[科普中国]-山地地震勘探技术

介绍

山地地震勘探早在20世纪70年就开始了探索，其发展历程大致可分为：沿沟侦察、攻关探索、攻关突破三个阶段。

沿沟侦察阶段：20世纪90年代以前，沿山沟做少量地震测线，主要采用小吨位震源、浅井组合、坑炮激发等方法，初步认识了山地勘探的复杂性、艰巨性。

攻关探索阶段：20世纪90年代初分别在准噶尔盆地、塔里木盆地、酒泉盆地、吐哈盆地等进行了攻关。采用直测线、深井与浅井相结合的方法，了解构造带的基本轮廓。

攻关突破阶段：经过近十余年的努力，获得了山地地震勘探的重大突破，在塔里木盆地库车山前带、酒泉盆地窟窿山地区油气勘探有了重大突破，初步形成了独具特色的山地地震勘探技术，为我国西部石油勘探与开发奠定了良好的基础。

初步形成的山地物探配套技术系列包括：山地地震采集、数据处理、资料解释和非地震技术。

山地地震采集技术：基于地质模型的采集方法设计；基于卫星遥感数据体的施工设计；规则与不规则三维观测系统的联合应用；多种震源联合激发技术；综合表层建模与多种静校正方法应用；配套的装备保障等。

山地地震处理技术系列：地表一致性处理及子波整形技术；叠前多域联合去噪技术；采集和处理相结合的配套静校正技术；精细的速度分析技术；处理解释相结合的偏移成像技术等。

山地地震解释技术系列：地震与非地震联合解释技术；综合解释建模技术；层位综合标定技术；构造分析评价技术；速度分析及成图技术；复杂山地全三维地震解释技术等。

山地非地震技术系列：光束法数据体重力地形校正技术；重、磁、地震联合处理解释技术；电磁场传输函数向上延拓技术；电磁连续及层状介质反演技术；电磁拟地震反演技术；地震、非地震综合建模联合反演、电磁二维约束反演技术等。

目前塔里木盆地库车坳陷山地地震勘探技术基本成熟；准噶尔盆地南缘、吐哈盆地火焰山地区、酒泉盆地窟窿山等地区地震攻关初见成效。塔里木盆地塔西南及柴达木盆地英雄岭地区山地地震勘探技术还不能满足构造解释的需要；还有一些山地区域地震工作很少，因此山地地震勘探技术发展任重道远，需要继续深入研究和发展新方法。2

技术难点山地地震勘探具有一般地震勘探不可比拟的特点，主要突出在“山”字上，由于山区地形陡险，植被发育，无法大规模机械化施工，所有的生产装备和生活物资全靠人力运输，对地震勘探产生较大的影响，就其技术难点主要有以下几个方面。

(一)震源与周围介质的匹配偶合差

地震子波的波形和振幅主要取决于激发岩性的各个参数，如速度、弹性常数、孔穴半径等，即震源与周围介质的耦合匹配程度如何，决定了震源的能量转化率，次生干扰的程度及地震子波的质量。而山区表层岩性变化大，所以要针对不同岩性进行激发因素的研究。3

(二)各种干扰噪音严重

干扰可分为环境干扰和激发后的伴生与次生干扰(图6—4—2)。(1)环境干扰主要有由于风沙撞击检波器造成的高频连续脉冲干扰，有风吹动大小线以及采集站产生的频率不稳定脉冲干扰，还有草动的“块”状高频噪音，检波器与大地未耦合好而产生的干扰、人文干扰、天地电干扰等等，其中以地表的风吹草动而产生的环境干扰对资料的影响较大，野外主要针对该干扰进行压制。(2)激发后的伴生和次生干扰，这类干扰能量较强是影响资料信噪比的主要因素，主要有面波、表层多次波、声波以及由于各种地表和地面条件产生的次生干扰，这些干扰对资料影响程度不同，如在山东胶莱以面波干扰严重，在新疆和陕北地区以次生干扰严重，要针对主要矛盾进行压制。

