第6章 三维地震勘探

第六章三维地震勘探6.1 引言在油气勘探中，重要的地下地质特征在性质上都是三维的。

例如盐岩刺穿、逆掩和褶皱带、大的不整合、礁和三角洲砂体沉积等。

二维地震剖面是三维地震响应的断面。

尽管二维剖面包含来自所有方向，包括该剖面平面以外方向传来的信号，二维偏移一般还是假定所有信号均来自该剖面自身所在平面内。

虽然有经验的地震解释人员往往可以识别出平面以外(侧面)的反射，这种信号往往还是会引起二维偏移剖面的不闭合。

这些不闭合是由于使用二维而不是三维偏移导致了不适当的地下成像所引起的。

另一方面，三维数据的三维偏移提供了适当的和详细的三维地下图像，使解释更为真实。

必须对三维测量设计和采集给予特别注意。

典型的海上三维测量是用比较密集的平行线完成的。

一种典型的陆上或浅水三维测量是由布设大量相互平行的接收测线，并在垂直方向上布设炮点(线束采集)完成的。

在海上三维测量中，放炮的方向(航迹)叫做纵测线方向；对于陆上三维测量，检波器的电缆是纵测线方向。

三维测量中与纵测线方向正交的方向叫做横测线方向。

与二维测量测线间距可达1km不同，三维测量的测线间隔可以是50m甚至更密些。

这种密度的覆盖要求精确地测出炮点和检波点的位置。

测量区域的大小是由地下目标层段的区域分布范围和该目标层段能充分成像所需的孔径大小所决定的、这种成像要求意味着三维测量的区域范围差不多总是大于目标的区域范围。

三维测量过程中一般要采集几十万至几百万个地震道，因为三维测量成本高，大部分都用于已发现的油气田的细测。

二维地震数据处理的基本原理仍适用于三维处理。

二维地震数据处理中，把道抽成共中心点(CMP)道集。

三维数据中按共面元抽道集。

这些道集用于速度分析并产生共面元叠加。

在线束采集中，共面元道集与CMP道集是一致的。

一般陆上测量面元为25m×25m，海上测量为12.5m×37.5m。

常规的三维观测系统往往使共面元道集中数据叠加的方式变得很复杂。

海上三维测量拖缆的羽状偏离可以导致共面元道集内的旅行时不再有简单的双曲时差。

对于陆上三维测量，共面无道集内与方位有关的时差是一个问题。

叠加之后，对三维数据体往往(但并非总是)作两步偏移。

第一步，沿纵测线方向做二维偏移；然后对数据分类，并沿横测线方向做第二步的二维偏移。

在第二步偏移之前，有时需沿横测线方向做道内插，以防止出现空间假频。

然后，三维数据体可按纵横两个方向的垂直剖面和水平切片(时间切片)方式供解释员使用。

时间切片可供解释员做标准层位的等值线图。

人机联作环境为移偏后三维直方数据体的解释提供了快速而有效的方法。

断层对比、层位追踪、层位拉平和某些成像处理方法可能适合于人机联作环境并有助于改善解释。

6.2 为什么要做三维？我们讨论图6-1的地球模型，这个模型由一个在均匀介质中的倾斜平界面组成。

考虑沿倾向方向的一条测线A。

如果这项测量由一组平行于倾向方向的测线组成，那么地下二维的假设是正确的，不会记录到侧面信号，这些沿倾向方向的测线的二维偏移就是正确的，如图6-2a所示。

二维偏移后，地面点X下的点D向上倾方向偏移到它的真地下位置D′。

现在来讨论图6-1中沿走向方向的测线B(测线B与测线A在地面位置X相交)。

图6-2a地下点D′的反射都是由测线A和测线B在它们的交叉点上记录下来的。

