沙漠地区三维地震勘探

作者&投稿:吕临 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
为什么复杂地区的地震勘探往往采用三维地震~

我们生活的空间有一维、二维、三维和多维之说,地震勘探也是如此。地震勘探中的一维勘探是观测一个点的地下情况;二维勘探是观测一条线下面的地下情况;三维勘探是观测一块面积下面的地下情况;若在同一地区不同时间重复做三维地震勘探,则可称之为四维地震勘探。四维是观测同一块面积下面不同时间的地下变化情况。根据地质任务和达到的目的不同,可采用不同维的勘探方法。 那么,怎样进行一维地震勘探呢?将检波器由深至浅放在井中不同深度,每改变一次深度在井口放一炮,记录地震波由炮点直接传到检波器的时间,这种只在一口井中观测的方法叫一维地震勘探。它能测出该井孔中地层的速度,借此可以确定各个地层的深度和厚度。 如何实现二维地震勘探呢?将多个检波器与炮点按一定的规则沿一直线(称测线)排列,在测线上打井、放炮和接收。采集完一条测线再采集另一条测线。最后得出反映每条测线垂直下方地层变化情况的剖面图(二维剖面图)。这种方法从20世纪20年代初期已开始使用直至今天。 如果你想看地下物体真实的立体图像就需要做三维地震勘探。它是由二维地震发展来的。三维地震主要在地下条件更复杂的地区或地表难以进行二维地震勘探的地区采用;另外,在已发现油田的地方,为优化油田的勘探开发方案可提出进行三维地震。三维与二维的主要差别是激发点与接收点的相对位置不同。二维地震要求炮点和检波点沿同一直线;而三维地震则是将多道(必要时可达上千道、上万道)检波器布成十字状、方格状、环状或线束状等,炮点与检波点在同一块面积上,形成面积形状接收由地下返回地面的地震波。其效果可以大大改善记录质量,提高信号的清晰度和分辨率,从而提高解决地质问题的能力,能把油气田的位置确定得更准确。由于三维地震最后得到的是一组立体的数据,根据这个数据体就能给出地层的立体图像(三维立体图)。同时,也可给出由浅至深,一层层的水平切片图,将这些图制成动画,人们就能像看电影一样来解释地下地质情况,既省时、省力,又精确。这种方法在20世纪70年代一经提出就得到了广泛应用。 四维地震勘探始于20世纪90年代初,是三维地震的延续。它要求在同一块工区不同时间(可能相隔几个月或几年,时间为第四维)用相同的采集和处理方法将所得到的三维地震勘探成果进行比较。犹如将人物传记的立体电影一帧帧放一遍,细看每帧之间的不同就可以看出人物的成长过程一样。用这种方法研究油气田开采前后三维资料之间的差异就能得出油田的开采情况,找出尚未开采或漏采的剩余油区,达到以少钻井、低成本(因为钻一口井少则上百万、多则几千万,非常昂贵)、多采油的目的。这种方法给石油开采商们带来很大经济利益,因此,他们都愿意开展四维地震观测。

随着数字地震仪器的发展和大型计算机的使用,利用地震勘探研究地质构造时,已能够取得三维空间的地下几何图形。三维地震与常规的二维地震相比,在野外数据采集及资料处理方面均显示了其优越性。三维地震勘探的测线布置不受直线的限制,可布设弯曲测线或面积观测系统,不仅利于地形复杂地区进行工作,也可以提供足够多的地下界面反射点,增加其密度和叠加次数。在资料处理方面,三维结果能较精确地描绘地下非均匀介质的结构,并使干扰波受到压制,大倾角反射界面能够准确归位。
1.三维地震观测系统
三维地震观测系统可分为路线型和面积型两类。
路线型三维观测系统包括宽线剖面和弯曲测线两种类型。宽线剖面是沿测线方向向两旁布置几条平行测线,炮点线设在与测线交叉的线上,交叉线与测线可以正交,也可斜交成任意夹角,如图5-26所示。这种情况下,不仅能利用沿测线方向的反射信息,而且还利用了垂直测线方向的观测资料,因此所给出的剖面可信度高。

