復(fù)雜山地地震勘探采集技術(shù)淺析

陳春嶺，代金芝

（山西省煤炭地質(zhì)115勘查院，山西大同037003）

復(fù)雜山地地震勘探采集技術(shù)淺析

陳春嶺*，代金芝

（山西省煤炭地質(zhì)115勘查院，山西大同037003）

復(fù)雜山地不僅地表地震地質(zhì)條件非常復(fù)雜，而且環(huán)境惡劣，導(dǎo)致激發(fā)及接收條件差，原始資料信噪比低，靜校正問題突出；復(fù)雜的山地地震地質(zhì)條件使得地震波波場無章可循，實(shí)際情況與勘探假設(shè)的基本模型相差甚遠(yuǎn)，致使地震資料成像困難。針對這些難點(diǎn)，就山地地震勘探常用的數(shù)據(jù)采集技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析，為以后山地復(fù)雜地形條件下地震勘探提供一定的指導(dǎo)作用。

復(fù)雜山地；地震勘探；數(shù)據(jù)采集

我國山地面積遼闊，約占全國面積的三分之二。崎嶇陡峻的山地過去一直是煤田地震勘探禁區(qū)之一。但近幾年來，隨著煤炭事業(yè)的蓬勃發(fā)展，平原型隱蔽式煤田的勘探面積越來越小，勢必將勘探對象由平原逐步轉(zhuǎn)至山地。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，高分辨煤田地震勘探技術(shù)得到了普遍的應(yīng)用，其成果精度和可靠性有了大幅度地提高，在礦井采區(qū)勘探中發(fā)揮了巨大的作用，煤田地震勘探的適應(yīng)范圍也在不斷地?cái)U(kuò)大，它不再局限于地震地質(zhì)條件較好的平原地區(qū)或緩丘陵地區(qū)，在山區(qū)、沙漠、巖漿巖屏蔽區(qū)以及湖區(qū)和沼澤地等地表復(fù)雜地區(qū)也開始了廣泛的應(yīng)用，這就要求我們針對復(fù)雜的山地的特點(diǎn)，尋找適合地表復(fù)雜地區(qū)進(jìn)行地震勘探采集的確實(shí)有效的勘探技術(shù)和方法。

1 復(fù)雜山地地震地質(zhì)特征

復(fù)雜山地地區(qū)地表地貌特征多樣，惡劣的地表地形條件和復(fù)雜的地下構(gòu)造共同并存。強(qiáng)烈的褶皺和造山運(yùn)動(dòng)，使得從地表開始就出現(xiàn)高陡構(gòu)造，地層傾角很大。這種復(fù)雜的地表?xiàng)l件和地下構(gòu)造使得地震資料品質(zhì)很差。

1.1 表層地震地質(zhì)特征

山地帶的表層縱向和橫向巖性、速度及厚度變化均較大，給表層靜校正、地震波激發(fā)及接收帶來較大的影響。山地帶的表層可以分為以下幾種類型：

（1）山前第四系沖積帶型地表。這種表層是由水沖積山地的巖石或風(fēng)化而成，起伏不大，往往具有3層結(jié)構(gòu)：地表為泥土和礫石混合而成，這一層為低速層；其下為泥土與礫石互層，這一層稱為降速層；降速層之下為高速層，以巨厚礫石居多。

（2）山地老地層出露型地表。地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生大量的逆掩推覆現(xiàn)象，把老地層推到地表，從而使老地層出露地表。這種地表起伏大，地層傾角陡，分布在山地的頂部。

（3）山地風(fēng)化礫石型地表。老地層出露地表后，由于受到水流及風(fēng)化作用，老地層之上覆蓋有幾米厚的礫石或風(fēng)化層，同樣這種地表分布的山腰部位，地表起伏大，地層傾角陡。

（4）山地老地層破碎型地表。強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得出露的地表破碎，這類地表往往有風(fēng)化物填充。

1.2 深層地震地質(zhì)特征

山地帶多屬于前陸盆地的逆沖褶積帶，斷裂發(fā)育，構(gòu)造變形強(qiáng)烈，地質(zhì)結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜。由于地層的擠壓作用，形成逆沖構(gòu)造，有的地段出露地表，使得地層傾角很大，并且斷裂非常發(fā)育。

