巨厚卵礫石層覆蓋區(qū)地震找煤震源和參數(shù)選擇研究及效果

■聶懷耀張俊縱瑞徐秀力楊濤

（1河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院 河南鄭州 450001；2北京華地四維物探勘測(cè)技術(shù)有限公司 北京 100035）

巨厚卵礫石層覆蓋區(qū)地震找煤震源和參數(shù)選擇研究及效果

■聶懷耀1張俊1縱瑞1徐秀力2楊濤2

（1河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院 河南鄭州 450001；2北京華地四維物探勘測(cè)技術(shù)有限公司 北京 100035）

巨厚卵礫石層覆蓋區(qū)不利于二維地震勘探工作實(shí)施，炮孔鉆進(jìn)、炸藥沉放等過程實(shí)施難度大，本項(xiàng)目通過現(xiàn)場(chǎng)地震方法的試驗(yàn)對(duì)比，采用可控震源組合激發(fā)，通過使用不同震源臺(tái)次組合、不同掃描頻帶、不同掃描時(shí)間、不同掃描速率、不同驅(qū)動(dòng)電平，以獲得最優(yōu)的地震勘探參數(shù)，達(dá)到提高地震波信噪比的目的，最終獲得質(zhì)量良好的煤層地震時(shí)間剖面，有效的指導(dǎo)了煤炭勘查工作。

巨卵礫石層二維地震勘探煤層信噪比

1 二維地震勘探原理

根據(jù)巖石彈性物理性質(zhì)，地震勘探以彈性波場(chǎng)作為基礎(chǔ)，是對(duì)地層進(jìn)行物理勘探的一種方法。其運(yùn)用人工震源激發(fā)，向地下巖層傳播地震波，地震波遇到彈性界面時(shí)，就會(huì)發(fā)生折射與反射現(xiàn)象，沿測(cè)線不同位置布置的地震勘探儀器會(huì)對(duì)大地的振動(dòng)狀況進(jìn)行檢測(cè)[1]。二維地震勘探過程中，對(duì)采集到的地震波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，能夠?qū)Φ叵履康膸r層（礦層）的形態(tài)及埋藏深度進(jìn)行解釋和判定，進(jìn)而為在地下深部尋找礦產(chǎn)資源指明方向。與其它物理找礦方法相比，目前二維地震勘探方法對(duì)探測(cè)地下深部煤炭資源、石油資源和頁(yè)巖氣資源效果突出。地震勘探成果，能十分有效地指導(dǎo)鉆探工程對(duì)礦層埋深的驗(yàn)證，同時(shí)可定量解釋含礦地層中斷裂構(gòu)造的規(guī)模及其性質(zhì)。

2 勘查區(qū)概況

焦作方莊井田深部煤炭勘查區(qū)位于河南省焦作太行山南麓山前地帶，地勢(shì)北高南低，為一緩傾斜平原區(qū)，勘查區(qū)面積28.21km2，根據(jù)勘查區(qū)周邊正在開采的煤礦井地質(zhì)資料可知：本區(qū)地表出露的新生界第四系地層厚度達(dá)450~760米，其下覆為新近系、二疊系、石炭系、奧陶系等地層，本次二維地震勘探的目的礦層——二1煤層，深埋在二疊系下統(tǒng)的山西組地層內(nèi)。

2.1 勘查區(qū)淺表層地質(zhì)條件

本區(qū)地表出露地層為新生界第四系，覆蓋層厚度450~760米；地表以下1m以淺多見卵礫石層，部分區(qū)域3m以淺可見到兩層卵礫石層。同時(shí)區(qū)內(nèi)潛水位深達(dá)百米左右。在這種巨厚卵礫石地層中開展以炸藥為激發(fā)震源的二維地震勘探時(shí)，會(huì)造成地震勘探成孔極端困難，難以用常規(guī)的炸藥震源激發(fā)。同時(shí)疏松卵礫石層對(duì)地震波具有強(qiáng)烈的吸收衰減作用，這是造成勘查區(qū)地震資料信噪比低的主要因素。故本區(qū)淺表層地震地質(zhì)條件極差。

2.2 勘查區(qū)深層地質(zhì)條件

勘查區(qū)深部為二疊系、石炭系、奧陶系等基巖地層。基巖地層與上覆的新生界地層：巨厚卵礫石層與半固結(jié)砂質(zhì)粘土層波阻抗差異明顯，具備地震反射波形成的自然條件。

勘查區(qū)煤層賦存在基巖地層——石炭系和二疊系地層內(nèi)，據(jù)周邊煤礦地質(zhì)資料：二1煤層平均厚度4.5米，埋藏深度在600～1400米。二1煤層的特點(diǎn)是密度低、傳波速低（密度1.46g/cm3、平均速度2600m/s，）的特點(diǎn)，與高傳波速度、高密度的圍巖（平均速度3600m/ s，密度2.6 g/cm3）相比具有顯著的波阻抗差異 (3600×2.6-2600× 1.46=5564)，具有形成強(qiáng)反射波的良好條件，在人工波場(chǎng)作用下可產(chǎn)生波形穩(wěn)定、能量強(qiáng)的反射波T2波（即二1煤層反射波）。故勘查區(qū)深層地震地質(zhì)條件良好，具備地震勘探的地球物理前提。

