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中国煤炭高精细地震勘探技术的应用和发展(论文)_图文

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中国煤炭 精细 地震 勘探 技术 应用 发展 论文 图文
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2008年6月 物 探 装 备 第18卷第3期·专论与综述·中国煤炭高精细地震勘探技术的应用和发展武喜尊+(中国煤炭地质总局,北京100039)摘 要武喜尊.中国煤炭高精细地震勘探技术的应用和发展.物探装备,2008,18(3):141~144本文根据目前地震勘探技术的发展以及煤矿生产建设的需要,提出了煤炭高精细地震勘探今后要着重做好“四高”,即高频率、高密度、高保真度和高质量,从而保证实现“三个提高”,即提高地震勘探解决地质问题的能力;提高地震勘探成果的准确率;提高地震勘探成果的精度。精细地震勘探要实施小网格、单点接收,同时加强叠前处理和分析,从而实现高精细地震勘探的目的。关键词 煤田勘探 地震勘探 高密度 高精细 煤炭三维勘探of of 008,18(3):141~144on of of pa—of is cy,hi—fi in tO of“is im—by of t by in in tO of by in ey -D of 言经过十几年的大力发展,在广大煤炭物探工作者的共同努力下,中国煤炭地震勘探从无到有,从二维到三维,地震采集、处理和解释技术有了大幅度提高,成为煤炭资源综合勘探不可或缺的重要手段,特别是三维地震勘探技术的推广应用,地震勘探的精度和分辨率大大提高,三维地震取得的地质成果在优化矿井设计、合理布置采区和工作面、提高资源回收率、延长矿井服务年限和保障安全生产等方面起到了重要作用,获得了巨大的社会和经济效益,得到了广大煤炭企业和社会的一致认可,成为我国煤炭生产、建设、安全所必须的重要手段。但在实际应用过程中仍有许多问题没有解决,不能很好地满足煤矿生产安全及高产高效的要求,同时煤炭生产企业对这项技术又提出了更高的要求,这就需要我们继续进行深入研究。为此提出了精细地震勘探技术,以满足煤炭资源勘探和煤矿建设、生产、安全日益增长的需求和地震勘探技术发展的需要。1 高精细地震勘探的几个关键技术1.1高频率是高精细勘探的基础根据地震勘探原理,地震数据的频率决定了纵向和横向分辨率。菲涅耳带的直径决定了偏移前的横向分辨率,而菲涅耳带厚度决定了偏移前的纵向分辨率。*武喜尊。男,1963年出生,教授级高级工程师。1984年毕业于中国矿业学院。长期从事煤田物探技术研究和技术管理工作,现任中国煤炭地质总局勘查处处长。万方数据物 探 装 备菲涅耳带是反射面的一部分,该部分反射的能量到达一个检波器的时间在首次反射能量的半个波长以内。在这个区间内到达的能量其干涉是相长的。一般认为在地面观测时,在第一菲涅耳带内的两个反射点是不可分辨的。垂直入射时的菲涅耳带半径‰+A/4)一z:]“2一(/2+6)172≈(20,1/2)1/2简化成1£。。,/)¨2 (1)厶式中,F‰是优势频率,。。是均方根速度,是目的层上一层的速度。从式(1)可看出,频率越高,菲涅耳带越小,分辨率越高;频率越低,菲涅耳带越大,分辨率越小。菲涅耳带的纵向厚度/4一/4其双程时间厚度t,为,1/4)/=,1/2在偏移前如果两个绕射的距离小于第一菲涅耳带直径,它们就不能分辨开。在偏移后,横向分辨率依赖于目的层反射波的最高频率。两个绕射的距离如果小于最高频率的一个空间波长,就不能将它们分辨开;两个绕射的距离大于最高频率的一个空间波长,才能将它们分辨开。由于最高频率在实际工作中很难测出,可用优势频率来进行测算:即在优势频率的波长上取两个样点,即横向最小可分辨的距离为/(2三维数据的偏移能使菲涅耳带直径收缩到近似于优势波长的一半,而纵向分辨率就是目的层上一层的优势频率波长的四分之一。