复杂构造区二维地震勘探需要注意的问题_孙玉民

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离散数据网格化方法众多,常用的网格化方法 可分为四大类趋势面拟合、插值、综合法、克里金法, 但是都有其局限性,克里金法相对来说效果较好[9]。 当数据点分布均匀、规则时,大多数情况下可以得到
理想的网格化数据( 见图 6) 。但是,在二维地震数据 空间分布极不均匀的不利条件下,无论哪种计算机自 动网格化 方 法,二 维 测 线 间 的 空 白 数 据 区 的 速 度 和 T0 值的最终网格化数据的质量、精度和可信程度会 明显降低[10],需要人工干预,使计算机绘制的速度和 T0 值平面更符合地质和地球物理规律。
通过垂直与原测线的补充二维勘探发现,该探井 失败的主要原因是 M1 参数井恰好处在 F3、F4 两正 断层夹持的断块边缘( 图 2) ,断层两侧地层发生了明 显的局部牵引现象,倾角变陡。测线的网度过大,与 构造复杂 程 度 不 匹 配,工 作 量 不 足 导 致 控 制 程 度 变 差。其次是测线方向布设不合理,原地震测线方向与 过孔断层走向基本平行( 夹角 10°) ,通过三维模型与 地震波的模拟发现,原二维地震时间剖面在井位附近 实际反映的完全是断层下降盘煤层面法线方向上的 形态,见图 4( 右) 阴影区,南距 M1 孔约 260 m,而不 是原测线正下方的地层形态,因而在原地震剖面井位 附近没有断层的迹象,二维偏移没有任何作用。补充 过井剖面及地震射线示意图见图 4( 右) 。
3 复杂构造条件下的地质成图问题
复杂构造条件下的地质成图精度主要依赖地层 及断层的空间归位或校正精度,空间校正可利用水平 叠加剖面,也可以利用叠偏剖面。一般来说,偏移剖 面较水平 叠 加 剖 面 有 许 多 优 点,如 绕 射 波 大 部 分 收 敛,反射波沿测线基本或部分归位,干涉带被分解,断 层及其特征也较明显。用偏移剖面编制构造图,空校 方法比水平剖面简单,空校后不会出现断层两盘“打 架”、“裂开太宽”等不合理现象。地层变形较小时可 直接换算成深度图; 变形较大时,在构造扭曲或转折 部位、断点处,再作一次垂直于测线的校正,即可完成 三维空间的校正[4-7]。
根据反射波勘探理论,当地层水平及近水平时,
二维地震不存在归位问题。如果地震测线与地层走 向大角度相交且地层埋深较浅时,二维偏移处理的归 位效果较好,成果剖面上构造与形态的空间偏移误差 相对较小,一般也可以忽略。
但是,地层的构造形态一般较为复杂,在勘探前 是未知的或有一个大致的轮廓,存在一个明显的逐步 认识的过程。无论是预( 概) 查、普查、详查还是精查 勘探阶段,二维地震主测线在绝大多数情况下都不可 能是真正的倾向测线,或与断层等线性构造的走向正 交,而联络测线则往往与地层、构造走向线平行或小 角度斜交。 在 这 种 情 况 下,无 论 是 叠 加 还 是 偏 移 数 据,反映的地层形态都不是沿测线各点铅垂线方向上 地层的赋存形态,而是通过测线的射线平面与地层分 界交线上的空间形态,而且偏移量的大小取决于目的 层深度、地层倾角、上覆地层速度等因素[3]。地层的 埋深越大、赋存形态变化越剧烈( 倾角大和倾向变化 大) ,地层速度越高,偏差越大,可达数十、数百米甚 至更多。事实上,此时地震剖面上各点所对应的实际 反射点位往往与地表测线位置存在较大的偏差( 见 图 1) 。避免偏差或归位不准的有效方法是合理布设
另外,勘探井穿透的煤层往往是多层的,当沉积 环境稳定且煤层间距较大时,地震资料中也会有与其 对应的反射波信息,会涉及多层成果图的绘制任务。 实际工作中通常会碰到有上部煤层而没有下部煤层 数据的情况,见图 8,编号 a 井仅钻遇 A 层,b 井则穿 透 A、B 层。也就是说,做为关键约束条件,不同井中 不同煤层的控制程度是不同的,上部煤层往往更高一 些。由于在不存在角度不整合面的情况下,相邻层之 间实际垂直厚度不如地层表面复杂[10],因此,可以考 虑采用层间时差和层间速度获得层间厚度,再用约束 条件更多的上部煤层深度减去层间距,估算下部煤层 的构造形态,其精度可能要高于单纯利用下部煤层反 射波的 T0 值和该层的平均速度直接计算得到的构 造图。
第7期 2014 年 7 月
·问题探讨·
山西焦煤科技 Shanxi Coking Coal Science & Technology
No.7 Jul.2014
复杂构造区二维地震勘探需要注意的问题
孙玉民1 ,郑艳清2 ,曾维望3
( 1.阳泉市南煤集团有限责任公司,山西 阳泉 045000; 2.山西省煤炭工业厅 煤炭资源地质局,山西 太原 030012; 3.山西山地物探技术有限公司,山西 晋中 030600)
图 6 不同数据分布特征图( 引自 Daniel J.Tearpork[10])
数据空白区的有效人工干预可以参考标准地质 图、野外地质填图( 基岩出露区) 和槽探、坑探( 第四 系覆盖区) 等地质数据,通过空白区内优选关键点, 测量地层产状数据来检验和约束时间、速度和深度平 面图,提高二维地震数据的归位准确性,进一步减小 最终二维勘探成果图的误差。
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图 2 QN 探区二维地震勘探部署图
图 1 地震测线位置及目标层反射点空间位置示意图
2 地震部署不当的典型案例 在大断裂发育的情况下,如断块区,地层产状变
