西 萍乡 337055；2.江西省地质矿产开发局赣西地质调查大队，江西 南昌 330002;3.陕西省煤田地质局物探测量队，陕西 西安 710005)

从理论角度分析了宽方位角观测系统方位角、偏移距及满覆盖次数分布等特点，以地质构造发育、各向异性显著的鄂尔多斯盆地西缘的萌城矿区某勘查区为例，对宽、窄方位角观测系统的勘探成果进行对比分析。结果表明：相对于窄方位角观测系统，宽方位角观测系统1次覆盖向满覆盖过渡快，野外数据采集时对地表障碍物变形观测易于实现；宽方位角观测系统大大提高了横向上的观测能力，有效扩展了观测方位角，使获得的地震数据更趋于全息三维，方位角分布更均匀；在数据处理过程中，应注重进行子波保真、远道动校正及速度分析，便于获得分辨率较高、构造成像清晰的地震数据；相对于窄方位角地震勘探，宽方位角地震勘探观测通常覆盖次数更高，但勘探成本较高。

宽方位角 观测系统 三维地震勘探 地震观测数据

随着勘探程度的提高与煤炭开发力度的加大，对地质成果精度的要求不断提高，地震勘探技术也随之发展，宽方位角三维地震勘探以其成像精确等优点逐渐被人们认可[1]。在三维地震勘探观测系统设计时，当横向上的最大非纵距与纵向上的最大偏移距之比大于 0.5时，为宽方位角观测系统，反之为窄方位角观测。宽方位角的横纵比值一般为0.8～1.0[2-6]。宽方位角地震勘探技术在石油勘探领域已经成功地用于查找裂缝及储层，本研究旨在探讨其在煤田构造勘探方面的应用效果。

1 宽方位角观测特点

目前对宽窄方位角的认识仍存在一定的争议，Lansley[1]认为窄方位角观测有利于AVO分析、DMO及速度横向变化明显的情况；宽方位观测有利于速度分析、多次波衰减及静校正求解，他认为宽方位角观测可较均匀地对地下采样；Williams等[5,7-9]认为宽方位角观测可获得较高信噪比及高分辨率的原始数据，采集到的地质信息更丰富，有利于开展复杂构造成像研究、裂隙各向异性研究，对地质构造精细解释及地层岩性解释有更大的帮助。

地壳是各向异性的，在地质构造、岩性变化、裂隙等微观小构造的影响下纵波信息变化明显，宽方位角观测系统对这该类信息的收集具有明显的优势，因为该类观测系统理论上趋于全三维勘探，可以接收到比较完整的地下波场信息，接收较为均衡的不同方位的波场信息。其优点是：①横向覆盖次数过渡带比窄方位角的小，更容易跨越地表障碍物和地下阴影带；②对于因裂隙的发育造成的地层各向异性而言，振幅随炮检距和方位角的变化对裂隙识别能力更强；③由于采集到的信息更全方位，其分辨能力和成像能力更高；④对地质信息的高分辨率识别和连续成像更为有利，也有利于对噪声进行压制和衰减。

宽方位角的制约因素有：①方位角速度；②全三维地震处理能力；③实际勘探效益等[8，10]。近年来大型计算设备的迅速发展，以P波为研究基础的各向异性的理论基本成熟，处理能力快速提升可以满足地震数据处理的要求，制约宽方位观测的部分问题已经逐渐得到解决，目前煤田领域宽方位角观测系统的实现主要受行业效益和勘探经费的限制。

2 三维地震勘探窄、宽方位角观测系统对比

2.1 覆盖次数

窄、宽方位角覆盖次数见图1、图2。由于宽方位角横向上对覆盖次数贡献的增大，该观测系统由1次覆盖向满覆盖范围过渡较窄方位角观测系统快，过渡距离更短，同一观测范围内，满覆盖范围更大，观测更全面。

图1 窄方位角覆盖次数

2.2 偏移距

偏移距与接收道数分布图分别见图3、图4。

由图3、图4可知，横向道数对炮检距计算贡献相对较少，纵向道数贡献较大，相当于宽线二维地震观测；宽方位角观测系统中的横向道数对偏移距计算贡献较大，纵向与横向道数对偏移距的作用相对较为均衡，观测较为全面。

