彎線地震勘探技術(shù)在中深部找煤中的應(yīng)用

李 傳 輝

(山西省地球物理化學(xué)勘查院，山西 運(yùn)城 044000)

彎線地震勘探技術(shù)在中深部找煤中的應(yīng)用

李 傳 輝

(山西省地球物理化學(xué)勘查院，山西 運(yùn)城 044000)

詳細(xì)介紹了彎線地震勘探的技術(shù)基礎(chǔ)及其重要采集參數(shù)的選取原則，以河?xùn)|煤田中南部彎線地震勘探為例，研究了彎線地震勘探多方法聯(lián)合設(shè)計(jì)技術(shù)及在采集中所采用的重要技術(shù)措施，并結(jié)合原始單炮記錄和時間剖面對應(yīng)用效果進(jìn)行分析。

地震勘探，彎線技術(shù)，覆蓋次數(shù)

0 引言

河?xùn)|煤田中南部地處黃土高原，汾河下游，為典型的黃土覆蓋區(qū)，經(jīng)長期風(fēng)化和侵蝕再加上流水等自然應(yīng)力作用，水土流失嚴(yán)重，樹枝狀沖溝十分發(fā)育，形成溝壑縱橫、溝深壁陡、支離破碎的復(fù)雜地形。溝谷多呈“V”字形和“U”字形，近東西或北東—南西向?yàn)橹?，植被稀少，水土流失?yán)重。

黃土覆蓋層厚度的劇烈變化、地形的大幅度起伏、含水性的巨大差異及明顯的各向異性，如果采用傳統(tǒng)的直測線地震勘探方法，很難取得較佳的地震資料。根據(jù)彎線地震勘探測線靈活布設(shè)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合該區(qū)溝系發(fā)育的地形特征，彎線地震勘探技術(shù)改善了激發(fā)和接收條件，減小了初至折射多次波、面波、隨機(jī)干擾和次生干擾等噪聲的影響，提高了該區(qū)地震勘探技術(shù)的應(yīng)用效果，因此彎線地震勘探技術(shù)在該區(qū)是一種行之有效的方法。

1 彎線地震勘探的技術(shù)基礎(chǔ)

彎線地震勘探測線炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)非共線性的特點(diǎn)，決定了CDP所對應(yīng)反射點(diǎn)的分布是分散的。由于分布離散的反射點(diǎn)，影響資料疊加效果和勘探精度。因此在布設(shè)勘探線時，必須在對勘探區(qū)已知的地質(zhì)和物探資料進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上，來分析和估算彎線采集的時間、空間條件和反射點(diǎn)分散度。

1.1 時間條件

理論和實(shí)踐證明，只要當(dāng)動校正后的剩余時差小于1/4反射波視周期時，復(fù)合波形的形狀沒有變化，疊加都可以使反射波得到加強(qiáng)。因此，從共反射面元內(nèi)各道的可疊加性來考慮，離散反射點(diǎn)之間的最大時差應(yīng)滿足：

Δtmax≤T/4。

其中，Δtmax為動校正后剩余時差；T為有效波的視周期。

1.2 空間條件

共反射面元的選擇應(yīng)滿足可疊加條件，在水平界面情況下，理論上面元尺寸可取任意大，但實(shí)際上，面元取得越大，疊加平均效應(yīng)影響越大，甚至造成畸變，導(dǎo)致錯誤結(jié)果。一般在地層傾角較小的地區(qū)，面元可以適當(dāng)?shù)倪x大些，在滿足時間條件的前提下，以能分辨小斷塊和短界面反射為宜，線性長度Dx不宜過大，橫向?qū)挾菵y可選大些，以利于增加疊加次數(shù)改善剖面質(zhì)量。

因此一般反射面元的大小為：

其中，Δx為道間距；Δtmax為動校正后剩余時差；v為目的層以上介質(zhì)的速度；φ為地層傾角；φ為測線與地層傾向間的夾角。

1.3 分散度

在彎曲測線的總體趨勢發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折時，一個完整的排列在轉(zhuǎn)折點(diǎn)的兩邊圍成一個等腰三角形，等腰三角形的高為最大分散范圍。最小炮檢距在轉(zhuǎn)折點(diǎn)兩邊折線段上圍成的等腰三角形的高為最小分散范圍。兩個分散范圍的差即為炮檢中點(diǎn)的分散度。

其公式可簡寫為：

其中，L為排列長度；θ為轉(zhuǎn)折角度；l為分散度；μ為偏移距。

對反射點(diǎn)分散度的計(jì)算及其分布規(guī)律的分析，有利于輔助確定合適的觀測系統(tǒng)。

因此，在施工中應(yīng)盡量使用小道距、小排列、小轉(zhuǎn)折角，以保證彎線的炮檢中點(diǎn)位置分布在較小的范圍內(nèi)。

2 重要采集參數(shù)分析

2.1 有效疊加次數(shù)

