煤田高密度三維地震勘探數(shù)據(jù)采集高效資料整理方法

李 江>

(中煤科工集團 西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

1 引 言

隨著地質(zhì)目標的日趨復(fù)雜化，常規(guī)地震勘探對小斷層，隱蔽性地質(zhì)體的勘探程度已無法滿足礦井安全開采的精細化要求。全數(shù)字高密度三維地震勘探可以獲得寬頻帶，寬方位和高采樣密度的地震數(shù)據(jù)，更有利于復(fù)雜地質(zhì)體的成像和小斷層的解釋，近年來在煤礦采區(qū)地質(zhì)勘探中取得了良好的應(yīng)用效果[1-3]。數(shù)據(jù)采集作為全數(shù)字高密度三維地震勘探的基本工作，其作業(yè)方式正朝著大數(shù)據(jù)量和高效率采集的趨勢發(fā)展[4]，因此，在保證數(shù)據(jù)質(zhì)量的前提下，如何提高地震數(shù)據(jù)采集的效率越來越重要[5]。施工組織設(shè)計是全局性的施工技術(shù)和工作綱要，直接指導(dǎo)各項工作的有序進行，科學(xué)合理的施工組織設(shè)計，成為提高野外數(shù)據(jù)采集效率的關(guān)鍵。全數(shù)字高密度三維地震勘探數(shù)據(jù)采集具有多線多道接收的特點，野外作業(yè)一次排列工作量大，而當前煤田系統(tǒng)各單位全數(shù)字高密度勘探設(shè)備有限，數(shù)據(jù)采集時通常采用測線滾動循環(huán)利用，因此，布線速度是影響施工效率的重要因素。放炮效率是整個數(shù)據(jù)采集效率的集中體現(xiàn)，最大程度地縮短放炮間隔時間，同時提高放炮物理點合格率，減少錯炮，是提高采集效率的有效途徑。地震數(shù)據(jù)采集的工作班報是野外工作最重要的基礎(chǔ)資料之一，一般需耗費大量的時間進行班報填寫、整理與校對[6]。面對日放炮數(shù)量倍增的全數(shù)字高密度采集，以往常規(guī)地震勘探班報記錄方式顯然無法適應(yīng)全數(shù)字高密度采集的進度要求，內(nèi)業(yè)整理工作也不能在短時間內(nèi)完成，這些都將影響全數(shù)字高密度地震勘探的數(shù)據(jù)采集效率。

針對地表復(fù)雜障礙物的觀測系統(tǒng)設(shè)計，本文通過利用測量和變觀實測數(shù)據(jù)模擬放炮來制作SPS，以此引導(dǎo)放炮。在地震勘探班報整理方面，通過讀取地震數(shù)據(jù)道頭信息獲得地震數(shù)據(jù)的采集參數(shù)和觀測系統(tǒng)參數(shù)，從而快速生成地震勘探工作班報模板；借助EXCEL中VLOOKUP函數(shù)進行班報內(nèi)容自動化填寫，通過一系列工作方法的優(yōu)化與綜合應(yīng)用，可以有效提高高密度三維地震勘探數(shù)據(jù)采集的效率。

2 高密度地震勘探數(shù)據(jù)采集特點

2.1 采用數(shù)字檢波器

數(shù)字檢波器的應(yīng)用是全數(shù)字高密度三維地震勘探的主要特點之一。數(shù)字檢波器各技術(shù)參數(shù)一致性好，在0～800 Hz范圍內(nèi)全頻段接收，振幅保真性好，無相位畸變與頻率衰減，具有較大的動態(tài)范圍和高靈敏度，可以直接輸出數(shù)字信號，避免了輸出傳輸中的外界電磁干擾和串音，抗干擾能力強[7]。DSU1型數(shù)字檢波器機構(gòu)牢固、密封性好，是煤田常用的數(shù)字檢波器之一，但全數(shù)字高密度三維地震勘探單炮采集所用道數(shù)多，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集放線工作量大大增加。