图2 宽方位角覆盖次数

图3 窄方位偏移距与道数分布道数

图4 宽方位偏移距与道数分布道数

炮检距与方位角的玫瑰图分别见图5、图6。

图5 窄方位角玫瑰图

由图5、图6可知，宽方位角炮检对包含方位角范围大，可接收到相对全息的三维信息；而窄方位角炮检对比较集中，对大于半数范围内的信息包含不全。

图6 宽方位角玫瑰图

2.3 炮检距与方位角

窄、宽方位角炮检距与方位角示意图分别见图7、图8。

图7 窄方位角炮检距与方位角

图8 宽方位角炮检距与方位角

由图7、图8可知，在CMP内窄方位观测得到的方位角分布局限于较窄的条带内，而宽方位观测方位角分布更立体、全方位，也更均匀。

3 应用实例

3.1 工区概况

萌城矿区位于鄂尔多斯盆地西缘断褶带。西缘断褶带内中生界—上古生界以石炭系煤系地层为滑脱面，发生自西向东的掩冲推覆，形成了5个大的掩冲推覆的冲断席及1个前缘带，而滑脱面以下地层则较少受到自西向东的挤压力扰动，构成了推覆冲断带的基盘。此次研究的勘查区位于惠安堡沙井子断裂、青龙山—平凉断裂之间的惠安堡复向斜的东翼，为单斜构造，地层倾向西，倾角约25°。属丘陵区，地形南北高，中间低，海拔最高为1 615 m，最低为1 500 m，最大相对高差约115 m，发育的沟谷主要有烟泉沟，呈“Ⅴ”或“U”形，一般宽5～40 m，切深3～50 m不等，呈蛇曲状向NE—N延伸，汇集于北部的苦水河中。

3.2 工区三维地震勘探的难点

岩性多变，激发方式、激发条件不同，地震响应不同，地表一致性问题突出；地表干燥沙土造成有效信息吸收、衰减严重，影响接收效果；工区表层结构复杂，低降速带变化快，给激发参数设计和静校正带来很大困难；前陆冲断带断层构造发育、构造样式多样、反射波路径极不规则、波场复杂、资料成像困难。

3.3 应用结果分析

宽窄方位角采集时的观测系统参数：①窄方位观测系统参数为8L×10S×72T×4R+束状+24次，炮网格20 m× 60 m，检波点网格10 m×40 m；②宽方位观测系统参数为12L×24S×48T×6R+束状+48次，炮网格20 m× 80 m，检波点网格20 m×80 m。与常规处理不同，宽方位角数据处理中应注意叠加速度随方位角的变化、子波保真和远道动校正问题。本次采用几何扩散和地表一致性补偿振幅能量，结合地表一致性反褶积进行子波的保真处理，通过视各向异性动校正法对远偏移距进行精确校正，采用超级面元法处理宽方位角引起的剩余静校正[11]。宽、窄方位角采集数据体时间水平切片见图9。

图9 宽窄方位角采集数据体时间水平切片

由图9可知，箭头所指处为断层的成像情况，窄方位观测得到的时间切片断层界线不清，宽方位观测得到的时间切片断层分辨清晰、断层条带状异常明显。

分别采用窄方位角、宽方位角对区内DF1断层进行探测，结果表明，窄方位角于剖面1 180 m处探测到该断层，而宽方位角在该剖面位置未发现该断层，后通过54#钻孔验证，该断层实际不存在。

4 结 论

宽方位角可以更多地获得地下反射点的信息，在数据处理时可以提取更多关于该地下反射点的信息，使其成像更清晰，可以有效获得地质构造各个方向的信息，有利于构造、裂隙发育造成的地震各向异性的分析与解释。从生产角度考虑，宽方位角向满覆盖过度更快，对于地面障碍物规模较大的情况，变观更易于实现。但应注意：①宽方位角野外单炮记录的空间采样存在不均匀现象，线性干扰异常；②宽方位角数据叠加速度随方位角和地层倾角的变化而变化。

[1] 田 梦，张梅生，万传彪，等.宽方位角地震勘探与常规地震勘探对比研究[J].大庆石油地质与开发，2007(6):138-142. Tian Meng，Zhang Meisheng,Wan Chuanbiao，et al.Contrast research between Wide azimuth seismic exploration and convention seismic exploration[J].Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing,2007(6):138-142.

[2] 张晓江.宽、窄方位角三维地震勘探采集方法研究与应用[D].青岛：中国石油大学,2007. Zhang Xiaojiang.The Research and Application of Wide and Narrow Azimuth 3D Survey[D].Qingdao:China University of Petroleum,2007.

[3] 李庆忠.对宽方位角三维采集不要盲从——到底什么叫“全三维采集”[J].石油地球物理勘探,2001,36(1):122-124. Li Qingzhong.Opposing follow blindly for wide azimuth 3D acquisition：what on earth is “three：dimensional acquisition”[J].Oil Geophysical Prospecting,2001,36(1):122-124.