彎線地震勘探中的疊加次數(shù)是由CDP面元內(nèi)反射點(diǎn)的數(shù)目來決定的，它受測線的彎曲程度控制，即疊加次數(shù)等于共反射面元內(nèi)具有有效疊加性的炮檢中心點(diǎn)的個數(shù)。而所謂有效疊加性是指CDP面元疊加遵循的空間條件、時間條件。因此，彎線地震勘探中的疊加次數(shù)是一個統(tǒng)計(jì)數(shù)字，疊加次數(shù)是不均勻的。

為保證彎線勘探中的疊加次數(shù)，在設(shè)計(jì)時需對CDP面元中的反射點(diǎn)密度進(jìn)行估算，在測線彎曲度較大地段，疊加次數(shù)得不到保證時，應(yīng)在轉(zhuǎn)折處適當(dāng)加密炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)，適當(dāng)縮小道距和排列長度，用減少中心點(diǎn)分散度的辦法來增加疊加次數(shù)。

2.2 道距

直測線地震勘探中道距選擇的一般要求滿足：時間剖面上反射波不出現(xiàn)空間假頻、偏移時不產(chǎn)生偏移噪聲、疊前二維濾波要求野外記錄不出現(xiàn)空間假頻和滿足橫向分辨率的要求。即滿足：

Δx≤vint/(2fmaxsinθ)。

其中，Δx為道間距；fmax為最高無混疊頻率；vint為反射層之上的層速度。

彎線地震勘探中道距的選擇，除參照直測線的要求外，還應(yīng)考慮彎線疊加特點(diǎn)。面元沿測線方向的邊長(Dx)，一般取道距的一半，因此，道距的選擇應(yīng)主要考慮影響疊加的時間條件、空間條件及疊加次數(shù)，同時也要考慮地下地質(zhì)條件的復(fù)雜情況和壓制多次反射的效果以及施工效率。

2.3 炮檢距

近炮檢距接收的信息，各種干擾較強(qiáng)，而較大炮檢距所接收的信息干擾較弱，具有較高的信噪比。因此，最大炮檢距的選擇要綜合考慮以下因素：最深目的層的埋深、有效“地震窗”、滿足動校拉伸、滿足速度分析精度的要求、接收排列內(nèi)反射系數(shù)應(yīng)相對穩(wěn)定和有利于減小共反射面元內(nèi)反射點(diǎn)的離散度等。

最小炮檢距主要考慮滿足接收到最淺目的層足夠的反射信息，同時盡可能地避開聲波、面波強(qiáng)干擾區(qū)及可能產(chǎn)生折射波及淺層折射波的干涉等影響因素。

3 彎線地震資料采集應(yīng)用實(shí)例

勘探區(qū)位于鄂爾多斯聚煤盆地東緣，河?xùn)|煤田中南部，勘探程度較低，斷裂構(gòu)造發(fā)育情況不詳，僅知東部有紫荊山斷裂?？傮w為近南北走向，西傾的單斜構(gòu)造，構(gòu)造相對簡單。區(qū)內(nèi)主要可采煤層為山西組2號煤和太原組9號煤，其層間距70 m～110 m，2號、9號煤層在勘探區(qū)內(nèi)埋深約為1 000 m～1 500 m，煤系地層基底為奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r。

勘探區(qū)為典型的黃土高原地貌，淺表層地震地質(zhì)條件復(fù)雜多變，常規(guī)的直測線地震勘探無法滿足本次勘探的要求，為此，在本區(qū)采用了彎線地震勘探技術(shù)。

3.1 多方法聯(lián)合彎線設(shè)計(jì)技術(shù)

為了進(jìn)一步解決彎線地震反射點(diǎn)離散、覆蓋次數(shù)不均勻、共反射面元內(nèi)炮檢距分布不均勻等問題，采用多種方法聯(lián)合設(shè)計(jì)的采集施工流程。

1)用正、反演模型確定疊加面元的大小。

設(shè)計(jì)厚度50 m，在500 m范圍內(nèi)尖滅的楔形構(gòu)造，其正演剖面分別用寬度為50 m，100 m，200 m，500 m四種面元疊加，再用道積分方法反演計(jì)算其厚度和范圍的變化，反演結(jié)果表明，隨著疊加面元的增大，誤差加大。當(dāng)疊加面元寬度小于200 m時，最大厚度誤差約3.3 m，最大誤差范圍約50 m，故確定疊加面元寬度不大于200 m。利用美國綠山公司MESA野外設(shè)計(jì)軟件，精確設(shè)計(jì)野外炮點(diǎn)位置，使共反射點(diǎn)集中于最小范圍，并優(yōu)化了CDP面元屬性，使各面元間有效覆蓋次數(shù)盡可能分布均勻，面元內(nèi)炮檢距分布盡量合理，方位角變小。

