CN114935784B - 一种巨厚黄土塬高密度三维地震勘探方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种巨厚黄土塬高密度三维地震勘探方法，利用炮检共井，有效避开浅层干燥疏松黄土的能量衰减；以若干节点仪器作为地震数据采集设备布置在检波点上，依次放炮，由检波器接收地震波，利用节点仪器观测系统智能化选择，根据后期地震数据处理形成包含高密度三维地震勘探数据体、二维地震数据体、非纵地震勘探数据体的若干套数据体，充分利用地震数据开展对巨厚黄土塬区地下地质构造的多要素分析，对巨厚黄土塬区地震资料解释提供依据；最后根据地震勘探资料解释、时深转换结果，编制完成勘探区内地质平面图、剖面图，编制地震地质成果报告。本发明有效的提升了地震记录信噪比，并提高了地震勘探成果资料信噪比；工作效率高、成本低。
Description
技术领域
本发明公开了一种巨厚黄土塬高密度三维地震勘探方法，属于涉及煤（油、气）资源地震勘探技术领域。
背景技术
位于我国西北的巨厚黄土塬区，煤炭、油气资源丰富，但该地区地形、地貌十分复杂。给地震勘探野外数据采集造成了巨大的困难，被认为是世界级难题。困难主要是因为巨厚黄土塬区地震勘探具有以下特点：①黄土疏松，弹性差，速度低，炮点震源激发、检波器接收与黄土介质的耦合性极差；②疏松黄土（尤其是浅层十几米范围内的干燥疏松黄土）对地震波的吸收衰减作用明显，导致采集记录能量弱，频率低；③易产生强烈的干扰，规则干扰(包括面波、折射波、多次折射波等)，次生干扰，因非单相介质和各向异性形成了次生的干扰，由于黄土空隙中的空气作用而产生散射干扰。
现有技术在巨厚黄土塬区地震勘探施工主要采取的方法有几种：
1、弯线地震勘探：在巨厚黄土塬区寻找深沟，沿深沟布置炮点与检波点，弯线地震勘探炮点与检波点均能有效避开浅层干燥疏松黄土的能量强衰减，能够获得较好的地震资料，但观测系统布置范围受深沟延展限制，地震勘探获得的成果与其他二维地震成果类似，对地下地质构造解释精度无法满足煤矿开发对地震勘探的要求。
2、直测线二维地震勘探或三维地震勘探：在巨厚黄土塬区开展直测线二维地震勘探或三维地震勘探解决手段主要从激发方式考虑，通过加大井深、采用多井组合、增加炸药量等手段改善地震反射波品质。但因为检波器置放在地面，无法有效避开浅层干燥疏松黄土的能量强衰减，最终也很难取得较好的地震资料。
另外，还有地震勘探工作者针对巨厚黄土塬区地震勘探开展了一些研究试验，主要有：
倪宇东等介绍了井下检波器在鄂尔多斯盆地黄土区的应用（2007），席玉祥等介绍了利用井中接收试验确定黄土塬区激发因素的方法（2010），汶小岗等介绍了高密度地震勘探在黄土塬采空区探测中的应用（2019），潘家智介绍了巨厚黄土塬区高密度激发技术研究及应用（2019），杜中东等提出了复杂黄土山地可控震源与井炮联合激发三维勘探技术（2020）。
发明专利号CN104297797A提出了巨厚黄土塬区折射微测井调查方法，发明专利CN104297796A提出了巨厚黄土塬区地形剧烈变化区起伏地表小折射调查方法，发明专利CN101825724B提出利用组合震源激发提高黄土塬地区地震勘探分辨率的方法。
经过这些研究，基本统一了认识，认为巨厚黄土塬区浅层干燥疏松的黄土对地震波衰减严重，但以往研究与施工采取的大部分解决手段主要从激发方式考虑，通过加大井深、采用多井组合增加激发能量等手段改善地震反射波品质。
