可控震源在煤田勘查中的應(yīng)用

張寅丹 　孫海川

[摘要]利用可控震源技術(shù)對(duì)甘肅省肅北縣某勘查區(qū)進(jìn)行找煤勘查，在勘查區(qū)典型地段進(jìn)行試驗(yàn)，證實(shí)了可控震源技術(shù)在該區(qū)的有效性，得出了適合該區(qū)的施工參數(shù)，在精細(xì)施工的前提下，對(duì)資料進(jìn)行解釋，最終推斷出該區(qū)地層的賦存情況，提供參數(shù)驗(yàn)證孔位，研究結(jié)果為后續(xù)的鉆探和找煤工作提供了依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]可控震源 試驗(yàn) 地質(zhì)成果

[中圖分類號(hào)] F407.1 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-9-286-2

0引言

近年來(lái)，如何在地震地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)，取得較好的地震勘探效果成為勘探工作者最為關(guān)心的問(wèn)題之一，特別是鉆井困難，使用炸藥震源存在困難的地區(qū)。可控震源技術(shù)因不受成孔限制已被廣泛應(yīng)用于煤田勘查中。本文通過(guò)對(duì)甘肅省肅北縣某勘查區(qū)的應(yīng)用分析，總結(jié)了可控震源在該區(qū)找煤勘查中的實(shí)用性和有效性。

1可控震源激發(fā)特點(diǎn)

炸藥震源雖然是一種理想震源，但施工的危險(xiǎn)性大，成本費(fèi)用高，更重要的是在無(wú)法鉆井，嚴(yán)重缺水地區(qū)（如戈壁、沙漠），使用炸藥震源存在嚴(yán)重困難，另外，有時(shí)不同爆炸點(diǎn)所產(chǎn)生的脈沖不一致，影響記錄面貌的一致性和穩(wěn)定性[1]?？煽卣鹪磩t克服了這些弊端，它采用小震源多次激發(fā)，以適當(dāng)?shù)牡凸β试诘乇沓掷m(xù)較長(zhǎng)時(shí)間地向地下激發(fā)信號(hào)，將所得到信號(hào)做垂直疊加，來(lái)達(dá)到尋找各種地質(zhì)目標(biāo)的地球物理勘探方法。具有施工效率高、成本低、激發(fā)頻率和振幅可以控制等優(yōu)點(diǎn)[2]。

2實(shí)例分析

2.1勘查區(qū)地質(zhì)

勘查區(qū)屬青藏區(qū)向新蒙區(qū)過(guò)渡的荒漠地帶，為中低山及丘陵區(qū)地貌，海拔標(biāo)高一般為1400～2000m，晝夜溫差懸殊，降水量少，蒸發(fā)量大。

勘查區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)為第四系和新近系覆蓋，區(qū)內(nèi)地層自下而上有：中侏羅下統(tǒng)芨芨溝群、中侏羅中統(tǒng)沙婆泉群、中侏羅上統(tǒng)沙棗河組，白堊系下統(tǒng)老樹(shù)窩群，新近系上新統(tǒng)苦泉組，更新統(tǒng)及全新統(tǒng)。其中沙婆泉群為含煤地層。

2.2勘查區(qū)地震地震條件

本區(qū)淺層第四系分布廣泛，以砂礫石、礫石、亞沙土層覆蓋，厚度不大，多透水而不含水。在厚度較大的洼地及溝谷處賦存孔隙潛水，水位埋深均小于3m，含水層厚度0.5～3m，這些地段淺層地震地質(zhì)條件一般。區(qū)內(nèi)還有很多比高在10m左右的沙丘存在，沙丘松散層對(duì)地震波有較強(qiáng)的吸收作用，不利于地震波的傳播，此外區(qū)內(nèi)淺層普遍存在的沙礫石對(duì)激發(fā)孔的成孔帶來(lái)一定的困難?？傮w上來(lái)看，本區(qū)的淺層地震地質(zhì)條件差。