2.3 激發(fā)震源選擇

根據(jù)勘查區(qū)淺表層地震地質(zhì)條件極差的特點(diǎn)，本區(qū)采用可控震源組合激發(fā)進(jìn)行二維地震勘探。

3 地震試驗(yàn)工作

3.1 點(diǎn)試驗(yàn)工作

針對(duì)卵礫石層對(duì)地震波具有強(qiáng)烈吸收衰減的客觀情況，震源激發(fā)先后采用DY-23型、DY-27型可控震源2臺(tái)組合激發(fā)，即盡可能加大震源激發(fā)的總能量，以保證地震波在復(fù)雜地層中傳播時(shí)能量不被完全吸收。

在勘查區(qū)內(nèi)選取3個(gè)不同地段進(jìn)行可控震源地震參數(shù)試驗(yàn)，a點(diǎn)地表為薄土層覆蓋；b點(diǎn)地表為較厚土層的地表；c點(diǎn)選擇在卵礫石較多的河床上。

震源激發(fā)先后采用DY-23型、DY-27型可控震源2臺(tái)組合激發(fā)，在試驗(yàn)點(diǎn)上進(jìn)行不同掃描頻帶、不同掃描時(shí)間、不同掃描速率、不同驅(qū)動(dòng)電平（出力）及不同臺(tái)次震動(dòng)的激發(fā)效果，從而確定激發(fā)參數(shù)，考慮施工靈活性，采用震源沿測(cè)線前后10米線性組合施工。其他地震試驗(yàn)參數(shù)選定如下：

（1）試驗(yàn)震動(dòng)臺(tái)次

固定震源掃描頻率：20～80Hz；掃描長(zhǎng)度12s；驅(qū)動(dòng)電平20%；試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)次2×6、2×8、2×10、2×12；2×14、2×16；

（2）試驗(yàn)掃描長(zhǎng)度

固定掃描頻率20～80Hz；振動(dòng)臺(tái)次選用2×10；驅(qū)動(dòng)電平20%；試驗(yàn)掃描長(zhǎng)度：8s、10s、12s、14s、16s；

（3）試驗(yàn)掃描頻帶

固定掃描長(zhǎng)度（12s）；驅(qū)動(dòng)電平20%；振動(dòng)臺(tái)次2×10；試驗(yàn)掃描頻率：15～75 Hz、8～72 Hz、8～80 Hz、8～88 Hz；12～72Hz、12～84Hz、12～96Hz；16～72Hz、16～80Hz、16～96Hz。

（4）試驗(yàn)震源出力

固定掃描長(zhǎng)度（12s）和振動(dòng)臺(tái)次（2×10）；試驗(yàn)掃描頻率（20-80Hz）；試驗(yàn)震源驅(qū)幅：75%，85%，95%。

（5）針對(duì)地表巨厚卵礫石層覆蓋厚度450～760米、地震波傳播困難，且地震波能量衰減嚴(yán)重，目的煤層埋藏較深的特點(diǎn)，地震試驗(yàn)采用主頻40Hz（3串3并）檢波器串進(jìn)行接收，通過增大檢波器組合個(gè)數(shù)，達(dá)到提高地震資料信噪比的目的（檢波器采用組合基距為0.2米的3×3的面積性組合形成）。

（6）儀器及參數(shù)選用

采用法國(guó)產(chǎn)高分辨率數(shù)字地震儀，采集參數(shù)如下：采樣間隔1ms；

記錄長(zhǎng)度2s；記錄頻帶—全頻帶接收；

（7）觀測(cè)系統(tǒng)

采用中間激發(fā)雙邊接受的觀測(cè)系統(tǒng)；接收道距20m；激發(fā)炮距20m；接收道數(shù)大于120道；CMP間距10m；覆蓋次數(shù)大于60次；縱向最小炮檢距60m；最大炮檢距1600m。

3.2 點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)論

通過勘查區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)所取得地震資料的分析對(duì)比，并經(jīng)過河南省物探專家組的評(píng)審，本著技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的原則，選取下列地震

參數(shù)進(jìn)行段試驗(yàn)：

（1）激發(fā)參數(shù)

選用2臺(tái)27T震源組合激發(fā)；震次2×10；掃描長(zhǎng)度10s；掃描頻帶20~ 80Hz；震源驅(qū)幅70%。

（2）接收參數(shù)

檢波器組合：采用3串3并共9個(gè)檢波器堆放，組內(nèi)距0.2m；檢波器類型：采用主頻40Hz的檢波器串接收。

（3）觀測(cè)系統(tǒng)