地震勘探数据的频率对分辨率起着决定性作用。频率越高分辨率越高,反之则越低。频率的高低也决定着地震采集观测系统的选择、接收方式及处理时的技术运用。所以,地震勘探数据的频率是一项基础性、决定性指标。另一方面使用传播速度更低的波,也能有效提高分辨率。1.2 高密度接收是高精细勘探的必需当一个构造体或单元没有足够的地震信息,我们就会对构造或单元无从识别或识别不清。近年来随着大配置地震仪和计算机技术的发展,实行小网格高密度采集已成为可能,有些仪器达到了实时10万道的接收能力,为实现高密度小网格采集奠定了基础。为了满足煤矿建设、生产、安全所提出的解决更小构造、更多地质问题的需求,提高地震勘探数据的采集密度,获得更多更丰富的地震信息,才能提高解决地质问题的能力。采用小网格采集的主要目的是提高横向分辨率,在前面已讨论过横向分辨率的问题,这里重点讨论采集网格对分辨地质体或构造的作用。我们知道,一个地质目标在一个方向上通常最少需要2~3道,这样在平面上就会有4~9道数据来显示它,如果道数太少就不可对其进行分辨及识别。当然如果网格太小并增加更多的有用信息,如果面元尺寸比横向分辨率更小,也不会得到更多的内容,然而,如果用更大的面元就有可能漏掉小的构造,使有些地质体在横向上就会分辨不开。目前,我国大部分采区三维地震的0 m,在山西大部分地区已采用5m×10 维数据面元最好用正方形,这样两个方向上的横向分辨率是一致的,若用矩形则两方向上的横向分辨率就不一致。若按10 m×10 么横向上的采样间隔是10 m,而纵向一般采用0.5 算成长度单位,如果地震波在煤层顶板岩层的速度按3000m/煤层的速度按2000 m/么煤层顶板反射波的纵向采样间隔为1.5层底板反射波纵向采样间隔为1.0 震数据的时间都是双程时间,由此可见纵横向采样间隔在深度上相差比较多,横向采样率明显低于纵向采样率。当纵、横向分辨率一致时,对地质体的显示是最直观和最保真,也最容易识别。由于空间采样率较低,在偏移或易产生空间假频,影响分辨率的提高,因此都有必要进一步提高横向采样率。如果煤层倾角曰按10。考虑,煤层速度、煤层顶板岩层速度还按上述所设,煤层反射波主频或优势频率按50 层反射波最高频率按优势频率的二倍估算,那么偏移后煤层顶板反射波横向分辨率是30煤层底板反射波的横向分辨率是20m。对于倾斜地层还要考虑到最高无混叠频率,把煤层底板反射波的最高频率作为最高无混叠频率,那么最大允许面元边长4为28.8m。如果地震波万方数据第18卷第3期 武喜尊:中国煤炭高精细地震勘探技术的应用和发展 143的最高频率达到300 z,那么煤层底板反射波的横向分辨率是6.7高无混叠频率情况下的最大允许面元边长为9.6 13"1和7.2 m。如果煤层倾角加大或煤层反射波最高频率按优势频率的二倍以上考虑,那么横向分辨率和最大允许面元边长还将进一步缩小。由此可见,频率对面元边长的选择影响很大,面元尺寸的大小对分辨率有极大地影响和控制作用。如果面元尺寸太大,对高频部分就造成极大的浪费,对分辨率的损失是不可挽回的,后续提高高频部分能量、拓宽频谱的工作和努力就很困难或意义不大。当然网格太小也没有必要,会造成不必要的浪费,但不会造成频率的降低,有保护高频的作用,有利于小构造识别。综合上述分析,在选择开经济因素外,要考虑这个地区的地质情况、地质任务及地震地质条件,同时还要考虑处理工作所带来的有效频带的拓宽这个重要环节,以及期望得到的最高频率也就是期望达到的分辨率。煤炭三维地震勘探高密度采集的网格或横向采样间隔,应根据目标地质体的大小、地层倾角及横向分辨率综合确定,并且要以煤层底板反射波来计算和选择,要以满足构造解释和识别来选择。在设计高密度采集观测系统时要统筹考虑以下几个因素:一是目标地质体的大小;二是针对倾斜层的最高无混叠频率;三是横向分辨率。既要考虑地质体的清晰可视及可检测性,又要考虑实际的成本,做到既经济又可行。