寬方位角在煤田三維地震勘探中的研究與應用

饒河清 李萍軍 黃 河 馬 麗

(1.江西工業工程職業技術學院采礦與建筑工程系，江西 萍鄉 337055；2.江西省地質礦產開發局贛西地質調查大隊，江西 南昌 330002;3.陜西省煤田地質局物探測量隊，陜西 西安 710005)

寬方位角在煤田三維地震勘探中的研究與應用

饒河清1李萍軍2黃 河3馬 麗3

(1.江西工業工程職業技術學院采礦與建筑工程系，江西 萍鄉 337055；2.江西省地質礦產開發局贛西地質調查大隊，江西 南昌 330002;3.陜西省煤田地質局物探測量隊，陜西 西安 710005)

從理論角度分析了寬方位角觀測系統方位角、偏移距及滿覆蓋次數分布等特點，以地質構造發育、各向異性顯著的鄂爾多斯盆地西緣的萌城礦區某勘查區為例，對寬、窄方位角觀測系統的勘探成果進行對比分析。結果表明：相對于窄方位角觀測系統，寬方位角觀測系統1次覆蓋向滿覆蓋過渡快，野外數據采集時對地表障礙物變形觀測易于實現；寬方位角觀測系統大大提高了橫向上的觀測能力，有效擴展了觀測方位角，使獲得的地震數據更趨于全息三維，方位角分布更均勻；在數據處理過程中，應注重進行子波保真、遠道動校正及速度分析，便于獲得分辨率較高、構造成像清晰的地震數據；相對于窄方位角地震勘探，寬方位角地震勘探觀測通常覆蓋次數更高，但勘探成本較高。

寬方位角 觀測系統 三維地震勘探 地震觀測數據

隨著勘探程度的提高與煤炭開發力度的加大，對地質成果精度的要求不斷提高，地震勘探技術也隨之發展，寬方位角三維地震勘探以其成像精確等優點逐漸被人們認可[1]。在三維地震勘探觀測系統設計時，當橫向上的最大非縱距與縱向上的最大偏移距之比大于 0.5時，為寬方位角觀測系統，反之為窄方位角觀測。寬方位角的橫縱比值一般為0.8～1.0[2-6]。寬方位角地震勘探技術在石油勘探領域已經成功地用于查找裂縫及儲層，本研究旨在探討其在煤田構造勘探方面的應用效果。

1 寬方位角觀測特點

目前對寬窄方位角的認識仍存在一定的爭議，Lansley[1]認為窄方位角觀測有利于AVO分析、DMO及速度橫向變化明顯的情況；寬方位觀測有利于速度分析、多次波衰減及靜校正求解，他認為寬方位角觀測可較均勻地對地下采樣；Williams等[5,7-9]認為寬方位角觀測可獲得較高信噪比及高分辨率的原始數據，采集到的地質信息更豐富，有利于開展復雜構造成像研究、裂隙各向異性研究，對地質構造精細解釋及地層巖性解釋有更大的幫助。

地殼是各向異性的，在地質構造、巖性變化、裂隙等微觀小構造的影響下縱波信息變化明顯，寬方位角觀測系統對這該類信息的收集具有明顯的優勢，因為該類觀測系統理論上趨于全三維勘探，可以接收到比較完整的地下波場信息，接收較為均衡的不同方位的波場信息。其優點是：①橫向覆蓋次數過渡帶比窄方位角的小，更容易跨越地表障礙物和地下陰影帶；②對于因裂隙的發育造成的地層各向異性而言，振幅隨炮檢距和方位角的變化對裂隙識別能力更強；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對地質信息的高分辨率識別和連續成像更為有利，也有利于對噪聲進行壓制和衰減。

寬方位角的制約因素有：①方位角速度；②全三維地震處理能力；③實際勘探效益等[8，10]。近年來大型計算設備的迅速發展，以P波為研究基礎的各向異性的理論基本成熟，處理能力快速提升可以滿足地震數據處理的要求，制約寬方位觀測的部分問題已經逐漸得到解決，目前煤田領域寬方位角觀測系統的實現主要受行業效益和勘探經費的限制。

2 三維地震勘探窄、寬方位角觀測系統對比

2.1 覆蓋次數

窄、寬方位角覆蓋次數見圖1、圖2。由于寬方位角橫向上對覆蓋次數貢獻的增大，該觀測系統由1次覆蓋向滿覆蓋范圍過渡較窄方位角觀測系統快，過渡距離更短，同一觀測范圍內，滿覆蓋范圍更大，觀測更全面。

