庐枞盆地金属矿地震波场精细模拟及属性应用研究

论文摘要

传统的金属矿勘查主要依赖重、磁、电等方法,一般适应于中浅层的矿产勘查,当探测目标埋深逐渐增大时,由于方法本身的限制,异常强度和分辨率急剧下降,难于适应深部矿产勘查的需求。地震方法具有探测深度大,分辨率高和探测结果准确可靠等特点,成为深部矿产勘探最有前景的技术。为了验证金属矿区开展地震勘探的可行性,在庐枞地区罗河、泥河和大包庄矿区开展了金属矿区的地震试验,包括地震的数据采集和处理解释以及地质-地球物理模型的建立和地震波场正演模拟等研究。与石油地震勘探相比,金属矿地震勘探有其自身的技术难点：比如金属矿区往往地质构造非常复杂,地层连续性差,探测目标小,岩石蚀变严重,地下介质不均匀性非常强,矿区通常背景干扰严重。采集的地震资料信噪比较低,缺乏标志层和测井资料,金属矿区的地震解释十分困难。金属矿地震勘探一般需要在地质构造复杂的火山岩和变质岩有关的山区或丘陵地带进行数据采集。野外数据采集时应根据具体地质条件和参数试验合理布设激发炮点和选择采集参数,并保证检波点与地面的良好耦合,确保采集质量。金属矿区地震数据处理时,经过对资料信噪比、频率、干扰波、静校正、动校正和速度分析等问题的具体分析及应用针对性处理技术措施后,资料品质得到明显提高,构造特征也较为清晰。合理的应用叠前和叠后去噪,提高了资料的信噪比；应用“无射线层析反演静校正”技术,较好地解决了研究区因高差和低降速带厚度变化等而引起的静校正问题,同相轴连续性有所提高；高精度交互速度分析及分频剩余静校正的应用,更加直观也更加准确的拾取叠加速度,较好地解决了低信噪比区域的速度拾取及短波长静校正问题；应用“无拉伸NMO”技术较好地解决了因拉伸畸变切除影响浅层成像的问题,浅层资料得到较大改善。由于研究区有较多钻孔信息和岩石物性测量数据,有利于开展矿区模型的地震正演模拟。选取地震测线附近的钻孔,将钻孔投影到地震测线上,并根据这些钻孔信息,向两侧外推岩性分布,绘制出地质模型。在矿区进行物性参数测量,并统计出各种岩性的密度和速度转换关系,建立合理的物性参数库,将物性参数赋予地质模型的各个地质体,使之转换为复杂的地球物理模型；为研究地震方法对矿体和围岩的分辨能力,将复杂模型进行适当简化变为简化的地球物理模型。然而,地下介质往往并不是均匀的,尤其是在构造活动剧烈,岩石蚀变严重的金属矿区,这种不均匀性更为显著,通常建立的均匀介质模型并不符合实际地下情况。随机介质就是非均匀介质中较为典型的一种,它主要考虑了小尺度条件下的介质非均匀性。自相关函数、尺度、方差（或者标准差）、粗糙系数是随机算法的四个要素,另外为了描述随机介质的方向性,加入了倾角参数。粗糙系数从小到大,局部由粗糙变得逐渐平滑；方差越大,介质速度扰动越大；横、纵尺度的对比关系体现了介质整体的分布特征,当横纵尺度比为几倍时,介质扰动呈现断续的似层状分布特征,当横向尺度远远大于纵向尺度时,介质呈现层状分布特征；不同倾角的随机介质能更准确的体现地下介质扰动的方向特性。本文通过建立矿区的多种随机介质模型,讨论了随机参数对正演模拟地震波场的影响。地震波场正演模拟技术,因其直观、形象地反映地下介质中波场传播特征和规律,对人们理解矿体波场特征、解释实际地震资料,表征地下介质结构与岩性特征等,均具有重要的理论和实际意义。金属矿区地质构造复杂,矿体形态多变,地震资料的信噪比一般较低,波组特征不太明显,地震解释十分困难,对比研究正演模拟结果和实际资料,有助于认识和识别各种地震波场特征。本文用波动方程交错网格有限差分法对各种理论模型进行正演模拟,并对模拟结果做纵波叠后、叠前时间偏移和转换波叠前时间偏移处理。结果发现：复杂模型中很多同相轴出现了一些间断,但整体形态能看到矿体和主要目标层位的反射信息；简化模型同相轴比较连续并且更清晰,突出了矿体和主要目标层位的反射信息,易于识别和分辨矿体和围岩的反射；随机介质模型波场复杂,产生了很多小的反射,形态上和实际资料更相似,偏移剖面仍能看到一些波阻抗差较大层位的反射,能够看到矿体反射。CMP叠加剖面能量在倾斜层位和矿体上没有正确归位,绕射现象明显,需要进行偏移处理；叠后克希霍夫时间偏移使同相轴归位,能够大体确定矿体的分布；叠前克希霍夫时间偏移使能量聚焦效果更好,同相轴更清晰；转换波叠前时间偏移分辨率明显提高,同时矿体边界反射更连续,矿体下边界及陡倾角层位的反射更清晰,在纵波能量不足的地方转换波能量相对更强；处理时应结合叠前克希霍夫时间偏移和转换波叠前时间偏移共同进行解释。通过改变地震子波主频和随机介质模型中的各种随机参数,讨论频率和随机参数对地震波场的影响。