(三)目的层有效反射波能量弱

主要由几方面造成：(1)由于表层结构复杂造成了地震波的能量沿着岩石迅速在表层传播开，而地震波能量难以下传，如岩石出露区；(2)由于表层的浮土、黄土、砾石等大地对地震波的吸收与衰减，如黄土塬地区；(3)由于目的层复杂的构造形态造成了地震波无法接收到该层的有效反射，如山前破碎带；(4)由于地下目的层间无较大的波阻抗差，接收不到明显的反射波；(5)由于受地表地形、岩性的限制，如砾石区等无法打到最佳激发岩性中，使产生的地震波下传能量弱，几乎看不到有效波的影子。

(四)反射波畸变

主要由以下几点产生：(1)检波器与大地耦合差，而产生的波形畸变；(2)由于地形起伏较大，检波器组合无法正常埋置和地下目的层倾角较大而产生检波器之间时差大，使有效反射波产生畸变；(3)由于地下反射波的多次反射而造成的畸变。

(五)地震资料一致性差

由于地形、地表地质条件的差异，如在山顶和山沟中激发、接收，地震子波不一致，地震波能量不一致，所以必须进行地表一致性校正。

山地地震技术现状通过多年的攻关，已经初步形成了适应性较强的山地地震数据采集技术，研制开发了一批适用性强的山地勘探装备，同时在山地噪声形成机理研究及压制、山地近地表模型研究及静校正、起伏地表区复杂构造成像等方面取得了显著进步。

适应山地的数据采集技术1)多种震源联合采集技术

针对不同的地表条件应选择不同类型的震源。山前带有山地、丘陵、戈壁等多种地表类型，应分段选用不同的激发源，在陡立的山地采用轻便山地钻；在平坦砾石区采用可控震源激发；在起伏山地砾石区采用砾石钻机。

2)基于模型的观测系统设计技术

在山地勘探设计过程中，基于地下复杂构造的模型正演可以估算复杂构造成像所需要的炮检距和方位角范围。确定设计是否会产生空白区，是否可以接收到来自复杂反射界面的波场，可以保证在观测时能够采集到地下所有有效反射信号，从而指导数据采集。

物理模型研究认为双边放炮、长排列是高陡构造的最佳观测方式；利用模型正演技术可以选择最佳观测范围。

3)根据有效波的空间分布选择排列长度

利用试验单炮资料观察分析有效波的分布，确定适当的排列长度。

4)利用卫星遥感辅助采集设计技术

利用卫星遥感数据选线布点。在二维勘探中对每一条测线都要进行详细的踏勘，绘制表层地质剖面和测线两侧地形、地物图，在基本保证直线施工的情况下，选择合适的测线位置和炮点位置。

在三维地震勘探中，卫星遥感不仅可以帮助设计人员在室内进行观测系统设计，而且可以划分出不同的地表结构，为试验点选择、表层调查控制点布设、施工组织等提供重要的依据，对提高工作效率和质量发挥了重要作用。

5)混合式三维观测系统设计技术

由于山地地表条件复杂，一个三维工区往往涉及多种地表类型，单一的规则观测系统或不规则观测系统都不适用。以往规则观测系统对炮点和检波点的偏移都有限制。实际上三维地震勘探对炮点和检波点布设的要求要比二维灵活得多。在二维勘探中炮点和检波点的偏移会造成反射点的离散，而在三维勘探中只要反射点落在勘探目标区内即可，基本不存在反射点离散问题，所应考虑的主要问题是面元内要具有一定的覆盖次数。因此采用规则与不规则混合式三维观测系统是解决复杂地表勘探的有效方法。