2 地震資料特點(diǎn)

2.1 原始資料

山地帶由于表層復(fù)雜，且溝壑縱橫，因此，原始資料上淺層折射、面波、側(cè)面干擾及源致次生干擾等線性干擾相當(dāng)發(fā)育，加上突出的靜校正問題，原始記錄上表現(xiàn)為資料信噪比非常低。

2.2 地震剖面

從地震剖面來看，首先是在斷裂帶資料的信噪比低，表現(xiàn)為：①同相軸不連續(xù)；②斷層十分發(fā)育；③同相軸傾角大；④由于逆沖推覆的原因，地層出現(xiàn)重復(fù)。

3 復(fù)雜山地地震勘探數(shù)據(jù)采集特點(diǎn)

山地近地表地質(zhì)條件主要可以概括為3種類型：一是地表有黃土覆蓋的山地；二是巖石直接出露的山地；三是地表為礫石或黃土與礫石混合、膠結(jié)程度不等的河床和山前破碎帶。復(fù)雜的山地地表地質(zhì)條件一般都包含有這3種類型。因黃土與礫石覆蓋厚度的不同，下伏巖性的不同，近地表地質(zhì)結(jié)構(gòu)存在著較大的非一致性。復(fù)雜的近地表地震地質(zhì)條件下，不僅使地震資料采集難度增大，同時(shí)使采集方式有著與一般地表地質(zhì)條件下不同特點(diǎn)。

3.1 山地激發(fā)方式及特點(diǎn)

鑒于山地不同的地表地質(zhì)條件，成孔方式一般以山地鉆及空氣液壓沖鉆為主，輔以鑿眼機(jī)及人工挖孔激發(fā)：①?zèng)_積黃土分布區(qū)激發(fā)孔深至潛水面以下，坑炮或小于1m井深，激發(fā)不出能量強(qiáng)的反射波；②基巖裸露區(qū)激發(fā)孔穿過風(fēng)化層至原生基巖內(nèi)1m，激發(fā)效果由巖石的堅(jiān)固系數(shù)決定。另外，炸藥速度及直徑與巖石介質(zhì)速度和成孔直徑一致時(shí)激發(fā)地震波的能量最強(qiáng)，因此，炸藥與巖土必須采用有效方法實(shí)現(xiàn)最佳藕合，點(diǎn)狀形或扁狀形炸藥比柱狀形炸藥效果好。崖坎處不宜布置激發(fā)點(diǎn)。

3.2 山地接收方式及特點(diǎn)

由于山地地表地質(zhì)條件變化巨大，測線布置及檢波器埋置困難，反射波頻帶寬度不均勻。因此，一般選用諧振頻率較高（如60Hz、100Hz）的檢波器接收；三維地震勘探對于高差起伏變化大的山地采用三維塊狀矩陣觀測系統(tǒng)接收，高差起伏變化不大的山地采用三維束狀規(guī)則觀測系統(tǒng)。檢波器埋置：①堅(jiān)硬基巖裸露區(qū)用硬石膏將檢波器粘結(jié)在基巖上或用風(fēng)化土埋緊壓實(shí)檢波器；②在風(fēng)化層分布區(qū)，要撥去浮土，墊上粘土或沙土，增加藕合力；③在耕植土或坡積土分布區(qū)，挖20～30cm淺坑，將檢波器插緊埋實(shí)；④山前礫石分布區(qū)應(yīng)盡量剝除礫石將檢波器埋置在基土上；⑤在山坡及崖坎處，檢波器埋置在臨近基巖露頭的地方。

3.3 山地干擾波的特點(diǎn)

主要干擾波有面波、聲波、淺層折射波、多次折射波、側(cè)面波、次生干擾波等；克服干擾波的方法以悶井激發(fā)，在低降速層下激發(fā)，較大偏移距激發(fā)可以取得較好效果。

4 復(fù)雜山地地震勘探采集技術(shù)

復(fù)雜地形條件下的地震資料采集除要有特定的施工設(shè)備外，還要有與之相適應(yīng)的觀測系統(tǒng)、行之有效的施工方法和采集參數(shù)，才能確保獲得較高質(zhì)量的原始資料。下面幾方面是我們重點(diǎn)要考慮的。