采用大于120道觀測(cè)，20米道距，20米炮距，覆蓋次數(shù)大于60次（以提高信噪比），不對(duì)稱中點(diǎn)激發(fā)，雙邊觀測(cè)。

3.3 試驗(yàn)段效果

經(jīng)過對(duì)段試驗(yàn)上采集的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和解釋，獲得了質(zhì)量較高的試驗(yàn)段地震時(shí)間剖面。段試驗(yàn)?zāi)康膶臃瓷洳芰繌?qiáng)、連續(xù)性較好。通過段試驗(yàn)工作，說明點(diǎn)試驗(yàn)確定的采集參數(shù)是合適的。如圖1所示。

圖1 DL3測(cè)線段試驗(yàn)效果圖

4 地震生產(chǎn)工作效果

依據(jù)點(diǎn)、段試驗(yàn)確定的地震參數(shù)用于勘查區(qū)二維地震勘探施工。當(dāng)?shù)卣鹨巴馐┕び龅捷^大村莊或連片建筑物而震源激發(fā)點(diǎn)不能連續(xù)時(shí)，采用在障礙物兩側(cè)加密振點(diǎn)的變觀方法彌補(bǔ)，變換觀測(cè)系統(tǒng)如示意圖2。

圖2 變觀示意圖

檢波器在埋置前，清除浮土和周圍雜草，檢波器埋置做到平、穩(wěn)、正。地震勘探施工前，可控震源設(shè)備要進(jìn)行一致性檢查并合格。

4.1 原始資料質(zhì)量

本次二維地震勘探完成1100個(gè)物理點(diǎn)，記錄質(zhì)量情況見表1。

4.2 地震時(shí)間剖面質(zhì)量

勘查區(qū)二1煤層是本次地震解釋的主要目的層，二1煤層的形態(tài)及斷層軌跡如圖3，4和表2。

5 取得地質(zhì)找礦果

勘查區(qū)依據(jù)二維地震勘探成果，經(jīng)鉆探工程驗(yàn)證，6個(gè)鉆孔均揭露到區(qū)內(nèi)的主要可采煤層——二1煤，煤層平均厚度5.3m，埋藏深度500～1600m，全區(qū)可采，勘查區(qū)探獲煤炭資源量1.6億噸，屬于大型煤炭基地。

二維地震勘探解釋的煤層深度與鉆探工程驗(yàn)證煤層深度誤差見表3。

圖3 DZ4測(cè)線地震時(shí)間剖面上的二1煤層T2波和斷層軌跡

圖4 DL5測(cè)線時(shí)間剖面上二1煤層T2波和斷層

6 結(jié)論

通過在巨厚卵礫石層覆蓋區(qū)開展二維地震勘探找煤工作，得出以下結(jié)論：

表1 記錄質(zhì)量評(píng)價(jià)表

表2 地震時(shí)間剖面質(zhì)量評(píng)價(jià)表

（1）選用2臺(tái)27T震源組合激發(fā)；震次2×10；掃描長(zhǎng)度10s；掃描頻帶20-80Hz；震源驅(qū)幅70%。可取得較好的激發(fā)能量；

（2）接收參數(shù)：采用3串3并共9個(gè)40Hz的檢波器檢波器堆放，組內(nèi)距0.2m，是取得高質(zhì)量較時(shí)間剖面的前提條件；

（3）觀測(cè)系統(tǒng)

表3 地震解釋煤層深度與鉆探工程驗(yàn)證煤層深度誤差

采用不對(duì)稱中點(diǎn)激發(fā)，大于120道觀測(cè)（雙邊觀測(cè)），覆蓋次數(shù)大于60次，可顯著提高地震波信噪比。

可控震源組合及采用的地震參數(shù)在巨厚卵礫石層覆蓋區(qū)開展二維地震勘探找煤取得較好成果，為以后在類似地區(qū)進(jìn)行地震勘探工作可起到一定的參考作用。

[1]張彥湘，羅振麗，張友林，等.地震勘探在多種地震地質(zhì)條件共存區(qū)域內(nèi)的應(yīng)用--以山西同煤集團(tuán)馬道頭井田二維、三維地震勘探為例 [J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2009，21（02）：79-83.

[2]李志宏.二維地震方法在黑河金三角煤礦地質(zhì)構(gòu)造控制中的應(yīng)用 [J].黑龍江國(guó)土資源，2012（2）：50.

[3]楊忠習(xí)，劉海濤，劉文華.煤田地震勘探在高角度狹長(zhǎng)地塹復(fù)雜地區(qū)資料采集處理解釋效果分析 [J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2012，9（6）：675-679.

[4]張耀華，李豎珍，鄧國(guó)成，等.地震勘探在新疆陡傾角地區(qū)找煤中的應(yīng)用 [J].科技信息，2010（05）：147.

P641.4+61[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-10-188-3

河南省2009年度地質(zhì)勘查基金項(xiàng)目。

聶懷耀（1959～），男，副高，研究方向?yàn)槊禾靠辈楹兔簩託狻?/p>