如今地震仪器的道数都比较多,实现高密度采集成本增加不是很大,估计网格增加一倍,生产成本增加30%左右。1.3高质量、高保真是高精细勘探的前提和保证没有质量作保证,就难以获得好的地震勘探成果。如果采集资料质量不高、信噪比低,就需要在后期处理上加强去噪以提高信噪比,提高地震剖面的连续性,尽管现在的处理手段和方法有很多,处理后的效果都很好,基本上都能改善剖面的连续性,但所有去噪手段都是以降低剖面的分辨率为代价的。这样也降低了对地震成果的解释能力,特别是小构造和岩性变化就会被抹杀掉,同时也影响地质构造的解释精度和准确率。由此可见地震数据的质量是实现高精度勘探的重要保证。地震勘探技术必须要做到高保真,特别是在处理过程中,一定要追求高保真度,保真度对构造解释有影响,对岩性解释影响更突出。由于岩性变化相对于构造变化在地震数据上的反应要小、要弱,提取这些微小的信息必须要有高的保真度作基础,对一些小构造的解释和识别同样是这样,否则就会丢失或者无法判定,甚至出现虚假结果,严重影响地震勘探解决地震问题的能力、精度和准确率。因此高保真度是实现高精细勘探的重要前提。1.4加强叠前分析研究是高精细勘探的重要手段近年来采区地震勘探工作量增长较快,重点集中在解决影响煤矿的构造上,并且主要集中对偏移数据体的解释与分析,许多有关岩性的解释研究也大多立足于偏移数据体上。其实每一种地震数据体都包含有丰富的地质信息,如以通过地震特征波例如绕射波、回转波等来识别一些特殊的构造,如小的断块、陷落柱、向斜及背斜等。在直观。这些小构造如陷落柱等由于其本身尺寸较小,经过偏移后基本上显示出其实际的大小,在偏移剖面上显示的地震道数骤降,对识别和解释造成了难度,极易产生漏解释,影响地震勘探的作用和效果。三维地震勘探成果包含了十分丰富的地质信息,其数据量非常大。但是由于目的层岩性变化是渐变的,引起的地震波变化也是比较微小的,地震道通过静校正、叠加、偏移等处理后,这些微小的变化往往已经很难再有显示。同时也具有多解性,特别是偏移,由于很难获取准确的速度,偏移往往容易抹煞这些由于岩性变化所引起的微小变化,在偏移剖面上不能够真实地反映这些变化。所以必须充分利用各种叠前地震道集数据进行地质岩性解释,如共偏移距道集、共方位角道集等,且重点在道集上进行地质信息的提取和解释,这样的地质成果才可靠和准确。对道集数据进行岩性解释,要有足够量的数据进行分析,这就需要高覆盖次数和高密度小网格的数据,同时对于叠前偏移等处理技术也需要高覆盖次数的数据。今后应该进一步加强道集数据的分析解释研究工作,使地震勘探的效益作用得到充分的利用和开发。大力推广使用叠前时间偏移处理技术,特别是针对一些地层倾角比较大、构造复杂地区,把它纳入常规处理流程当中去,对一些复杂构造区块试用叠前深度偏移处理技术。最近青海鱼卡三维地震项目万方数据物 探 装 备进行了叠前时间偏移处理技术试验,获得了良好的效果。该区地层倾角大,利用常规叠后时间偏移成像质量差;利用叠前时间偏移处理技术,成像质量则明显提高,获得了良好的地震偏移数据体,经过解释取得了非常好的地质成果。1.5小网格观测、单点接收是高精细勘探的必然选择单点地震勘探技术是近年来提出的一项新技术,其核心就是在野外实行高密度空间采样,即点源激发、单点接收、小道距或小面元观测,对信号和噪声实行“宽进宽出”,避免采集过程中因对付噪声而使反射信息受到污染,然后利用计算机中的数字分析方法将信噪分离,在室内进行组合,最后达到压制噪声的目的,保持反射信号的原始性和丰富性。单点地震勘探重要的一项核心技术就是室内组合处理技术,室内组合处理可以避免检波器组合误差,理论分析和实际数据验证单点接收、室内计算组合是提高数据质量的良好手段。组合的方向特性可以压制规则干扰波;统计特性可以压制部分随机噪声。特别是低信噪比地区,当地下反射界面倾斜、有断层或上覆层复杂时,原始资料的简单叠加可能会破坏有效反射,从而降低资料的信噪比。