圖1 窄方位角覆蓋次數

2.2 偏移距

偏移距與接收道數分布圖分別見圖3、圖4。

由圖3、圖4可知，橫向道數對炮檢距計算貢獻相對較少，縱向道數貢獻較大，相當于寬線二維地震觀測；寬方位角觀測系統中的橫向道數對偏移距計算貢獻較大，縱向與橫向道數對偏移距的作用相對較為均衡，觀測較為全面。

圖2 寬方位角覆蓋次數

圖3 窄方位偏移距與道數分布道數

圖4 寬方位偏移距與道數分布道數

炮檢距與方位角的玫瑰圖分別見圖5、圖6。

圖5 窄方位角玫瑰圖

由圖5、圖6可知，寬方位角炮檢對包含方位角范圍大，可接收到相對全息的三維信息；而窄方位角炮檢對比較集中，對大于半數范圍內的信息包含不全。

圖6 寬方位角玫瑰圖

2.3 炮檢距與方位角

窄、寬方位角炮檢距與方位角示意圖分別見圖7、圖8。

圖7 窄方位角炮檢距與方位角

圖8 寬方位角炮檢距與方位角

由圖7、圖8可知，在CMP內窄方位觀測得到的方位角分布局限于較窄的條帶內，而寬方位觀測方位角分布更立體、全方位，也更均勻。

3 應用實例

3.1 工區概況

萌城礦區位于鄂爾多斯盆地西緣斷褶帶。西緣斷褶帶內中生界—上古生界以石炭系煤系地層為滑脫面，發生自西向東的掩沖推覆，形成了5個大的掩沖推覆的沖斷席及1個前緣帶，而滑脫面以下地層則較少受到自西向東的擠壓力擾動，構成了推覆沖斷帶的基盤。此次研究的勘查區位于惠安堡沙井子斷裂、青龍山—平涼斷裂之間的惠安堡復向斜的東翼，為單斜構造，地層傾向西，傾角約25°。屬丘陵區，地形南北高，中間低，海拔最高為1 615 m，最低為1 500 m，最大相對高差約115 m，發育的溝谷主要有煙泉溝，呈“Ⅴ”或“U”形，一般寬5～40 m，切深3～50 m不等，呈蛇曲狀向NE—N延伸，匯集于北部的苦水河中。

3.2 工區三維地震勘探的難點

巖性多變，激發方式、激發條件不同，地震響應不同，地表一致性問題突出；地表干燥沙土造成有效信息吸收、衰減嚴重，影響接收效果；工區表層結構復雜，低降速帶變化快，給激發參數設計和靜校正帶來很大困難；前陸沖斷帶斷層構造發育、構造樣式多樣、反射波路徑極不規則、波場復雜、資料成像困難。

3.3 應用結果分析

寬窄方位角采集時的觀測系統參數：①窄方位觀測系統參數為8L×10S×72T×4R+束狀+24次，炮網格20 m× 60 m，檢波點網格10 m×40 m；②寬方位觀測系統參數為12L×24S×48T×6R+束狀+48次，炮網格20 m× 80 m，檢波點網格20 m×80 m。與常規處理不同，寬方位角數據處理中應注意疊加速度隨方位角的變化、子波保真和遠道動校正問題。本次采用幾何擴散和地表一致性補償振幅能量，結合地表一致性反褶積進行子波的保真處理，通過視各向異性動校正法對遠偏移距進行精確校正，采用超級面元法處理寬方位角引起的剩余靜校正[11]。寬、窄方位角采集數據體時間水平切片見圖9。

圖9 寬窄方位角采集數據體時間水平切片

由圖9可知，箭頭所指處為斷層的成像情況，窄方位觀測得到的時間切片斷層界線不清，寬方位觀測得到的時間切片斷層分辨清晰、斷層條帶狀異常明顯。

分別采用窄方位角、寬方位角對區內DF1斷層進行探測，結果表明，窄方位角于剖面1 180 m處探測到該斷層，而寬方位角在該剖面位置未發現該斷層，后通過54#鉆孔驗證，該斷層實際不存在。

4 結 論

寬方位角可以更多地獲得地下反射點的信息，在數據處理時可以提取更多關于該地下反射點的信息，使其成像更清晰，可以有效獲得地質構造各個方向的信息，有利于構造、裂隙發育造成的地震各向異性的分析與解釋。從生產角度考慮，寬方位角向滿覆蓋過度更快，對于地面障礙物規模較大的情況，變觀更易于實現。但應注意：①寬方位角野外單炮記錄的空間采樣存在不均勻現象，線性干擾異常；②寬方位角數據疊加速度隨方位角和地層傾角的變化而變化。

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(責任編輯 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

饒河清(1956—)，男，副教授。

TD166

A

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