煤田三維地震勘探采集痕跡中的“解釋陷阱”

吳大林

(陜西省煤田物探測(cè)繪有限公司，陜西 西安 710005)

0 引言

隨著煤田三維地震勘探技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛普及，其精度和可靠性直接關(guān)系到礦井生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。因此應(yīng)分析其影響精度和可靠性因素，改進(jìn)其存在問(wèn)題。由于目前煤層開采深度基本在500 ms以淺和三維地震勘查區(qū)表淺層地震地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜，在地震資料采集中不規(guī)則的采集和空間采樣不足，會(huì)產(chǎn)生采集痕跡，給資料解釋帶來(lái)負(fù)面影響。因此應(yīng)該充分考慮以下采集因素對(duì)解釋精度的影響：觀測(cè)系統(tǒng)、覆蓋層厚度和速度橫向變化引起的激發(fā)條件變化、地表障礙物和地形起伏引起的炮檢點(diǎn)位置不準(zhǔn)確和偏移距范圍的不規(guī)則變化等。以下對(duì)一些常見的采集痕跡進(jìn)行分析。

1 常見采集痕跡及“解釋陷阱”

1.1 觀測(cè)系統(tǒng)引起采集腳印

勘查區(qū)表層地震地質(zhì)條件為地表大部分為固定或半固定的沙丘所覆蓋，地形起伏較大，一般沙丘高在10 m以上，大沙丘高達(dá)20～30 m，且呈“雞窩”狀分布。總體呈北低南高趨勢(shì)，最高處位于勘查區(qū)東南部，標(biāo)高為1 335 m，最低處位于勘探區(qū)西北角，標(biāo)高為1 230 m，區(qū)內(nèi)相對(duì)高差105 m。勘查區(qū)淺層地震地質(zhì)條件為風(fēng)積沙掩蓋較好，存在含水層，極易接受大氣降水補(bǔ)給，該含水層厚度變化較大，潛水位埋深1～10 m，在潛水面以下3～5 m激發(fā)，有利于地震波的激發(fā)和傳播。部分地段第三系紅土層埋深較淺，紅土層內(nèi)含成層分布的鈣質(zhì)結(jié)核，成孔較為困難，在紅土層內(nèi)3～5 m處激發(fā)，有利于地震波的激發(fā)。勘查區(qū)內(nèi)深層地震地質(zhì)條件為煤系地層厚度較穩(wěn)定，地層產(chǎn)狀平緩(僅1°左右)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，主要可采煤層埋深適中，一般在280～500 m，煤層埋深淺，易受觀測(cè)系統(tǒng)影響。本次采用的三維地震勘探觀測(cè)系統(tǒng)類型：束狀、10線8炮制；接收線數(shù)：10條(每條60道接收)；總接收道數(shù)：60×10=600道；接收線距：40 m；接收道距：20 m；橫向炮距：20 m；縱向炮距：120 m；最大非縱炮檢距：640.78 m；最小非縱炮檢距：28.28 m；CDP網(wǎng)格：10 m×10 m；覆蓋次數(shù)：20次(橫向4次，縱向5次)。在資料采集過(guò)程中由于三維觀測(cè)片縱、橫向規(guī)律性的滾動(dòng)，造成地下面元屬性周期性的變化，導(dǎo)致疊加振幅、相位也呈周期性變化，這種周期性變化就是采集腳印。通過(guò)“疊加”表現(xiàn)出來(lái)，并且在三維切片上容易(但在剖面上很難)看到，如圖1方差體屬性切片上的規(guī)則的網(wǎng)格圖案與觀測(cè)系統(tǒng)明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這些網(wǎng)格雖然對(duì)構(gòu)造解釋不影響，但對(duì)巖性解釋有一定的影響。

圖1 采集腳印在屬性切片上的反應(yīng)

1.2 地面障礙物

在野外數(shù)據(jù)采集時(shí)由于地表村莊、墳地、房屋、莊稼地、公路、鐵路、魚塘等變觀影響，引起偏移距分布不均勻，炮檢點(diǎn)位置不正確，采集不足而引起的假構(gòu)造。圖2為由于墳地，大沙梁和公路影響而產(chǎn)生的假構(gòu)造。在數(shù)據(jù)采集時(shí)在墳地附近，從屬性圖上可以看出形成圈閉，會(huì)誤分析為陷落柱或采空區(qū)；在大沙梁上由于野外施工大風(fēng)，使檢波點(diǎn)位置不準(zhǔn)確，造成在屬性上斷層線性規(guī)律差，反映差；在公路附近，由于公路的變觀，煤層反射波獲取差，在屬性圖誤認(rèn)為和斷層走向一致的采集痕跡為斷層。