室内组合的优势在于室内组合的应用不局限于原始地震资料,且组合方式较多,可以针对不同地质目标采取灵活的组合方式,获得所需的不同尺度面元、不同覆盖次数的数据体,以满足对不同尺度构造解释的需要。野外组合是影响数据质量的一个主要原因,组合虽然可以压制噪音但也限制了动态范围。单检波器室内组合有两个主要优点:可实施适当的空间去假频滤波,校正检波器的差异、静校正问题等引起的误差;消除了高程、静校正等因素后的道集组合,可以减少相邻道时差在组合时的滤波影响,由于激发接收点的密度增大,静校正的精度会提高。高密度采集技术可以在野外道组合的基础上,在处理过程中通过室内组合进一步压制噪声。时差越大,频率特性的通频带越窄,高密度采集技术使相邻道的时差减小,从而保证了较宽的频带范围。高密度勘探炮检点不采用组合或采用小基距组合,避免了普通组合带来的低通效应,因此有利于提高剖面的分辨率;由于空间采样面元的缩小,利于寻找小断层、小幅度构造,利于复杂地质体的偏移成像;由于高密度采集采用点激发、点接收,各个方向的信号都被真实的记录下来,避免了普通采集各向组合滤波特性不同的问题,因此更有利于各向异性问题。总之,单点地震勘探高密度采集技术有利于提高矿藏及其构造的精细刻画与描述;有利于提高地震勘探的精度,完成在各种复杂地区的勘探任务;有利于提高地震资料的信噪比和分辨率,改善成像质量,减少采集脚印;有利于提高地震资料的频率成分,解决薄层的高分辨率问题,对煤田精细勘探有一定的推广价值。2结束语三维地震勘探技术的发展应用使地震勘探的精度和分辨率大大提高,取得了丰富的地质成果,解决了一些影响煤矿生产、建设的地质问题,为高产高效矿井的建设,提高企业经济效益起到了极大的作用。然而,从现代化矿井对地质资料的要求来看,还存在着明显的差距。因此,应该进一步开展高精细地震勘探技术研究,继续加强三维地震勘探基础性工作“四高”(高频率、高密度、高保真度及高质量)的研究,加强三维地震勘探的高分辨率、叠前处理及岩性方面的攻关与研究,进一步提高三维地震勘探解决地质问题的准确率、精度与能力。随着社会整体的科技进步,一些新的技术为推动煤炭三维地震勘探技术的进步提供了有力地支撑,煤炭三维地震勘探技术解决地质问题的能力具有很大潜力,通过广大煤炭地震勘探工作者大胆创新,煤炭三维地震勘探技术一定能够取得更大进步,获得更大成果。参 考 文 献1 .寿朋等译.陆上三维地震勘探的施工设计.石油地球物理勘探局,19962中国煤炭地质总局.煤矿采区三维地震勘探经验交流会论文集.中国矿大出版社,20013武喜尊.中国煤炭地震勘探技术发展.中国煤田地质,2003,(6)4 武喜尊.中国煤矿采区地震勘探技术.物探与化探,2004,(1)5武喜尊.三维地震勘探技术在煤矿生产建设中的应用.中国煤炭企业管理,2004,(4)收稿日期:2007—07—31万方数据中国煤炭高精细地震勘探技术的应用和发展作者: 武喜尊, 中国煤炭地质总局,北京,100039刊名: 物探装备英文刊名: (期): 2008,18(3)被引用次数: 1次参考文献(5条)寿朋 陆上三维地震勘探的施工设计 看详情 国煤炭地震勘探技术发展[期刊论文]003(06)国煤矿采区地震勘探技术 2004(01)维地震勘探技术在煤矿生产建设中的应用[期刊论文]004(04)本文读者也读过(7条)1. 维高分辨率地震勘探在刊论文]2)2. 洋地震勘探中空气枪震源激发特性研究[期刊论文]3(4)3. 武喜尊 三维地震勘探技术在煤矿生产建设中的应用[期刊论文])4. 利油田高精度地震勘探采集技术及应用实例[期刊论文]3(4)5. 震数据特征分析技术及其应用[期刊论文]5(1)6. 油物探关键技术现状与展望[期刊论文](1)7. 004年刊论文]8(2)引证文献(1条)维地震数据动态解释技术在煤矿中的应用[期刊论文]009(3)引用本文格式:国煤炭高精细地震勘探技术的应用和发展[期刊论文]008(3)
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