在测线B上的这个同相轴是侧面反射，测线A上的这个同相轴则不是。

然而走向测线上倾斜界面来的反射不表现出是倾斜的(图6-2b)。

由于偏移不改动平同相轴的位置，走向测线偏移剖面与相应的未偏移的剖面是相同的。

如果我们将走向测线B与倾向测线A连接，两条剖面偏移后就会出现闭合差，(然而，编移之前这两条剖面的连接是良好的)。

在勘探构造圈闭的区域，一般地下构造的倾向是多方位的，因而无法确定纵测线方向是在某倾向或是在走向方向上。

这就是图6-1中测线C的情况。

在这条测线上所查觉出的视倾角小于倾向测线上查觉到的平界面的真倾角。

在图6-3的平面图上，让我们检查一下三条线交点X下边点D偏移后的定位。

沿倾向测线A，点D 移动到了真地下位位置D′。

沿走向测线，同样一个点偏移后就没有移动。

沿测线C这个点移动到了D″。

可以设想沿与测线 C正交方向的第二步偏移将已经偏移的能量从D″移动到它真的地下位置D′。

虽然在6.5节讨论三维偏移原理，我们还需要对二维和三维偏移解释上的差别进行评估。

图6-4所示为陆上三维测量以及它们的二维、三维偏移所得纵测线(左边一列)和横测线(右边一列)的叠加剖面。

注意三维偏移较好地确定了盐丘顶面(T)以及盐丘底部断裂的清晰的轮廓。

依据三维成像与依据二维成像解释有明显的不同，这是无可质疑的。

图6-5是三维偏移剖面解释得到明显改善的又一个实例。

注意，三维偏移后，两个盐丘以及它们之间的向斜轮廓比较清楚，三维偏移往往得出与二维偏移剖面十分不同的剖面。

图6-6的实例表明二维偏移剖面上没有反射的地段在三维偏移剖面上同一地段却有一系列连续的反射，这些反射很容易与该地段以外的反射对比。

如以前所提出的，在有倾斜同相轴的地方二维偏移可引起闭合差，二维偏移不能使地下适当成像，而三维偏移通过完善成像过程消除了这些不闭合现象。

这种效果在图6-7中得到了证实，在这幅图中，可以检查纵测线和横测线在他们交叉点上(图上的黑短线)的对比。

二维剖面上(特别是1.3s至2s间)小的闭合差问题是显而易见的，而在三维偏移剖面上被消除了。

根据野外数据实例可以看出，三维偏移提供了完善的三维地下地质成像。

反之，二维偏移可能会得出不适当的结果。

二维地震和三维地震之不同在于完成偏移的方法。

目标层段顶的密集的覆盖，例如纵横测线的道间距均为25m不一定能提供适当的地下成像，除非实施三维意义上的偏移。

图6-8给出对1964年至1970年间一个地区二维细测得出的地震数据所做的不断修正并改善解释。

1964年进行的第一年普查勘探只做了几条测线，根据这次初步测量做出的时间构造草图，推断有一个西北向的构造圈闭。

第二年的勘探(1965)，在与前一次测量的同一方向又做了一些测线，该构造圈闭得到了某种程度的证实。

第三年测线沿北-东向布设，用以圈定该构造，这种测线方向上的变化使该区绘出几条断层成为可能。

以后的几年(1967、1968和1970)沿东北、西北、东南、西南各个方向做了更多测线。

后来附加的这些测量可使地下的覆盖更密些，并改善了解释的细部，我们以1970年的三幅图为例，这些图上包含了1964年至1970年之间该区所做的全部测线，我们一定会问，如果实施了三维测量并产生三维意义的地下成像效果如何？三维测量可以导致高度精确和可靠的解释。