2)野外施工步驟。

野外施工分踏勘、初測、調(diào)整、采集、二次測量等步驟。

a.踏勘。開工前，首先組織物探、地質(zhì)、測量、成孔、放線人員對測線進(jìn)行詳細(xì)實(shí)地踏勘，選好測線，確定出炮點(diǎn)。

b.初測。按照踏勘時實(shí)地確定的測線和炮點(diǎn)，測出初選炮檢點(diǎn)的坐標(biāo)及高程。

c.調(diào)整。將初測的炮檢點(diǎn)坐標(biāo)輸入計(jì)算機(jī)，采用MESA野外設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行模擬放炮，得到地下CMP反射點(diǎn)分布圖。在此圖上做解釋線，調(diào)整炮點(diǎn)，使解釋線上各CDP面元內(nèi)的有效覆蓋次數(shù)分布均勻，且方位角變小，炮檢距分布較均勻，既有近炮檢距，又有遠(yuǎn)炮檢距。

d.采集。野外嚴(yán)格按照室內(nèi)設(shè)計(jì)調(diào)整后的炮點(diǎn)打井(一般排列不再調(diào)整)放炮。

e.二次測量。野外測量緊隨排列實(shí)測炮檢點(diǎn)坐標(biāo)與高程，保證偏移后的炮檢點(diǎn)成果真實(shí)可靠。

3)靈活多變的觀測系統(tǒng)。

黃土源溝梁區(qū)由于受地形、地物和表層地震地質(zhì)條件等限制，常規(guī)觀測系統(tǒng)難以滿足勘探要求，只能根據(jù)不同地表?xiàng)l件，因地制宜采用靈活多變的觀測系統(tǒng)。

本次資料采集采用單邊觀測系統(tǒng)，所選參數(shù)分別為：道間距10 m、最大炮檢距1 230 m、最小炮檢距40 m、覆蓋次數(shù)30次。

在資料采集中，除使用單邊觀測系統(tǒng)外，還使用了對稱觀測系統(tǒng)、不對稱觀測系統(tǒng)、在測線轉(zhuǎn)角兩側(cè)采用加密炮點(diǎn)觀測系統(tǒng)、測深點(diǎn)(段)觀測系統(tǒng)。

3.2 彎線地震資料采集的技術(shù)措施

經(jīng)過對彎線地震勘探技術(shù)基礎(chǔ)和重要采集參數(shù)的分析可知，在施工中應(yīng)采取如下技術(shù)措施：

1)測線沿溝谷底部布設(shè)測線，轉(zhuǎn)折角一般不超過30°，測線轉(zhuǎn)折點(diǎn)盡量位于炮點(diǎn)距或檢波點(diǎn)距處。

2)在測線彎度較大的地段，根據(jù)野外實(shí)測的拐點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算出炮檢中心點(diǎn)的平面散點(diǎn)圖，在實(shí)地成孔條件簡單的情況下進(jìn)行炮點(diǎn)加密的方法，提高炮檢中心點(diǎn)密度，增加覆蓋次數(shù)；在實(shí)地成孔條件復(fù)雜困難的情況下，采取變觀的方法，達(dá)到增加覆蓋次數(shù)的目的。

3)采用小道距、小偏移距、高采樣率、高頻檢波器、中高爆速炸藥、適中藥量、單深井、組合深井等高面激發(fā)等技術(shù)措施。

3.3 效果分析

1)原始資料分析。

通過對原始資料分析，可知本區(qū)原始采集資料初至波清晰，目的層反射波組豐富、清晰，同相軸連續(xù)性好，波形比較穩(wěn)定，煤層反射波組能量中～強(qiáng)、頻率高、信噪比高；干擾波主要是一定強(qiáng)度的瑞雷面波、炮點(diǎn)聲波、折射多次和隨機(jī)噪聲，但對目的層反射波組影響不大，說明本次地震勘探采用沿主要溝谷布設(shè)的彎曲測線施工方法正確，技術(shù)措施得力，觀測系統(tǒng)選擇合理。

2)時間剖面分析。

從試處理的時間剖面可以看出，目的層(2號、9號煤層)反射波齊全，波形穩(wěn)定、能量強(qiáng)，頻率高，同相軸連續(xù)性好，可連續(xù)追蹤，完全能夠反映出煤層的構(gòu)造特征；其次，淺層和深層亦有較連續(xù)的反射同相軸。

[1] 包吉山，朱光明，錢宗良，等.彎曲測線多次覆蓋方法[J].石油物探,1979(1)：22.

[2] 熊 翥.彎曲測線多次覆蓋資料處理[J].石油地球物理勘探,1979(5)：69-71.

[3] 曹金聲.地震炮點(diǎn)接收點(diǎn)偏移問題以及彎線處理中的網(wǎng)格問題的討論[J].石油物探,1980(1)：26.

[4] 程 江.彎曲測線多次覆蓋[J].石油地球物理勘探,1980(3)：111.

Application of crook seismic prospecting technology in medium-deep coal survey

Li Chuanhui

(ShanxiGeophysicalChemistryProspectingInstitute,Yuncheng044000,China)

The paper mainly introduces crook seismic prospecting technology base and parameters selecting principles, takes medium south crook seismic prospecting of Hedong coal field as an example, studies crook seismic prospecting joint technologies and major technological measures, and finally analyzes its application effect by combining with original single shot record and time section.

seismic prospecting, crook technology, folds

1009-6825(2015)07-0072-02

2014-12-29

李傳輝(1980- )，男，助理工程師

TU435

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