比如：
1、席玉祥等介绍的“利用井中接收试验确定黄土塬区激发因素的方法”，方法主要为研究不同目的层对激发因素的响应特征，在巨厚黄土塬区首次探索将检波器放入井中几千米以下的勘探目的层进行地震波特性对比研究。通过井中接收分析所研究目的层在地面常规激发后经过一次衰减后和经过反射二次衰减后的能量、频谱、子波等特性变化规律，更准确掌握不同目的层对不同地震激发参数的响应特征，从而针对不同的勘探目的层科学设计激发参数。该方法仅用于单深井（超几千米）下放置检波器，研究巨厚黄土塬区井深对激发能量的影响，无法适用于高密度三维地震数百只检波器在井深为十几米或几十米的井底接收地震波反射信号的要求。
2、倪宇东等介绍的“井下检波器在鄂尔多斯盆地黄土区的应用”，在鄂尔多斯盆地黄土区开展了野外试验，获得了地震近场子波，并研究了其频率衰减特征；根据地震近场子波的频率衰减特征，提出了在黄土区可以采用井下激发、井下接收的方式获得较高分辨率的地震资料；围绕这一思路，研制了一种井下检波器，利用井下检波器开展了点试验，并为此做了分析与介绍。原论文限于点试验探索，证明了井中放置检波器是解决黄土塬地震勘探能量衰减问题的有效手段，但对于巨厚黄土塬区地震勘探方法没有进行深入探索研究，更未涉及巨厚黄土塬区开展高密度三维地震勘探的方法。而且倪宇东等研制的检波器仍为常规有线仪器地震检波器改造，不能适用于巨厚黄土塬高密度三维地震勘探的要求。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种巨厚黄土塬高密度三维地震勘探方法，利用炮检共井技术，在巨厚黄土塬区开展高密度三维地震勘探，有效避开浅层干燥疏松黄土的能量衰减。采用这种方法可带动野外采集技术、室内处理技术的一系列创新，提取灵活多变的观测系统，可显著提高地震资料品质及资料解释可靠程度，取得可供资源开采的地震勘探地质成果。
本发明的技术方案如下：一种巨厚黄土塬高密度三维地震勘探方法，利用炮检共井，有效避开浅层干燥疏松黄土的能量衰减；以若干节点仪器作为地震数据采集设备布置在检波点上，依次放炮，由检波器接收地震波，利用节点仪器观测系统智能化选择，根据后期地震数据处理形成包含高密度三维地震勘探数据体、二维地震数据体、非纵地震勘探数据体的若干套数据体，充分利用地震数据开展对巨厚黄土塬区地下地质构造的多要素分析，对巨厚黄土塬区地震资料解释提供依据；最后根据地震勘探资料解释、时深转换结果，编制完成勘探区内地质平面图、剖面图，编制地震地质成果报告。
进一步的，所述利用炮检共井是指：搜集资料，做好巨厚黄土塬区高密度三维地震勘探野外数据采集施工前的调查，了解区内冲沟分布情况，黄土厚度变化范围；做好勘探区浅表层低速带调查，通过全区按一定网度做浅表层折射波调查和微测井调查，根据浅表层黄土速度变化情况获得浅层疏松干燥黄土厚度，设计全区井深；根据区内目的层的埋藏深度，地质任务要求进行观测系统设计，编制巨厚黄土塬区高密度三维地震勘探采集施工设计图；根据施工设计图圈定炮检共井范围，以炮点布置区域范围为边界，此边界内所有设计点为炮检共井点，打井供放置检波器或炸药。
更进一步的，设计全区井深要求打穿浅层疏松干燥黄土，在速度大于1500m/s的潮湿黄土内激发接收。
进一步的，所述节点仪器放在井口，外接检波器放在井下，且外接检波器置于10m～30m的井下进行采集。