由于三维数据体在解释判断上提供了详细的约束，根据三维成果制定的钻探方案成功率高。

6.3 三维测量设计和采集三维测量的最终目标是要获得三维偏移的波场。

这种偏移的保真性取决于叠加质量和速度估算的精确性。

然而，有两个因素控制着偏移的保真度，即偏移孔径和空间采样，它们还决定了野外测量的设计。

6.3.1 偏移孔径图4-14a给出一个深度剖面，代表一个埋藏在均匀介质中的倾斜反射面段CD 的地下模型。

用法向入射射线做零炮检距模拟，得出了图4-14b的时间剖面。

尽管图上未能画出，时间剖面上还应包括反射段的绕射边缘。

偏移把时间剖面上的同相轴C′D′移动至它的真实地下位置CD。

为了对比起见，我们将它透在时间剖面上。

目的层段的横向范围是QA。

如果在记录期间限定该测线长度为OA，那么时间剖面上会是空白。

另一方面，如果限定在测线段AB上记录，那么同相轴C′D′会从偏移剖面上消失。

虽然，目标限定在线段OA上，但必须在一个比较长的区段OB上记录时间剖面。

该线的长度还必须长到足以包括数据中可能存在的有意义的绕射部分。

另外，记录时间必须长到足以包容绕射尾部和全部倾斜的同相轴。

偏移引起的一个倾斜同相轴上的点在空间(横向上)和时间上(沿垂直方向)的位移，取决于介质速度、同相轴的深度和倾角[图4-15，方程(4.1)、(4.2)和(4.3)]。

这样，地面上测线长度和位置必须按照可供目标层段适当成像的偏移孔径细心设计。

这些因素也完全适用于三维测量。

图6-9是一个虚构的构造高的深度等值线图。

矩形指明构造目标部分的地下范围。

根据4.l节和上面所述的原理(图4-14)，确定目标区所需实际测量范围的大小由图上的大矩形区限定。

注意，测区并不一定在所有方向上做同样大小的扩展。

构造北翼最陡，因而这个方向上所必需的扩展最大，其它方向上也做相应的扩展。

扩展测量范围时的另一个因素是在已扩展的测量区域上完成满覆盖次数所需的附加剖面的长度。

一个横向范围为3km×3km的典型地下异常，可能要求做9km×9km范围的三维测显。

6.3.2 空间采样在1.6.1节我们详细讨论了空间假频问题，在4.3.5节又讨论了空间假频与偏移的关系。

这类空间假额问题是由要作偏移的波场(即叠加剖面)空间采样粗略而引起的。

最终叠加数据(未做道内标)的空间采样是由记录参数所决定的。

因而野外所用的道距、横测线间隔和横测线方向必须要精心设计。

由图4-107中可以看出，叠加剖面上的道距、倾角和开始发生空间假频的频率之间存在着某种关系。

在两个检波点A和B记录了成像的法向入射射线。

在常速情况下，地面和波前之间的角度，是这些射线所出射的反射界面的真倾角，其时间延迟和当于检波器A和B间的传播路径CB。

如果这个时间延迟是到达该检波器的信号给定频率分量的周期的一半，那么该频率即为开始发生假频的门限。

由图4-107所示的关系可以看出，没有假频的最大频率在倾角逐渐变陡、速度逐渐变低、道距逐渐变大时逐渐变小。

根据这一关系，假定已知区域速度场和地下倾角，可以导出纵横两种测线方向的最佳道距。

海上三维测量纵测线和横测线方向典型的道距分别是12.5—25m和37.5—75m。

即便横测线的道距尽可能地小，从经济上考虑一般它也比纵测线方向的道距大些。

鉴于这一点，在偏移处理之前可能要沿横测线方向做内插。

陆上三维测量纵测线和横测线方向典型的道距分别为12.5-25m和25-50m。

某些陆上三维测量可能不需要做道内插。

6.3.3 其它因素几乎所有的二线采集的野外施工概念都适用于三维测量。

例如导航和记录所用设备的选择取决于野外条件，也必须考虑作业的环境。

在海洋环境中，水深、潮汐、洋流、海况，捕鱼作业和航海活动以及障碍物如钻井平台、失事船只的残骸、岩礁和鱼网都必须考虑。

在陆上，环境的约束、通行条件、地形、耕作、人文限制都是可以影响测量设计和采集的因素、由于这些限制，往往需要精心设计并对标准观测系统进行某些调整，以使得到合理的覆盖次数和炮检距分布。

双船作业可以达到更为均匀的覆盖次数并缩短野外作业时间。

三线施工要求精确的测量作业，因为其数据采集的空间采样非常密，以致线与线间测量上的误差导致的静校正量可能严重地降低三维偏移质量。