正演模拟技术在碳酸岩盐地震勘探中的应用

邓国成

(河南省煤田地质局物探测量队，河南 郑州 450009)

0 引 言

模型正演技术是在假设地下地质结构和对应的物理参数的已知的情况下，通过有关正演软件利用数值计算方法模拟地下不同地层结构的地震波场响应及传播规律，以此来得到理论上的地震资料。通过已知地质体出发，分析不同地质结构的地震响应规律，达到施工参数的论证和优化作用，从而降低勘探成本和提高勘探效率，指导后期的地震资料处理解释工作，达到解决地质问题的能力。正演模拟技术分为波动方程法、积分方程法和射线追踪法三大类，本文以新疆某区的碳酸岩盐勘探为例，该区地震地质条件复杂，为充分认识和论证施工参数，采用有限差分法全波场进行不同参数的分析评价，论证地震采集施工参数，从而达到指导野外数据采集和资料处理解释工作[1]。

1 建立模型

先建立一个多层不考虑噪声和子波时变影响的简单的地质模型，第一层为180 m厚的第四系地层，第二层为220 m厚的新近系地层，第三层为30 m厚的石膏层，第四层为80 m厚的新近系地层，第五层为10 m厚的石膏层，第六层为90 m厚的新近系地层，第七层为40 m厚的石膏层，第八层为190 m厚的白垩系地层，第九层为160 m的二叠系等老地层。剖面总长2 750 m。模型结构如表1、图1所示。然后利用Tesseral软件采用有限差分法全波场进行模拟[2-3]。

表1 地质模型参数

图1 地质模型

2 正演数值模拟

2.1 分辨率模拟

分别用60，80，100 Hz的雷克子波计算得到的剖面。分析可知在60 Hz子波的剖面上，厚度40 m时，其反射波有形成两个反射波的趋势，但是还不能完全区分开50 m碳酸岩盐层的顶部和底部；在80 Hz子波的剖面，能区分35 m厚的碳酸岩盐层的顶部和底部；100 Hz子波的剖面，能区分25 m厚的碳酸岩盐层顶底板。也就是说随着碳酸岩盐层厚度的增加，形成了两个反射波，岩层的顶部和底部能逐渐分开，同时随着频率的增大，能够区分碳酸岩盐层顶底部的厚度逐渐减小[4]。因此为了获得良好的分辨率，提高对目的层的分辨能力，针对主要反射层要保护的频率应为10～100 Hz。

2.2 道距模拟

为保证面元叠加的反射信息满足技术要求，道距要满足最高无混叠频率和横向分辨率两个方面。本次分别模拟了10 m道距和20 m道距的单炮记录和克希霍夫叠前偏移剖面，如图2、图3所示。通过10 m道距和20 m道距的单炮记录来分析，两者差异性较小；通过对10 m道距和20 m道距的两条克希霍夫叠前偏移剖面进行对比，两者均能得到明显的地震资料，但是10 m道距的剖面上反射波总体能量强于20 m道间距，尤其在厚碳酸岩盐层处差异更明显，可以看到小道距对深层能量有改善作用，随着道距的增加，深部能量逐渐减弱。采用较小道距，可以增加构造的成像精度[5]。

图2 道距10 m的克希霍夫叠前偏移剖面

2.3 炮检距模拟

最大炮检距的选择主要从目的层埋深、动校拉伸对信号频率的影响、保证反射系数稳定和速度分析精度的要求等方面考虑。处理时为求取较为准确的叠加速度和分析，要求有足够长度的最大炮检距，因此，采用较大的炮检距有利于远道有效信息的叠加成像。通过分析最大炮检距分别为800 m和1 000 m的克希霍夫叠前时间偏移图，两者效果相差不大，均能够接收到有效反射信息，但是1 000 m同相轴在远道能量较强[6]。

图3 道距20 m的克希霍夫叠前偏移剖面

2.4 叠加次数模拟

叠加次数的选择应能充分压制干扰、增加反射能量、提高资料信噪比、拓宽优势频率。在具有一定的基础信噪比的前提下，多次覆盖的信噪比与覆盖次数的平方根成正比，覆盖次数越大，越有利于提高资料的信噪比。从16次和24次叠加次数的克希霍夫叠前偏移剖面，24次叠加次数的剖面信噪比较强，相位能量更强，覆盖次数增多，深部区域能量强。不同叠加次数的资料品质有一定的差异，采用24次叠加更能满足地质任务的要求。