更进一步的，所述外接检波器的外壳下部为椎体，上部为圆柱体，圆柱体外壳顶面中央设置插管，用于插入洛阳铲的长杆，插管两侧的圆柱体顶面分别设置一根筋杆，比插管略高，两根筋杆顶端分别设置一个向圆柱体外侧弯曲的闭环，用于连接抗拉绳索，两根筋杆顶端内侧用一圆环筋连接。
更进一步的，放置检波器时，提起抗拉绳索，用洛阳铲长杆插入插管，使检波器不要晃动，缓放到井下，外接检波器外壳椎体插到井底的潮湿黄土中；采集施工结束后，提起检波器。
更进一步的，所述打井供放置检波器或炸药是指：分线束顺序进行施工，首先预留二十个井放置炸药，其余井埋置井下检波器接收地震波，完成一个炮井的激发后，清理炮井散土后在该井放置井下检波器，同时，把一个需要放炸药的井中检波器提起，把炸药沉放井底，依次进行，直到完成所有的炮检共井区域内的炮点激发，施工任务完成，进入室内处理解释阶段。
进一步的，所述利用节点仪器观测系统智能化选择是指：充分利用节点仪器，观测系统线束方向根据后期地震数据处理炮点接收点智能化选择，变成两个互相垂直方向的线束观测系统，采集覆盖次数翻倍，横纵向覆盖次数更均匀，方位角更宽，采集脚印更少；后期地震数据处理提取同一条测线上炮检点数据，全区以处理成数百条高覆盖次数的二维地震观测系统剖面；后期地震数据处理提取一条测线上炮点与相邻一条测线检波点进行非纵观测系统处理，全区处理成数百条非纵处理剖面；后期地震数据处理提取一条测线上炮点与本测线及相邻一条或数条测线检波点进行宽线观测系统处理，形成宽线处理剖面；通过利用不同观测系统地震数据属性提取、相干方差计算、岩性分析，对巨厚黄土塬区地下地质构造的多要素分析。
更进一步的，所述两个互相垂直方向的线束观测系统即能各自处理成一套数据体，又能互相叠加合并处理成一套数据体。
本发明的有益技术效果是：
1、将检波器置于十几或几十米的井下进行采集，比起现有把检波器放在地表采集，有效的避开浅层干燥疏松黄土的能量衰减，明显提升地震记录信噪比；
2、炮检共井，检波点与炮点共用同一口井，使巨厚黄土塬区地震勘探采集施工成井既可用来放炮激发，又可用来放置检波器，降底了成本的同时又成倍提高了地震勘探覆盖次数，并提高了地震勘探成果资料信噪比；
3、利用大量的节点仪器置于井下采集，无论是工作效率、成本控制还是质量保证上均比现有技术有更明显的优势；且现有有线仪器观测系统测线线束方向一旦确定就是唯一，而本方法，观测系统线束方向根据后期地震数据处理炮点接收点的智能化选择，可变成两个互相垂直方向的线束观测系统，采集覆盖次数直接翻倍提高，横纵向覆盖次数更均匀，方位角更宽，采集脚印更少；
4、通过利用不同观测系统地震数据属性提取、相干方差计算、岩性分析等手段，充分利用地震数据开展对巨厚黄土塬区地下地质构造的多要素分析，对巨厚黄土塬区地震资料的解释提供了更可靠的成果。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1为本发明的炮检共井巨厚黄土塬高密度三维地震勘探流程图；
图2为本发明井下检波器的结构示意图；
图3为本发明炮点和检波点示意图；
图4为本发明采区高密度三维地震勘探设计示意图；
图5为本发明采区高密度三维地震勘探炮检共点范围示意图；
图6为本发明二维地震勘探观测系统示意图；
图7为本发明非纵地震勘探观测系统示意图；
图8为本发明宽线地震勘探观测系统示意图。