图5-26 宽线剖面野外观测系统示意图

对于地形复杂地区,地震勘探不能按常规的直线方式进行野外观测,因而必须将炮点和检波点沿河谷、山沟或公路等布置成弯曲测线。观测资料处理后也可得到一定宽度的地下数据点条带。弯曲测线反射波时距曲线是一条与炮点和检波点相对位置有关的复杂空间曲线。
面积型观测系统地面排列有十字相交排列、环线排列和栅形排列等几种类型。栅形排列是面积测量的一种基本形式,可根据野外具体条件、技术装备和勘探对象作适当变化,以控制地下数据点的网格密度、面积和覆盖次数。图5-27是一种栅型排列的布设示例。

图5-27 栅形排列

在弯曲测线情况下,炮点和检波点已不在同一直线上,实际上已不再是共反射点了。因而各共中心点所对应的反射点的位置是分散的,这时的多次覆盖必须代之以新的概念,即共反射面元覆盖的概念。
共反射面元覆盖,是指在共反射点概念的可容许偏离范围内,来自各相邻反射点道的叠加。在这个偏离范围内,各相邻反射点的能量叠加,应该像来自一个反射点那样得到加强。
三维地震野外观测系统的形式多样,影响因素复杂,使用得当,可增加数据拾取密度和覆盖次数,从而得到更精确的同相轴,反映更全面的波动场。
2.三维地震勘探的数据处理及显示
三维地震勘探数据处理过程中,几乎包括了
二维处理的主要内容。专门用于三维处理的三维偏移以及成果显示是流程的重要环节,其中包括三维速度分析、三维剩余静校正、三维叠加、宽线处理和三维偏移等。
三维地震资料是以专门方式记录的,处理后是一个数据体。由此可以制作标准二维剖面和具体时间点的水平切片,从而作出区域时间切片图。另一种有效的显示方法是椅状投影。利用这类显示方法可更详细的了解地层构造和细微的局部构造。
3.三维地震勘探应用实例
我国文留地区1975年发现工业油流,本区断层发育,形成许多地垒和地堑,二维地震资料的解释成果不能解决断裂系统分布和断块内准确构造形态问题。该区三维地震勘探提供的资料,解决了二维地震所解决不了的问题(温森莱,1994),图5-28是该区T3层二维地震构造图,图5-29是该区T3层三维地震构造图,与二维地震构造图相比,三维地震构造图上断层大为减少。三维地震构造图细节清楚,有一系列高点,形态变化复杂,这都是二维地震构造图上所没有的。根据三维构造图所设计的井位,钻探成功率明显提高。

图5-28 T3层二维地震构造图

(据温森莱,1994)

图5-29 T3层三维地震构造图

(据温森莱,1994)

沙漠区疏松的沙丘及较厚的低降速层是导致这类地区地震资料低信噪比和低分辨率的主要因素(陈学强等)。实践表明,沙丘产生的噪音与沙丘厚度有一定的关系,沙丘越厚,噪音越强。有的沙漠区有潜水面,在该类地区,只要在潜水面以下炸药震源激发,就可以基本解决反射波能量弱的问题;有的沙漠区没有潜水面或潜水面很深,该类地区地震激发接收的难度较大。图4-20是内蒙某矿区地表沙丘的示意图。该区潜水面较深,煤层埋深90~170m,属超浅层煤层。

图4-20 内蒙某矿区地表沙丘示意图

对超浅煤层三维地震勘探,在资料采集阶段,主要利用模型正演帮助识别波形和辅助观测系统设计,采取野外长排列小道距接收,选择性叠加的方法,以尽可能地提高有效覆盖次数等技术手段,在资料处理中采用了折射静校正技术、面波和线性干扰等干扰压制技术、F-X全三维随机噪音去除技术、地表一致性反褶积与预测反褶积的联合反褶积技术,在资料解释阶段采用了空间叠加、空间滤波、断层检测等技术。由于施工方案合理,工作方法得当,野外施工严格,原始记录质量较好,经资料处理,水平切片和纵横向垂直削面,目的层齐全,信噪比高,地质现象清晰,取得了丰富的地质成果,在该区新发现断层11条。后经井巷揭露验证,61305工作面的第一条探巷揭露了两条断层,落差分别为1.6m和3.6m,与解释的DF2和DF7断层的落差和位置相吻合;第二条探巷也揭露了两条断层,两断层相距很近,落差之和为3.3m,与解释的DF2断层的落差和位置相吻合。

图4-21是内蒙古某沙漠勘探区(潜水面深度大于100m),可控震源激发获得的二维地震时间剖面。

图4-21 潜水面深度大于100m沙漠区二维地震时间剖面



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