化剧烈,而且断面波、断点绕射、侧面波、回转波等与 构造有关的异常波发育。如果勘探测网布置不合理, 如网度过大或者测线与构造和地层的走向夹角过小, 二维偏移处理无法归位,很难去除上述异常波,而且 目标层反射点线与测线之间离散度更大,很容易造成 钻井失败或地震工作量浪费的问题。
本文从典型案例出发,分析了在复杂断块区二维 地震勘探部署不当的情况下,地震资料难以归位的根 本问题,易导致构造控制程度不足和工作量浪费等工 程问题。讨论了在二维地震数据空间分布不规则且 方向性强,数据少且横纵向分布不均的不利条件下, 利用二维时间剖面数据和时深转换速度进行计算机 地质成图时可能出现的错误,并提出了相应的对策。 1 复杂构造条件下的偏移归位问题
图 3 过 M1 井 NEE 向地震剖面解释图
图 4 M1 井区推测三维地质模型图( 左) 补充过井剖面及地震射线示意图( 右)
与之相反的情况是断块区测网布设过密造成的 工作量浪费问题,见图 5。该区测网密度为 0.5 km×1 km,图 5 上部剖面对应的测线上,目的层反射波成像 质量高,断点清晰,容易对比解释,可靠性强。而与其 正交的测线( 图 5 下) ,两端与断裂小角度相交,中部 处于断块内,由于其与断层走向交角较小,且过于靠 近断面,波场变得极为复杂,无法对比解释,可利用程 度低,工作量基本浪费。
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图 8 多层情况下的井约束差异( 引自 Daniel J.Tearpork[10])
4结语
充分认识二维地震资料的归位不准问题,特别是 深部复杂构造变形区,地震测线与反射点位的偏差更 不可忽视,这种情况下,实现二维数据的完全归位是 不可能的,只能减小其误差。此外,复杂构造变形区 的计算机成图 方 法 也 需 要 加 强 研 究[11],而 三 维 地 震 是查明深部复杂构造和地层形态的根本方法。
收稿日期: 2014-05-05 作者简介: 孙玉民( 1971—) ,男,河北深泽人,1992 年毕业于山西矿业学院,工程师,主要从事煤矿地质、物探技术研究和管理工作
( E-mail) wqw_803@ 163.com
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地震测量,尽可能避免测线与地层和断裂等线性构造 的小角度相交。
某探区位于沁水盆地南部,测线网度为 5 km×10 km。失利探井 M1 井布置在地震测线上( 见图 2) ,过 M1 井测线( NEE 走向) 的二维地震偏移剖面解释成 果( 见图 3) ,剖面上波组关系清晰、特征明显,预测 980 m 见 3#煤层。但实际钻井揭露一正断层,620 m 见 3#煤层,明显变薄,缺失的二叠系下盒子、上石盒 子和部分石千峰组地层厚约 300 m,没有达到指导探 井施工的目的。
以上案例说明,在深部复杂区进行二维地震勘探 部署时,应注意:
1) 充分收集探区内基础地质和物探成果,在构
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图 5 断块内两正交测线地震时间剖面图
造分区的基础上,根据构造复杂程度合理规划测网密 度。构造复杂程度中等或以上时,测网不宜过大,以 免出现控制程度不足的问题。
深部构造复杂区往往需要在叠偏剖面的基础上, 作正交方向上的二次偏移归位,因此,偏移量的大小 仍取决于目的层深度( 时深转换速度和 T0 值) 、地层 的倾角和倾向[8]。当前地质成图方法多采用计算机 自动成图技术,利用 T0 值和时深转换速度,通过空间 插值、网格化间接获得空间曲面的深度、各节点的倾 角和倾向,继而完成空间校正。
参考文献
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关键词 勘探部署; 二维偏移; 计算机成图 中图分类号: TD166 文献标识码: B 文章编号: 1672-0652( 2014) 07-0053-04
二维地震勘探是煤炭煤层气勘探过程中的一个 重要环节。二维方法主要以构造为首要任务,从理论 上来说,其具有先天的方法局限性,从 20 世纪 30 年 代以来,研究人员就这一问题展开了大量的讨论[1], 已形成了明确的认识―在深部地层发生复杂或局部 强烈构造变形的情况下,二维地震勘探方法的局限性 表现的更 为 突 出[2]。 因 而,在 合 理 部 署 地 震 勘 探 方 案的基础上,尽可能提高成果精度,并合理利用其成 果,指导实施地质钻探工作,在当前煤炭资源勘探向 深部以及 复 杂 区 发 展 的 趋 势 下,是 一 个 不 可 忽 略 的 问题。
摘 要 充分认识二维地震方法的固有缺陷,合理部署二维地震方案和勘探井,可有效降低地质 勘探风险并提高勘探准确性。通过分析复杂地区的典型二维地震实例,讨论了二维地震勘探部署不 当,二维地震剖面所反映的地层形态空间偏差过大导致的控制不足问题,大断裂附近异常波极为发 育、无法合理解释造成的工作量浪费问题。提出了利用二维时间剖面数据和时深转换速度进行计算 机地质成图时,数据空白区网格化质量的问题和相应的人工干预对策。
2) 在大规模断裂构造区布设联络方向测线时, 测网不宜过密,如果过于靠近断面,地震工作量容易 被浪费。
3) 地层赋存形态复杂时,必须考虑二维地震归 位不准的问题,进行空间归位校正。根据校正结果, 优选探井位置,部署到地震测线以外。为进一步规避 勘探风险和减小深度误差,可在井位处补充布设二维 宽线或一条正交二维测线。
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