山地地震勘探装备改进近年来为适应山地勘探的需要，山地地震勘探装备有了较大的变化(表1)。目前山地裴备的应用突破了勘探禁区，为山地地震资料品质的提高奠定了基础。

山地噪声形成机理研究及压制技术1)地表的不均匀性形成散射干扰
在山地地震勘探中，除一般的规则噪声以外，最为严重的是散射干扰，这是由于地表的不均匀性形成的干扰。它们是激发源附近各种地面障碍物(山体、沟、悬崖、小山包、小沙丘、风蚀地貌等)以及近地表岩性不均匀性造成的，是由反射波、面波或各种折射波激发而形成的二次散射。
2)利用视速度上的差异压制干扰

利用有效波与散射干扰在视速度上的差异来有效压制干扰，主要技术措施f一x域预测滤波、Radon变换、相干加强、叠前正交分解、KL变换、矢量分解及中值滤波等。

3)利用有效波的传播规律和波形差异压制干扰

随传播时间的增大信号，有效波能量逐渐减小、主频逐渐降低，而干扰波不遵循这些规律。在波形上地震信号与噪声在时间域或其变换域内也有差异，可利用这些差异压制干扰。

4)采集和处理相结合压制干扰

在山地，散射干扰来自各个方向。在数据处理时，利用于扰波和反射波之间的视速度、频率和振幅等方面的差异压制沿测线方向的干扰比较有效，但对来自侧面的散射干扰就无能为力。针对这种情况，野外采集时在垂直测线方向加大检波器组合基距，在资料处理中，动、静校正后进行多道或多炮组合，这样就可以压制各个方向的散射干扰。另外，宽线采集、三维采集可以更有效地压制各个方向的散射干扰。

山地近地表模型研究及静校正技术在西部地区的油气勘探中，由于地表结构复杂，又无稳定的折射界面，精确的地表结构调查和模型建立非常困难。近几年在西部复杂地区的地震勘探中，针对不同的地表隋况，提出了一些相应的静校正解决方案，形成了较为实用的静校正技术，并见到了较好的应用效果。

通过对地表模型的建立、基准面的选取和静校正量的计算等问题的深入分析与研究，结合目前的资料处理技术，提出了解决复杂地表区静校正问题的具体方案。在复杂山地地区不再采用浮动基准面，而使用统一的水平基准面；在高速顶界面起伏较大的地区，引人了“中间参考面”的概念；用先验信息约束初至折射静校正，这些新思路、新方法的提出为复杂山地的静校正问题的解决提供了切实可行的方案。

1)地表模型的建立

根据工区的实际特点，采用了多种方法进行表层调查。除常用的小折射和微测井调查方法外，还采用了深井微测井、露头微测井、黄土山速度调查、浅层地震调查和非地震调查等方法。

(1)地表地质调查。逐点调查全线每个炮点的位置、表层岩性、黄土的厚度、测线周围的地貌等。根据调查结果绘出地质露头图。

(2)小折射和常规微测井调查。在地形比较平坦、低降速层不太厚的地段，采用小折射方法进行调查；在地形有起伏，但低降速层不太厚的地段采用微测井调查。

(3)深井微测井调查。在表层低降速带较厚的地区加大微测井深度，以高速层顶界面的位置来确定井深，保证钻人高速层内。在塔西南巨厚黄土覆盖区微测井最深达532m。

(4)浅层地震反射。在低降速层较厚的情况下结合深井微测井和浅层反射资料，可查明区内沿测线表层低降速带厚度、速度的分布特征及变化情况。

(5)露头微测井。在冲沟内的陡崖上，精确测量坐标、高程和斜坡的角度，采用陡崖中钻孔放炮，陡崖上接收的方式进行露头微测井调查，确定高速层的速度以及各条沟之间高速层是否连续和一致。

(6)露头高速顶高程调查。为搞清高速顶的变化规律，可沿冲沟进行露头调查，绘制高速层顶界面高程剖面。

(7)非地震调查。非地震调查方法包括：高密度电阻率法、电导率成像法、垂直电磁剖面法。

(8)初至波反演地表模型。目前利用初至波反演地表模型的方法很多。根据近地表模型的不同假设，有层状模型和连续介质模型的反演方法以及适应复杂模型的层析反演方法。还提出了合成延迟时法和利用地表初始模型约束反演的方法。