图中：1、抗拉绳索，2、把手，3、闭环，4、筋杆，5、检波器，6、插管，7、圆环筋，8、信号线，9、节点仪器。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的一种巨厚黄土塬高密度三维地震勘探方法，搜集资料，做好巨厚黄土塬区高密度三维地震勘探野外数据采集施工前的调查，了解区内冲沟分布情况，黄土厚度变化范围；做好勘探区浅表层低速带调查，通过全区按一定网度做浅表层折射波调查和微测井调查，根据浅表层黄土速度变化情况获得浅层疏松干燥黄土厚度，设计全区井深；根据区内目的层的埋藏深度，地质任务要求进行观测系统设计，编制巨厚黄土塬区高密度三维地震勘探采集施工设计图；根据施工设计图圈定炮检共井范围，以炮点布置区域范围为边界，此边界内所有设计点为炮检共井点，打井供放置检波器或炸药。利用炮检共井，有效避开浅层干燥疏松黄土的能量衰减。
炮检共井：炮指炮点，三维地勘探需要的用炸药激发地震波，利用成井工具打井，炸药沉放井底激发地震波。检指检波点，检波点用来接收地下反射界面反射回来的地震波。炮检共井，检波点与炮点共用同一口井。
地震勘探观测系统：指地震勘探炮点与检波点的相互位置关系。
二维地震勘探观测系统：指炮点检波点布置在同一条测线上。
三维地震勘探观测系统：指炮点与检波点按给定规则在一定平面范围内布置。
非纵地震勘探观测系统：炮点与检波点不在同一条测线上，炮线（炮点所在的线）与检波线（检波点所在的线）互相平行，一般是在山地或黄土塬区地震勘探使用，主要目的避开炮点爆炸对近炮点检波器造成的面波或其噪音干扰。
宽线地震勘探观测系统：指布置一条炮线，两条以上的检波线接收，成果与二维地震类似，一般是在山地或黄土塬区地震勘探使用，主要目的通过多条检波线接收的地震信号叠加，压制面波或其噪音干扰，提高目的层反射波的信噪比。
以若干节点仪器作为地震数据采集设备布置在检波点上，依次放炮，由检波器接收地震波，利用节点仪器观测系统智能化选择，根据后期地震数据处理形成包含高密度三维地震勘探数据体、二维地震数据体、非纵地震勘探数据体的若干套数据体，充分利用地震数据开展对巨厚黄土塬区地下地质构造的多要素分析，对巨厚黄土塬区地震资料解释提供依据；最后根据地震勘探资料解释、时深转换结果，编制完成勘探区内地质平面图、剖面图，编制地震地质成果报告。
实施例2
如图2所示的，作为具体实施，设计全区井深要求打穿浅层疏松干燥黄土，在速度大于1500m/s的潮湿黄土内激发接收。节点仪器9放在井口，外接检波器5放在井下，且外接检波器5置于10m～30m的井下进行采集。节点仪器9和检波器5通过信号线8连接，用以传输井下检波器与地面节点仪器的数据。
外接检波器5的外壳下部为椎体，上部为圆柱体，圆柱体外壳顶面中央设置插管6，用于插入洛阳铲的长杆，插管两侧的圆柱体顶面分别设置一根筋杆4，比插管6略高，两根筋杆4顶端分别设置一个向圆柱体外侧弯曲的闭环3，用于连接高韧性防断抗拉绳索1，两根筋杆4顶端内侧用一圆环筋7连接。放置检波器时，提起抗拉绳索，用洛阳铲长杆插入插管，使检波器不要晃动，缓放到井下，外接检波器外壳椎体插到井底的潮湿黄土中；采集施工结束后，提起检波器,高韧性防断抗拉绳索1的一端还可以设置把手2，方便提拉。
所述打井供放置检波器或炸药是指：分线束顺序进行施工，首先预留二十个井放置炸药，其余井埋置井下检波器接收地震波，完成一个炮井的激发后，清理炮井散土后在该井放置井下检波器，同时，把一个需要放炸药的井中检波器提起，把炸药沉放井底，依次进行，直到完成所有的炮检共井区域内的炮点激发，施工任务完成，进入室内处理解释阶段。