2.2 寬方位采集

常規(guī)三維地震勘探觀測系統(tǒng)橫縱比一般小于0.5，全數(shù)字采高密度采集其觀測系統(tǒng)具有較大的橫縱比，一般接近于1，為寬方位或全方位采集，橫向上可觀測到更大的方位角(圖1)。寬方位采集面元屬性一致性好，有利于壓制近地表散射干擾，提高地震資料信噪比；寬方位采集橫向覆蓋次數(shù)過渡帶變化較為平緩，它比窄方位角更容易跨越地表障礙物和地下陰影帶[8,9]。因此，全數(shù)字高密度地震勘探寬方位采集的地震數(shù)據(jù)極大地增強了識別斷層、裂隙和地層巖性變化的能力[10]。當前煤礦采區(qū)全數(shù)字高密度地震勘探的寬方位采集通常是通過增加接收線數(shù)和增大接收排列片寬度來實現(xiàn)的，這種采集方式設(shè)備資源占用量大，成本也相對較高。

圖1 觀測系統(tǒng)偏移距/方位角玫瑰圖對比Fig.1 Comparison of offset/azimuth rose diagram of observation system

2.3 小面元采樣

常規(guī)三維地震勘探面元大于10 m×10 m，當前煤礦采區(qū)全數(shù)字高密度三維地震勘探其面元為5 m×5 m或更小，這種小面元采集極大地提高了地震數(shù)據(jù)的橫向分辨率，可以滿足地下小的地質(zhì)體精確成像的要求，非常有利于對小斷層、陷落柱的控制和解釋[11]；另外，高空間采樣密度也避免了低頻干擾波的空間假頻，對干擾波的無假頻采樣更有利于信噪分離，提高干擾波的壓制效果[12]。但是，全數(shù)字高密度的空間采樣導(dǎo)致地震數(shù)據(jù)量劇增，給地震數(shù)據(jù)實時傳輸，存儲帶來問題。

3 高效作業(yè)方法

3.1 SPS引導(dǎo)放炮

在地震勘探數(shù)據(jù)采集作業(yè)中，一般按照設(shè)計炮、檢點關(guān)系設(shè)置炮點的接收排列，這種方法簡單方便，易于操作。但是受地表障礙物的影響，實際野外作業(yè)中炮點常有偏離設(shè)計點位置的現(xiàn)象，當按設(shè)計接收排列放炮時，偏離的炮點就會形成錯炮或偏炮，造成數(shù)據(jù)采集質(zhì)量問題。在常規(guī)三維地震勘探中，由于炮排距、炮線距大，變觀炮點相對較少，遇到變觀問題儀器操作人員可以現(xiàn)場更改放炮清單避免產(chǎn)生錯炮，或者將錯炮進行記錄，在室內(nèi)資料整理時予以更正。但是全數(shù)字高密度三維地震勘探一般炮點密集，遇到障礙物時變觀炮點較多，現(xiàn)場更改炮點接收排列工作量較大，而且在地震儀里面操作及其不便，嚴重影響放炮效率。通過對428XL遙測地震儀的采集參數(shù)設(shè)置和觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行分析，提出了制作實測炮點SPS引導(dǎo)放炮的策略。在炮點激發(fā)之前，通過測量工作和炮孔鉆眼等工作，對于變觀炮點已有記錄，將這些數(shù)據(jù)進行整理，得到實際的炮點坐標，然后通過觀測系統(tǒng)設(shè)計軟件進行模擬放炮[13]，可輸出標準的SPS文件，再將它導(dǎo)入428XL地震儀采集系統(tǒng)，可形成更新后的炮點接收排列數(shù)據(jù)。這一過程充分利用了炮孔測量、鉆眼等實測數(shù)據(jù)，模擬放炮操作方便，生成的SPS包含了變觀后炮點的觀測系統(tǒng)信息，可以有效指導(dǎo)地震數(shù)據(jù)采集，避免產(chǎn)生錯炮，同時不用在現(xiàn)場更改炮點接收排列，大大提高了野外放炮的質(zhì)量和效率。

3.2 工作班報模板的快速生成

數(shù)據(jù)采集的工作班報是一項重要的基礎(chǔ)資料，煤田地震勘探規(guī)范要求的數(shù)據(jù)采集工作班報格式及填寫內(nèi)容見表1，數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)會投入大量的人力和時間進行班報填寫、整理與校對。3.2節(jié)中的SPS炮點含有觀測系統(tǒng)，但是野外放炮順序是隨機的，一般在放炮時給炮點賦予相應(yīng)的文件號，這在工作量較少的情況下可以實時記錄班報，但全數(shù)字高密度三維地震勘探工作量一般較大，日放炮數(shù)量常在上千炮，顯然在放炮的同時進行班報記錄將嚴重影響放炮效率。為了節(jié)省時間，通常在現(xiàn)場放炮時記錄當日編號、文件號、炮點樁號、起止道位置等參數(shù)。但是這樣仍需每放一炮，然后等待完成當前炮的文件號和觀測系統(tǒng)的記錄，同樣影響地震采集的放炮效率。