4.1 觀測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

觀測系統(tǒng)的確定，需結(jié)合測區(qū)的地震地質(zhì)條件、有效波的賦存特點(diǎn)和干擾波的特征進(jìn)行計(jì)算和試驗(yàn)確定，要從接收能量和幅度均勻性考慮排列長度。觀測系統(tǒng)的選擇還需要考慮地質(zhì)任務(wù)的要求和近地表情況。巖性勘探要盡可能選擇寬方位觀測，構(gòu)造勘探可以選擇窄方位觀測。地表激發(fā)條件好的地區(qū)，可以多激發(fā)，否則要多用道接收。同時(shí)要根據(jù)地表情況來選擇激發(fā)震源和相應(yīng)的觀測系統(tǒng)。對山地勘探而言，要盡量選擇有利于提高施工效率的觀測系統(tǒng)。

最小炮檢距選擇以波場調(diào)查為依據(jù)，要根據(jù)淺層勘探程度和震源產(chǎn)生的干擾波進(jìn)行選擇。最小炮檢距和接收線距的選擇，主要是滿足接收到最淺目的層足夠的反射信息。

最大炮檢距的選擇要考慮以下因素：最深目的層的埋深；有效“地震窗”；同時(shí)要滿足處理方面的要求，即滿足動(dòng)校拉伸和速度分析精度的要求；接收排列內(nèi)反射系數(shù)相對穩(wěn)定。

4.2 激發(fā)井位、井深、藥量的選擇

激發(fā)是影響地震記錄質(zhì)量的重要因素，如果激發(fā)不出有效的彈性波能量，再好的接收條件也無濟(jì)于事，所以激發(fā)有效波必須具備：頻帶較寬；有較高的信噪比和良好的重復(fù)性。山區(qū)復(fù)雜的地表?xiàng)l件，決定了要因地制宜的選擇激發(fā)井位、井深和藥量。

山區(qū)表層縱橫向巖性及速度變化均較大，使用一個(gè)固定的激發(fā)井深難以獲得理想的資料，因此勘探過程中的激發(fā)井深及激發(fā)巖性的選擇非常重要，適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)井深及好的激發(fā)巖性可以取得較高品質(zhì)的原始資料。利用小折射、微測井及巖性錄井等措施做詳細(xì)的表層結(jié)構(gòu)調(diào)查，且要根據(jù)出露地表的情況來對表層進(jìn)行劃分，劃分出低速層、降速層及高速層等，且畫出表層結(jié)構(gòu)縱剖面圖，以此可以逐點(diǎn)進(jìn)行激發(fā)井深設(shè)計(jì)。一般情況下均要設(shè)計(jì)在高度層中激發(fā)，其效果最好；如果井深達(dá)不到高速層，則要設(shè)計(jì)在降速層激發(fā)，且要考慮多井組合。

目前經(jīng)驗(yàn)表明：炸藥的速度與密度是密切相關(guān)的，即速度越高、密度也越大。選擇炸藥也要充分考慮激發(fā)巖性的速度和密度，為了有好的阻抗匹配，要求炸藥的速度與圍巖的速度越接近越好。因此，根據(jù)試驗(yàn)表明，在出露的老地層中激發(fā)可以選用速度較高的中密度、高密度炸藥；在速度較低的風(fēng)化層中激發(fā)時(shí)可以選用速度較低的中密度或低密度炸藥。但是，由于密度低的炸藥激發(fā)時(shí)不穩(wěn)定或拒爆，因此，山地施工中大多選用密度較高的炸藥。

4.3 檢波器的選擇與布設(shè)

檢波器要有足夠的靈敏度、較寬的響應(yīng)頻帶、合適的自然頻率、振幅與相位誤差在規(guī)定的誤差范圍內(nèi)。檢波器的布設(shè)要與地面充分耦合好，必要時(shí)用石膏粘牢，或挖坑埋實(shí)。有時(shí)為了壓制干擾、提高信噪比，需要通過試驗(yàn)對檢波器進(jìn)行組合設(shè)計(jì)。