图3中圆点为炮点，方点为检波点，间距小的检波点连成的线称为检波线，图中一共有6条，炮点逐个激发时，所示的所有检波点同时接收，这就是一个观测系统，当给定一个勘探范围，按一定间距滚动布设直至覆盖全区。
图4纵向点为炮点，横向点为检波点，中间框为勘探范围，中间框是一个采区合同划定的勘探范围，炮点与检波点根据覆盖次数、炮点间距、检波点间距的要求滚动布设，按规范要求应该满足勘探范围内的满覆盖次数，因此炮点与检波点的布置范围要大于采区勘探范围。本观测系统线束方向为东西向，与检波线方向一致。
图5中外方框范围内为本发明设计炮检共井区，在炮检共井区外的检波点井只用来放检波点接收，不需用来激发。炮检共井区范围一般超过合同划定的勘探范围300米以上，这个炮检共井范围足够我们开展本发明中的研究工作。
实施例3
作为实施例1的具体设计，充分利用节点仪器，观测系统线束方向根据后期地震数据处理炮点接收点智能化选择，变成两个互相垂直方向的线束观测系统，采集覆盖次数翻倍，横纵向覆盖次数更均匀，方位角更宽，采集脚印更少；
如图6所示，后期地震数据处理提取同一条测线上炮检点数据，全区以处理成数百条高覆盖次数的二维地震观测系统剖面；
如图7所示，后期地震数据处理提取一条测线上炮点与相邻一条测线检波点进行非纵观测系统处理，全区处理成数百条非纵处理剖面；
如图8所示，后期地震数据处理提取一条测线上炮点与本测线及相邻一条或数条测线检波点进行宽线观测系统处理，形成宽线处理剖面；通过利用不同观测系统地震数据属性提取、相干方差计算、岩性分析，对巨厚黄土塬区地下地质构造的多要素分析。所述两个互相垂直方向的线束观测系统即能各自处理成一套数据体，又能互相叠加合并处理成一套数据体。
从上述实施例能看出，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、将检波器置于十几或几十米的井下进行采集，比起现有把检波器放在地表采集，有效的避开浅层干燥疏松黄土的能量衰减，明显提升地震记录信噪比；
2、炮检共井，检波点与炮点共用同一口井，使巨厚黄土塬区地震勘探采集施工成井既可用来放炮激发，又可用来放置检波器，降底了成本的同时又成倍提高了地震勘探覆盖次数，并提高了地震勘探成果资料信噪比；
3、利用大量的节点仪器置于井下采集，无论是工作效率、成本控制还是质量保证上均比现有技术有更明显的优势；且现有有线仪器观测系统测线线束方向一旦确定就是唯一，而本方法，观测系统线束方向根据后期地震数据处理炮点接收点的智能化选择，可变成两个互相垂直方向的线束观测系统，采集覆盖次数直接翻倍提高，横纵向覆盖次数更均匀，方位角更宽，采集脚印更少；
4、通过利用不同观测系统地震数据属性提取、相干方差计算、岩性分析等手段，充分利用地震数据开展对巨厚黄土塬区地下地质构造的多要素分析，对巨厚黄土塬区地震资料的解释提供了更可靠的成果。
上述实施例是对本发明技术方案的说明，不能作为对本发明技术方案的限定，凡是以本发明基础上的简单改进或变形，都是本发明保护的范围。
Claims (6)