发现：频率越高,地震分辨率越高,地震子波主频大于70Hz时能分辨一些复杂矿体内部的反射：随机方差大于5%时,火山岩层的反射多数淹没于随机介质产生的杂乱波场中,但由于矿体和围岩有较大波阻抗差,依然能见到矿体反射；横向相关长度较大时,产生断续的似层状地震波场；几组不同相关长度随机介质构成的组合模型产生的波场包含了这几种相关长度的组合特征；粗糙系数越大,随机介质越平滑,地震波场杂乱的现象有所减弱。另外通过建立立陡状矿体随机介质模型,并进行正演模拟,认为当矿体的随机方差远大于围岩介质随机方差时,能够看到矿体区域内部的反射和散射特征,因此随机方差相差很大时用地震方法可以探测到陡倾矿体。根据区域地质情况和测线附近的钻孔信息,结合正演模拟和实际采集资料的地震波场特征进行地质解释,发现了沉积红盆的“箕状”结构和内部分层结构及火山岩层的3层结构。对偏移剖面进行属性分析,发现不同性质的岩石其地震动力学特征存在明显差异。从频率上看,沉积岩低频成分丰富,有第四纪覆盖的火山岩区也含低频成分,而第四纪覆盖较少的火山岩区则缺少低频信息,火山岩区高频信息相对丰富。沉积岩反射同相轴连续性较好,能量强,火山岩层和矿体反射连续性较差,多见一些凌乱的强能量团。小波时频分析的分频剖面能更好的观测每个频段各个不同反射区域的能量特征。总体看来,矿体规模较大,产状相对平缓时,在地震剖面上可能直接观测到矿体反射信息。另外火山构造对成矿具有重要的控制作用,如果能够对控矿构造进行有效探测,则可以间接地为找矿提供有用信息。由于金属矿区地下反射的复杂性,直接探测矿体还存在一定问题,核心是如何区分矿体反射与其它反射,因此,如果作为一种勘探方法在未知区应用时,更可信的是追踪和探测已知控矿地质体,或控矿构造的深部延伸。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的目的和意义
• 1.2 国内外金属矿地震勘探技术现状及进展
• 1.2.1 金属矿地震研究进展
• 1.2.2 地震波场正演模拟技术
• 1.3 本文的研究内容和创新点
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 主要创新点
• 第2章 区域地质与矿床特征
• 2.1 区域地质特征
• 2.2 试验矿床地质特征
• 2.2.1 罗河矿床特征
• 2.2.2 大包庄矿床特征
• 2.2.3 泥河矿床特征
• 2.3 矿区重磁特征
• 2.4 小结
• 第3章 反射地震数据采集及处理研究
• 3.1 反射地震数据采集
• 3.1.1 主要施工难点
• 3.1.2 主要施工对策
• 3.1.3 试验工作
• 3.1.4 采集工作
• 3.2 反射地震数据处理
• 3.2.1 处理难点分析
• 3.2.2 针对性处理技术
• 3.2.3 处理流程
• 3.2.4 偏移结果
• 3.3 小结
• 第4章 庐极矿集区地质-地球物理模型的建立
• 4.1 岩石物性测量研究
• 4.1.1 金属矿区岩石物性
• 4.1.2 庐极矿区岩石物性测量统计
• 4.2 庐橄矿集区地质模型的建立
• 4.3 基于随机介质的地球物理模型
• 4.3.1 随机介质模型基本原理
• 4.3.2 矿区地球物理模型
• 4.4 小结
• 第5章 庐极盆地典型矿体地震正演模拟及波场分析
• 5.1 波动方程有限差分算法
• 5.1.1 时间上的2M阶差分近似
• 5.1.2 空间上的2N阶差分近似
• 5.1.3 稳定性条件
• 5.1.4 边界条件
• 5.2 偏移算法
• 5.2.1 克希霍夫叠后时间偏移
• 5.2.2 克希霍夫叠前时间偏移
• 5.2.3 转换波叠前时间偏移
• 5.3 金属矿模型地震正演模拟及影响因素分析
• 5.3.1 正演模拟结果分析及与实际资料偏移结果对比
• 5.3.2 频率对金属矿地震波场的影响
• 5.3.3 随机参数对地震波场的影响
• 5.4 立陡状矿体随机介质模型地震波场正演模拟
• 5.5 小结
• 第6章 综合地质分析及地震时频属性应用研究
• 6.1 矿区综合地质解释
• 6.1.1 矿区的深部结构、构造
• 6.1.2 矿体反射特征及对探测结果的评述
• 6.2 地震时频属性分析
• 6.2.1 地震瞬时属性分析
• 6.2.2 连续小波变换原理
• 6.2.3 偏移剖面地震属性分析
• 6.3 小结
• 第7章 结论及展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果
• 致谢