[4] 林 宁，姜 飞，孙卫东.宽方位三维观测系统在沙漠区地震勘探中的应用[J].煤炭科学技术，2013(S):353-355. Lin Ning，Jiang Fei，Sun Weidong.Application of wide azimuth 3D observing system for seismic explorationin in desert area[J].Coal Science and Technology,2013(S):353-355.

[5] 夏常亮，张红军，郝建波，等.K区块宽方位角地震资料处理[J].2010(S):74-79. Xia Changliang,Zhang Hongjun,Hao Jianbo，et al.Wide azimuth seismic data processing for K block[J].Oil Geophysical Prospecting，2010(S):74-79.

[6] 张军华，朱 焕，郑旭刚，等.宽方位角地震勘探技术评述[J].石油地球物理勘探,2007,42(5):603-610. Zhang Junhua,Zhu Huan，Zheng Xugang，et al.A summary of wide-azimuth seismic exploration technique[J].Oil Geophysical Prospecting,2007,42(5):603-610.

[7] 段文胜，李 飞，王彦春，等.面向宽方位地震处理的炮检距向量片技术[J].石油地球物理勘探,2013,48(2):206-213. Duan Wensheng，Li Fei，Wang Yanchun，et al.Offset vector tile for wide-azimuth seismic processing[J].Oil Geophysical Prospecting，2013,48(2):206-213.

[8] 张春广，丛培泓，田 军，等.宽方位角地震资料解释技术及应用[J].天然气工业,2007(S):152-154. Zhang Chunguang,Cong Peihong,Tian Junm,et al. Wide azimuth seismic data interpretation technology and Applications[J]. Natural Gas Industry,2007(S):152-154.

[9] 凌 云，吴 琳，陈 波，等. 宽/窄方位角勘探实例分析与评价(一)[J].石油地球物理勘探，2005,40(3):305-308. Ling Yun,Wu Lin,Chen Bo,et al. Analysis and appreciation of wide/narrow azimuth exploration(1)[J].Oil Geophysical Prospecting,2005,40(3):305-308

[10] 胡中平，朱成宏，杨贵祥，等.各向异性及复杂构造条件下三维地震采集设计[J].勘探地球物理进展，2005,28(6):397-401. Hu Zhongping,Zhu Chenghong,Yang Guixiang,et al. 3-D Seismic acquisition design in areas of anisotropy and complex structure[J].Progress in Exploration Geophysics,2005,28(6):397-401.

[11] 林吉祥，凌 云，施泽进，等.复杂断裂带宽、窄方位角勘探技术评价与研究[J].新疆地质，2006(6):210-213. Lin Jixiang,Lin Yun,Shi Zejin,et al. Evaluation and research on wide-and narrow-azimuth seismic survey in fault belts[J].Xinjiang Geology,2006(6):210-213.

(责任编辑 王小兵)

ResearchandApplicationoftheWideAzimuthin3DSeismicExploration

Rao Heqing1Li Pingjun2Huang He3Ma Li3(1.DepartmentofMiningandArchitectureEngineering,JiangxiPolytechnicCollege,Pingxiang3337055,China;2.GanxiGeologicalSurveyingTeam.JiangxiBureauofGeologyandMineralResourcesExplorationDevelopment，Nanchang330002，China3.GeophysicalSurveyingTeam,ShananxiProvinceBureauofCoalGeology,Xi'an710005,China)

The characteristics of the azimuth angle，offset and full coverage number distribution about the wide azimuth observation system is analyzed from the perspective of theory.Taking the prospecting area of Mengcheng mining area which is located in the west margin of Ordos basin as an example,the geological structure of prospecting area is developed and the anisotropy of the prospecting area is significant.The exploration results between the wide and narrow azimuth observation system are compared.The results show that,compared with the narrow azimuth observation system,the wide azimuth observation system could make the transition from single coverage to full coverage more faster,the deformation observation of surface barriers can be conducted in the process of field data acquisition.The lateral observation ablity is imprved greatly and the observation azimuth is extended by the wide azimuth observation system,so,the seismic data obtained by the wide azimuth observation system tend to be more holographic 3D,and the azimuth distribution is more uniform.In the process of data processing,more attention should paid to the way of wavelet fidelity,far trace NMO and velocity analysis so as to obtaine the more high resolution and more clear seismic data.Compared with the narrow azimuth seismic exploration,the cover number of wide azimuth seismic exploration is more higher,however,its exloration cost is become higher accordingly.

Wide azimuth,Observation system,3D seismic exploration,Seismic observation data

2014-10-23

饶河清(1956—)，男，副教授。

TD166

A

1001-1250(2014)-12-143-04