3 应用实例

3.1 地震地质条件

3.1.1 浅表层地震地质条件

勘探区地处西昆仑山北麓，地势西高东低，海拔+1 800～+2 600 m，最大高差近800 m，地势起伏很大、冲沟发育，地表条件复杂。复杂的地表条件给地震的野外成孔和放线带来了较大的困难。

勘探区主要为黄土层和卵石层覆盖层区。黄土层覆盖层区主要分布在较陡峭的山上；卵石层覆盖区多为卵石、土和碎石组合而成，主要分布在河道和河漫滩，复杂的浅层条件给成孔、检波器埋置带来一定的困难。

3.1.2 深层地震地质条件

根据以往地质资料分析可以知道，在新近系下部富含多层碳酸岩盐层，其高密度和高速度，使得其与围岩波阻抗差异明显，有利于得到较好的反射波。但是，由于碳酸岩盐层数多且间距不稳当，其形成的反射波将是复合波，相邻反射波的相长、相消干涉现象十分普遍，致使波组特征有一定的变化，如图4所示。

总之，本区地震勘探条件较复杂。

图4 模拟剖面(左)和地震时间剖面(右)

3.2 采集参数

由于勘探区目的层埋藏深度约550米，同时勘探程度又较低。根据上述分析，考虑地质任务和勘探经济性合理性，本次采用10 m道距。同时，由于区内干扰波较为发育，浅层信噪比较低，需要提高资料的信噪比及目的层不同埋深地段的有效覆盖次数均匀性，在兼顾浅中深层的情况下，最大偏移距710的范围能够满足本次最大偏移距和叠加次数的技术要求。

1)接收因素

本次采用10 m道距，30炮距，144道中间点激发接收，24次叠加的观测系统。

2)激发因素

利用炸药施工，采用龙门钻施工，在卵石、土层和碎石层覆盖区采用12 m井深，在河漫滩区采用6 m井深；药量3 kg。

3.3 资料处理和解释

资料处理中重点做好静校正、速度分析、去噪等工作。经过处理，使地下构造归位准确、断点清晰、目的层反射波信噪比高。

资料解释在结合正演模拟的基础上，通过波组特征分析，确定地质层位、对反射波进行对比追踪以及交点闭合等工作，对全区资料进行精细解释分析。

3.4 地质成果

由于采取切实有效的技术方法，本次勘探取得了以下较为理想的地质成果：了解了勘探区的构造形态，对勘探区构造复杂程度进行初步评价；了解了落差大于50 m的断层性质及其延展情况；了解了碳酸岩盐层大致分布范围以及碳酸岩盐层的厚度变化情况，为钻孔布设提供了参考资料。

4 结 语

通过该技术在新疆地区的实际应用，采用波动方程正演模拟得到的参数接近野外采集的实际施工参数，能够指导地震勘探工作，说明正演模拟技术具有一定的指导意义。通过有机地联系地质模型与波场响应，研究不同岩性和沉积相的地震响应模型，使抽象的地震反射波既具有地球物理意义，又具有明确的地质含义，可减少成果的多解性，更好地指导野外地震数据采集和室内的处理解释工作。

[1] 刘军迎, 雍学善, 高建虎. 模型正演技术在碳酸盐岩油气藏地震资料解释中的应用[J]. 岩性油气藏, 2007(1): 109-112.

[2] 李树东, 邓国成. 正演技术在石膏矿地震勘探中的应用[J]. 中国煤炭地质, 2014(6): 50-55.

[3] 肖开宇, 胡祥云. 正演模拟技术在地震解释中的应用[J]. 工程地球物理学报, 2009, 6(4): 459-464.

[4] 吴育林. 模型正演技术在阿姆河右岸综合解释中的应用[J]. 钻采工艺, 2010, 33(s1): 91-93.

[5] 陈猛, 刘建红, 韩波, 等. 模型正演技术在库车地震勘探中的应用[J]. 天然气工业, 2007(s1): 173-175.

[6] 梁潇文, 张福龙. 金属矿地震勘探钻孔技术及应用研究论述[J]. 中国锰业, 2016, 34(5): 122-123.