圖2 地表障礙物產(chǎn)生假構(gòu)造

1.3 覆蓋層厚度引起的激發(fā)條件變化

勘探區(qū)內(nèi)總的地貌特征為中低山丘陵地形，區(qū)內(nèi)溝谷縱橫，黃土塬面狹小，峁高而谷深，溝寬而梁窄，相對(duì)高差較大，地理標(biāo)高1 141～1 548 m，相對(duì)高差達(dá)407 m。山上樹木雜草叢生，河床內(nèi)沉積有卵石、流沙，淤泥，山坡階地多為農(nóng)田，勘探區(qū)中灌木與雜草從生，卵石與沼澤相伴。勘探區(qū)面積大，激發(fā)炮點(diǎn)數(shù)量多，激發(fā)條件變化大。溝谷內(nèi)大部分地段覆蓋層較薄，部分地段基巖出露，淺層地震地質(zhì)條件較好；局部溝谷中為第四系沖積淤泥，淤泥中成孔困難，對(duì)地震反射波吸收非常強(qiáng)烈，淺層地震地質(zhì)條件較差；塬、梁上淺層為第四系，黃土厚薄不一，最厚處達(dá)165 m以上，大部分為黃土層夾結(jié)核或礫石層，其結(jié)構(gòu)松散，且大部分地段第四系地層不含水，不但不利于激發(fā)，且對(duì)地震波吸收強(qiáng)烈。在溝谷附近激發(fā)條件好，反射波能量強(qiáng)，在地形高粱卯處，覆蓋層厚，激發(fā)條件差的位置，產(chǎn)生反射波能量弱，連續(xù)性差。地形及表層結(jié)構(gòu)條件呈規(guī)律性變化，造成采集數(shù)據(jù)振幅、相位也呈規(guī)律性變化。在窄的粱卯處，資料解釋過(guò)程誤認(rèn)為煤層厚度變薄或小斷層引起，形成錯(cuò)誤的解釋，如圖3和圖4所示。

1.4 障礙物變觀引起的假斷層

由于地表障礙物的影響，在施工過(guò)程中導(dǎo)致炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)離散分布，造成地下水平層照明強(qiáng)度分布不均勻，導(dǎo)致疊加、偏移等多道處理振幅、相位不均勻。在下圖時(shí)間剖面上，地震解釋成果與障礙物變觀位置一致，分析認(rèn)為可能為變觀附近偏移距分布不均勻和炮檢點(diǎn)位置不準(zhǔn)確而引起的假斷層。

1.5 復(fù)雜地形引起的靜校正問(wèn)題

本區(qū)位于陜北黃土高原南部，因受長(zhǎng)期的侵蝕和切割，形成殘?jiān)⒘骸⑨沟赛S土地貌特征。塬面標(biāo)高一般為1 050～1 100 m，河谷大約為850 m左右。最大相對(duì)高差420.80 m。測(cè)區(qū)地表復(fù)雜多變，地表高差變化較大，給地震數(shù)據(jù)處理靜校正帶來(lái)較大的困難；另外，山上茂密的松樹林、枝杈繁密的灌木、陡峭的懸崖、梯田、房屋等，這些都給地震勘探施工中車輛行進(jìn)帶來(lái)很大困難，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)采集的大線、采集站等設(shè)備的鋪設(shè)及測(cè)量工作的取點(diǎn)定線工作帶來(lái)極大困難。由于野外施工中相對(duì)高差較大，起伏劇烈，炮檢點(diǎn)位置準(zhǔn)確性困難，在靜校正處理過(guò)程中，初至波類型復(fù)雜，信噪比低，與地表一致性假設(shè)存在偏差，精確建立表層結(jié)構(gòu)模型十分困難。靜校正的結(jié)果是波場(chǎng)產(chǎn)生畸變，在此基礎(chǔ)上的偏移成像會(huì)產(chǎn)生一系列的誤差。下圖中藍(lán)色曲線為高程曲線，綠色標(biāo)注區(qū)域?yàn)殪o校正效果差區(qū)，在地形高差大位置，靜校正后初至波光滑性差，最終疊加不能保證同相疊加，帶來(lái)處理剖面的假構(gòu)造，影響構(gòu)造的準(zhǔn)確性，如圖6所示。

圖3 地形起伏和振幅對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖4 地形起伏和反射波能量、連續(xù)性對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖5 斷層和障礙物對(duì)應(yīng)關(guān)系

2 不相關(guān)情況

在取得的解釋結(jié)果應(yīng)與以下情況不相關(guān)。

圖6 地形和靜校正對(duì)應(yīng)關(guān)系

(1)與觀測(cè)系統(tǒng)排列方向不相關(guān)。

(2)與地表高程不相關(guān)。

(3)與靜校正量不相關(guān)。

(4)不位于溝口、溝腦。

(5)拉平上覆地層小幅度構(gòu)造依然存在。

(6)不位于障礙物變觀處。

3 結(jié)語(yǔ)

采集痕跡的多少與嚴(yán)重程度，決定成果資料的準(zhǔn)確性。因此在開始資料解釋前，對(duì)資料的采集因素進(jìn)行充分分析，做到心中有數(shù)，是解釋人員避免落入“解釋陷阱”的有效手段。在分析數(shù)據(jù)資料解釋成果可靠性時(shí)，不僅僅根據(jù)資料的信噪比和斷點(diǎn)可靠性評(píng)價(jià)斷層的可靠性，還應(yīng)充分考慮在野外障礙物，地形、覆蓋層厚度變化、覆蓋次數(shù)、炮檢距分布等數(shù)據(jù)。同時(shí)應(yīng)該分析主要構(gòu)造剖面附近單炮的空間屬性、品質(zhì)、校正量，以及動(dòng)校正速度，提高解釋精度。