4.4 接收道距與覆蓋次數(shù)的確定

為了不產(chǎn)生空間假頻，必須滿足采樣定理要求，道間距小于有效波最小視波長的二分之一。增加疊加次數(shù)，可壓制隨機(jī)干擾，加強(qiáng)相干信號，從而使信噪比得到提高。一般情況下，山區(qū)地震勘探的覆蓋次數(shù)較平原地區(qū)要高。

覆蓋次數(shù)的選擇直接影響壓制干擾波的效果，影響有效波能量，即直接影響資料的信噪比。為保證豐富的反射信息和資料處理的方便性，覆蓋次數(shù)的選擇需要考慮Crossline方向自動(dòng)剩余靜校正及速度分析精度，即必須保證縱、橫向覆蓋次數(shù)相對比較均衡。一般的經(jīng)驗(yàn)是，三維勘探覆蓋次數(shù)不低于二維覆蓋次數(shù)的三分之二。

4.5 地表結(jié)構(gòu)的調(diào)查

山地帶地表由于受風(fēng)化作用等作用，縱橫向變化大，為給靜校正提供準(zhǔn)確的資料，以達(dá)到嚴(yán)密控制低速帶的目的，一般采用初至折射法，相遇時(shí)距曲線觀測系統(tǒng)。地面檢波點(diǎn)距0.5～1.0m，12～24道接收，激發(fā)點(diǎn)在接收道的兩端，采用雷管爆炸激發(fā)的方式。

4.6 干擾波的特性分析及壓制

復(fù)雜地區(qū)地震勘探的一個(gè)重要問題是噪聲問題，對復(fù)雜地區(qū)的地震勘探而言其噪聲類型繁多，嚴(yán)重影響資料品質(zhì)，因此，如何壓制干擾波是復(fù)雜區(qū)地震勘探的主要問題之一。

山地地震勘探中的干擾大致可分為環(huán)境干擾和激發(fā)后的半生與次生干擾2大類。因此，要進(jìn)行波場調(diào)整，并針對資料影響較大的干擾設(shè)計(jì)組合圖形，壓制干擾，提高資料的信噪比。根據(jù)干擾波的特征，把沿測線方向最強(qiáng)的一束干擾波作為主測線組合檢波的壓制對象或組合檢波縱向組合基距的考濾對象；把垂直測線方向最強(qiáng)的一束干擾波作為聯(lián)絡(luò)測線組合檢波的壓制對象或組合檢波橫向組合基距的考濾對象；還可以通過適當(dāng)?shù)奶岣叩卣饍x器低截濾波參數(shù)或使用高頻檢波器進(jìn)行壓制。

4.7 規(guī)則與不規(guī)則觀測的三維聯(lián)合勘探

在復(fù)雜的山地地表?xiàng)l件下，進(jìn)行正常的規(guī)則三維勘探勢必造成資料品質(zhì)非常之差。為此，結(jié)合衛(wèi)星圖片實(shí)地踏勘，圈定特殊觀測區(qū)域，整體考慮幾束線之間覆蓋次數(shù)的相互補(bǔ)償；充分利用局部的有利地形，通過在平面任意方向上的炮點(diǎn)加密和炮檢點(diǎn)靈活布設(shè)，以彌補(bǔ)特定觀測區(qū)域目的層的有效覆蓋次數(shù)，保證特殊地段地下資料的完整性。

4.8 精細(xì)的表層結(jié)構(gòu)調(diào)查和分析

對于復(fù)雜地區(qū)，采用表層結(jié)構(gòu)的分區(qū)調(diào)查方法：

（1）表層地質(zhì)調(diào)查；

（2）小折射和常規(guī)微測井調(diào)查；

（3）超深微測井；

（4）淺層地震反射；

（5）露頭微測井；

（6）露頭高程調(diào)查；

（7）黃土山速度調(diào)查；

（8）非地震表層調(diào)查；

（9）地質(zhì)雷達(dá)表層調(diào)查。

4.9 多種靜校正方法聯(lián)合應(yīng)用

復(fù)雜地區(qū)由于具有地表高程起伏大、低降速帶厚度變化劇烈、橫向巖性和速度變化快等特點(diǎn)，在以往的表層資料數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，通過小折射、微測井、地質(zhì)露頭調(diào)查、山體速度調(diào)查、巖性錄井等手段，獲取精細(xì)的表層調(diào)查資料，應(yīng)用綜合建模技術(shù)，建立高精度表層模型，采用以模型為主的厚層模型法和初至折射法等野外綜合靜校正方法，計(jì)算靜校正量，以消除表層低降速帶變化對資料可靠程度的影響。