1.一种巨厚黄土塬高密度三维地震勘探方法，其特征在于：利用炮检共井，有效避开浅层干燥疏松黄土的能量衰减；以若干节点仪器作为地震数据采集设备布置在检波点上，依次放炮，由检波器接收地震波，利用节点仪器观测系统智能化选择，根据后期地震数据处理形成包含高密度三维地震勘探数据体、二维地震数据体、非纵地震勘探数据体的若干套数据体，充分利用地震数据开展对巨厚黄土塬区地下地质构造的多要素分析，对巨厚黄土塬区地震资料解释提供依据；最后根据地震勘探资料解释、时深转换结果，编制完成勘探区内地质平面图、剖面图，编制地震地质成果报告；
所述利用炮检共井是指：搜集资料，做好巨厚黄土塬区高密度三维地震勘探野外数据采集施工前的调查，了解区内冲沟分布情况，黄土厚度变化范围；做好勘探区浅表层低速带调查，通过全区按一定网度做浅表层折射波调查和微测井调查，根据浅表层黄土速度变化情况获得浅层疏松干燥黄土厚度，设计全区井深；根据区内目的层的埋藏深度，地质任务要求进行观测系统设计，编制巨厚黄土塬高密度三维地震勘探采集施工设计图；
根据施工设计图圈定炮检共井范围，以炮点布置区域范围为边界，此边界内所有设计点为炮检共井点，打井供放置检波器或炸药；外接检波器放在井下，所述外接检波器的外壳下部为椎体，上部为圆柱体，圆柱体外壳顶面中央设置插管，用于插入洛阳铲的长杆，插管两侧的圆柱体顶面分别设置一根筋杆，比插管略高，两根筋杆顶端分别设置一个向圆柱体外侧弯曲的闭环，用于连接抗拉绳索，两根筋杆顶端内侧用一圆环筋连接；
所述利用节点仪器观测系统智能化选择是指：充分利用节点仪器，观测系统线束方向根据后期地震数据处理炮点接收点智能化选择，变成两个互相垂直方向的线束观测系统，采集覆盖次数翻倍，横纵向覆盖次数更均匀，方位角更宽，采集脚印更少；后期地震数据处理提取同一条测线上炮检点数据，全区处理成数百条高覆盖次数的二维地震观测系统剖面；后期地震数据处理提取一条测线上炮点与相邻一条测线检波点进行非纵观测系统处理，全区处理成数百条非纵处理剖面；后期地震数据处理提取一条测线上炮点与本测线及相邻一条或数条测线检波点进行宽线观测系统处理，形成宽线处理剖面；通过利用不同观测系统地震数据属性提取、相干方差计算、岩性分析，对巨厚黄土塬区地下地质构造的多要素分析。
2.根据权利要求1所述的巨厚黄土塬高密度三维地震勘探方法，其特征在于：设计全区井深要求打穿浅层疏松干燥黄土，在速度大于1500m/s的潮湿黄土内激发接收。
3.根据权利要求1所述的巨厚黄土塬高密度三维地震勘探方法，其特征在于：所述节点仪器放在井口，且外接检波器置于10m～30m的井下进行采集。
4.根据权利要求1所述的巨厚黄土塬高密度三维地震勘探方法，其特征在于：放置检波器时，提起抗拉绳索，用洛阳铲长杆插入插管，使检波器不要晃动，缓放到井下，外接检波器外壳椎体插到井底的潮湿黄土中；采集施工结束后，提起检波器。
5.根据权利要求1所述的巨厚黄土塬高密度三维地震勘探方法，其特征在于：所述打井供放置检波器或炸药是指：分线束顺序进行施工，首先预留二十个井放置炸药，其余井埋置井下检波器接收地震波，完成一个炮井的激发后，清理炮井散土后在该井放置井下检波器，同时，把一个需要放炸药的井中检波器提起，把炸药沉放井底，依次进行，直到完成所有的炮检共井区域内的炮点激发，施工任务完成，进入室内处理解释阶段。
6.根据权利要求1所述的巨厚黄土塬高密度三维地震勘探方法，其特征在于：所述两个互相垂直方向的线束观测系统既能各自处理成一套数据体，又能互相叠加合并处理成一套数据体。
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