2)基准面选取

复杂地表区一般地表起伏较大，首先要考虑的是如何选择静校正的基准面。目前有两种选择方法，即水平基准面和近地表的圆滑面。静校正一般都只做垂直方向的时差校正，不考虑地震波传播方向。近地表的圆滑面在静校正量较小时问题不大，但当校正量较大时，它将影响静校正精度和反射波双曲线的性质，由此产生的影响不可忽略。

通过理论计算，地表起伏大的地区不宜采用起伏的圆滑面为基准面，而应选择一个水平面作为计算静校正量的基准面。为了避免因静校正造成的浅层资料的丢失，这一基准面的高程应大于或等于工区内最高的高程。为了避免静校正量较大造成的影响，在资料处理中应用静校正时，在CMP道集内把校正量分解为高低频两部分，在叠加之前只使用高频分量。

3)静校正量计算

替换速度应是接近高速层平均速度的常速，在局部地段它不一定等于高速层的速度，因此应当考虑高速顶界面的起伏对静校正的影响。

为此提出“中间参考面”的解决方案。可在高速层顶界面的下面，设定一个平缓的圆滑面，先剥去这个面以上的地层，然后再用一个替换速度校正到统一的水平基准面。这个平缓而圆滑的面就称作“中间参考面”。在实际工作中“中间参考面”的确定应根据实际情况通过试验来选取。

起伏地表区复杂构造成像技术在山地成像方面主要采用以下两种技术。

1)层位控制法建立速度模型

层位控制法是20世纪90年代初自主开发的一种实用、简单且精度高的速度场建立技术，其基本思路是首先给出以大套T0控制层位为基础的初始地下模型，应用模型迭代法计算目的层上覆各地层的层速度，对计算得到的层速度进行平滑，作为建模的速度参数，经过模型的多次迭代得到最终速度场。

在老地层裸露的山体部位，尽管构造复杂，反射层倾角大，但同一层的层速度和密度应基本相同。对于这种地区，应利用钻井的声波资料和VSP提供层速度参数，以地震偏移剖面作为构造模型建立综合速度模型，然后求出平均速度和均方根速度，用于资料处理和解释。

2)从地表开始偏移

从地表开始偏移是通过目前广泛采用的零速层法来实现的，这种方法在地表倾角不大或填充速度等于目的层的偏移速度时能得到准确的归位，如不能满足这些条件将会产生误差，要解决这一问题应该从地表开始叠前深度偏移。

山地地震勘探效果1．塔里木库车克拉2构造山地三维地震

克拉2山地三维地震勘探获得了高品质的地震资料，在三维地震时间剖面上气水界面的平点清晰，结合水平切片可确定气水界面平面上的分布。该区上交天然气探明储量约2800×108m³。

2．塔里木库车迪那构造山地三维地震勘探

迪那山地三维工区地表复杂，地势西北高东南低；海拔在1060～2400m，最大相对高差约1300m。通过观测系统优化设计、激发参数优化选择、三维静校正方法研究、卫星遥感数据辅助设计等措施，使迪那山地三维地震勘探获得了良好的剖面效果。

3．塔里木库车却勒1山地三维地震勘探

该区针对资料信噪比低的地段，通过加密炮和变观的方式提高资料的信噪比，并建立了较为准确的三维静校正库，获得了较好的剖面效果。

4．酒泉盆地窟窿山地区山地地震勘探

窟窿山地区从2000年开始在窟窿山构造进行二维弯线及宽线地震攻关，2002年分别在金海子、青头山开展了三维地震采集，并在窟窿山构造上进行山地三维攻关，资料品质得到改善，目前叠前深度偏移攻关工作仍在继续。2