5 結(jié)論

復(fù)雜山地發(fā)育的干擾波類型多種多樣，需要針對不同地方的干擾波發(fā)育情況制定有針對性的壓制措施；針對山地地區(qū)復(fù)雜的地形和地質(zhì)特點(diǎn)，進(jìn)行針對地質(zhì)目標(biāo)的觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)；優(yōu)選激發(fā)耦合條件，不能片面強(qiáng)調(diào)激發(fā)點(diǎn)位的均勻性，井深的選取應(yīng)主要以巖性的變化為選取標(biāo)準(zhǔn)；勘探區(qū)是否適合采用可控震源激發(fā)，在實(shí)際生產(chǎn)中必須通過試驗(yàn)，根據(jù)勘探區(qū)的實(shí)際情況確定。新型震源技術(shù)的應(yīng)用，是保證山地地震野外資料數(shù)據(jù)采集完整性的有效手段之一。

隨著山地地震勘探的不斷深入，對山地地震勘探的要求越來越高，例如山地高分辨率地震勘探和山地淺層地震勘探都已對地震采集技術(shù)提出了更高的要求。需要結(jié)合研究區(qū)的地震地質(zhì)條件，進(jìn)一步開展山地地震采集方法和技術(shù)的研究，為山地地震勘探提供服務(wù)。

[1]沙仁祥，等.山地地震勘探野外資料數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究[J].黑龍江科技信息,2010.

[2]陳國忠，等.山地復(fù)雜地形條件下的三維地震勘探方法[J].能源技術(shù)與管理,2009.

[3]鄧志文.復(fù)雜山地地震勘探[M].石油工業(yè)出版社,2006.

[4]郭龍芳,張建民.復(fù)雜地區(qū)三維地震勘探實(shí)例研究[J].山東煤炭科技,2011.

[5]徐成明,王云.地表復(fù)雜地區(qū)煤田地震勘探方法及效果[J].物探與化探,2001.

[6]李懷禮,張璽.淺析復(fù)雜地區(qū)地震勘探數(shù)據(jù)采集技術(shù)[J].西部探礦工程，2007.

[7]李倩秀,張奮軒,曹新領(lǐng).復(fù)雜地區(qū)野外數(shù)據(jù)采集方法研究[J].陜西煤炭,2009,28（1）.

[8]趙紹廣.復(fù)雜地區(qū)地震勘探的激發(fā)條件研究[D].吉林大學(xué), 2013.

[9]李華科,魏艷.地表復(fù)雜地區(qū)地震勘探采集技術(shù)新方法[J].內(nèi)蒙古石油化工,2010.

[10]孫得福，等.石油勘探復(fù)雜區(qū)域地震數(shù)據(jù)采集技術(shù)[J].內(nèi)蒙古石油化工,2005.

Analysis on DataAcquisition of Seismic Exploration in the ComplexArea

CHENG Chun-ling,DAI Jing-zhi
(Shanxi Coal Geological Exploration Institute 115, Datong Shanxi 037003,China)

The complicated seismic and geological conditions and adverse circumstances in the complex mountain terrain surface result in poor shooting and receiving conditions,low the signal-tonoise ratio of raw data,and critical static correction problem;The complex geological conditions of the complex mountain terrain make the seismic wave field unsystematic,the actual situation and basic model of exploration hypothesis differs very far,leading the seismic data imaging difficult.Focusing on above difficulties,the skill characteristics of data acquisition of seismic exploration in the complex mountain terrain are analyzed and providing some guidance for seismic exploration in the complex mountainous terrain.

complex mountain area；seismic prospecting；data acquisition

P631.4

B

1004-5716（2015）03-0115-04

2014-09-11

陳春嶺（1971-），男（漢族），河南鄧州人，工程師，現(xiàn)從事物探技術(shù)工作。