表1 三維地震工作班報格式及內(nèi)容Table 1 Format and contents of 3D seismic work shift report

對地震儀采集的地震數(shù)據(jù)記錄格式進行分析，其中道頭數(shù)據(jù)里包含著文件號、觀測系統(tǒng)、采集參數(shù)等參數(shù)，其道頭信息掃描顯示見表2，它完全包含了工作班報中觀測系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容；另外，數(shù)據(jù)掃描不受單炮數(shù)量的限制，多炮數(shù)據(jù)可快速完成道頭數(shù)據(jù)提取。因此，通過對數(shù)據(jù)進行掃描，實時輸出道頭數(shù)據(jù)列表，對其進行整理，即可形成工作班報模板，且完成班報觀測系統(tǒng)內(nèi)容填寫。這樣，在野外數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場縮短了填寫班報時間，極大地提高了數(shù)據(jù)采集的效率。

表2 428XL地震儀記錄的地震數(shù)據(jù)道頭列表

3.3 班報批量整理

對比表1中各項內(nèi)容，經(jīng)過對記錄文件號和觀測系統(tǒng)等內(nèi)容的自動生成，工作班報中還有激發(fā)井深、藥量和雷管等內(nèi)容需要填寫。按照野外施工的順序，井深數(shù)據(jù)由監(jiān)孔人員記錄，通過對炮孔鉆眼深度進行實測獲得井深數(shù)據(jù)；藥量、雷管等數(shù)據(jù)由放炮人員記錄，按照實際用量和型號予以記錄形成爆炸班報；最后將監(jiān)孔記錄和爆炸班報交由工作班報記錄人員進行填寫，可見這幾項工作正是數(shù)據(jù)采集內(nèi)業(yè)整理最耗時的工作。首先，各種記錄的炮樁順序并非是一致的，因此，對于工作班報中某一個炮點，其對應(yīng)的井深、藥量則需要分別從眾多監(jiān)孔記錄和爆炸班報中逐一查找；其次，前期各種記錄并非一人所能完成，多人記錄存在記錄方式、格式的差異，同樣給班報記錄人員查找相應(yīng)內(nèi)容帶來不便。全數(shù)字高密度地震勘探每日工作量大，單炮采集數(shù)量多，如果按常規(guī)數(shù)據(jù)采集的班報整理方法，很難在作業(yè)現(xiàn)場整理完當前炮資料和工作班報。在多項全數(shù)字高密度三維地震勘探的生產(chǎn)實踐中，探索出了高效的工作班報整理工作方法。首先，對井深、藥量和雷管等數(shù)據(jù)單獨進行整理，形成以炮點為索引的野外班報記錄電子數(shù)據(jù)庫。這一項工作沒有炮點順序的要求，可以快速完成數(shù)據(jù)錄入。然后借助Excel電子表中VLOOUP(lookup_value，table_array，col_index_num，range_lookup)函數(shù)[14,15](表3)，在2.3節(jié)工作班報的基礎(chǔ)上，以炮點樁號為參照地址，以班報數(shù)據(jù)庫為搜索區(qū)域?qū)⒏鞣N信息鏈接到工作班報中，實現(xiàn)井深、藥量和雷管等數(shù)據(jù)的自動化查找與填寫。

表3 VLOOUP函數(shù)語法規(guī)則

4 結(jié) 論

通過對全數(shù)字高密度三維地震勘探數(shù)據(jù)采集特點的分析和勘探實踐，探索出了幾點提高數(shù)據(jù)采集質(zhì)量和班報整理的高效方法：

1)充分利用工程測量和炮孔測量、鉆眼數(shù)據(jù)，及時更新炮檢點坐標，通過觀測系統(tǒng)模擬生成SPS文件引導(dǎo)放炮，可以避免錯炮，有效提高數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量和效率。

2)通過讀取地震數(shù)據(jù)道頭信息，獲得地震數(shù)據(jù)的采集參數(shù)和觀測系統(tǒng)參數(shù)，可以即時生成地震勘探工作班報模板。

3)借助Excel表中VLOOKUP函數(shù)的匹配搜索功能，實現(xiàn)班報內(nèi)容的自動查找與填寫。