根據(jù)鄰區(qū)地震勘探經(jīng)驗(yàn)，該區(qū)主要煤層，與圍巖的波阻抗差異較大，可以形成良好反射界面。煤層反射波多以復(fù)合波出現(xiàn)。但由于該區(qū)煤層不穩(wěn)定，變化大，本區(qū)深層地震地質(zhì)條件一般。

2.3工作方法

勘查區(qū)施工采用可控源地震勘探方法。施工前做了充分的參數(shù)試驗(yàn)，具體分析情況如下：

2.3.1出力大小試驗(yàn)

地震勘探基本要求之一就是地震波要有足夠的能量，以查明地下數(shù)千米范圍內(nèi)地層的構(gòu)造形態(tài)。為了保證地震波有足夠的能量，震源出力大小至關(guān)重要。本次試驗(yàn)以兩次震動(dòng)，掃描長(zhǎng)度14s，掃描頻率20～110Hz，檢波器5串拉開(kāi)，組內(nèi)距1m，組合基距4m，出力75%、85%做對(duì)比（圖1），單炮記錄上深層反射波層位上無(wú)明顯區(qū)別，但在記錄面貌上出力85%的相對(duì)于出力75%的略有改善。

2.3.2振動(dòng)次數(shù)試驗(yàn)

以掃描長(zhǎng)度14s，震源出力85%，掃描頻率20～110Hz，檢波器5串拉開(kāi)，組內(nèi)距1m，組合基距4m，1次、2次、3次震動(dòng)做對(duì)比（圖2），記錄上2次震動(dòng)相對(duì)于1次震動(dòng)在記錄面貌上有所改善，且2次震動(dòng)的地震初至波相對(duì)于3次震動(dòng)更加清晰。

2.3.3生產(chǎn)參數(shù)確定

通過(guò)試驗(yàn)分析及結(jié)合勘查區(qū)地質(zhì)特征，最終采用以下施工參數(shù)：

①激發(fā)：掃描長(zhǎng)度14s，震源出力85%，震動(dòng)次數(shù)2次，掃描頻率20～110Hz。

②接收：采用60Hz檢波器5串拉開(kāi)，組內(nèi)距1m，組合基距4m。

③儀器：采用加拿大產(chǎn)AriesⅡ型數(shù)字地震儀，采樣率1ms，記錄長(zhǎng)度2s，記錄格式SEG-Y。

④觀測(cè)系統(tǒng)：中點(diǎn)激發(fā)，道距10m，接收道數(shù)120道。

2.4資料解釋

利用以上地震采集參數(shù)，通過(guò)精細(xì)施工，獲得了較好的地震資料（圖3）。全線主要發(fā)育3組反射波，由淺至深依次命名為T1波、T2波、T3波。

T1波：在180～300ms之間，以2個(gè)正相位，1個(gè)負(fù)相位的形式出現(xiàn)，振幅較弱，能量變化較大，連續(xù)性較差，但總體而言，全線基本可以連續(xù)追蹤識(shí)別，初步分析認(rèn)為T1波可能為新近系底界反射波。

T2波：在190～410ms之間，以2個(gè)正相位，1個(gè)負(fù)相位的形式出現(xiàn)，振幅較強(qiáng)，連續(xù)性較好，是該線上能量較強(qiáng)的反射波，全線可連續(xù)追蹤，初步分析認(rèn)為T2波可能為侏羅系內(nèi)部反射波。

T3波：在420～690ms之間， 表現(xiàn)為一個(gè)弱負(fù)相位，波形不穩(wěn)定，連續(xù)性差，其上部為平行狀反射，下部為亂崗狀反射，全線大部分地段可連續(xù)追蹤，初步分析認(rèn)為 T3波可能為基底反射波。

3地質(zhì)成果

3.1新生界覆蓋層形態(tài)

勘查區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)為第四系和新近系覆蓋，地形起伏變化不大，區(qū)內(nèi)新生界地層自鄰區(qū)鉆孔揭露自下而上有：新近系上新統(tǒng)苦泉組，更新統(tǒng)及全新統(tǒng)。

通過(guò)分析地震時(shí)間剖面，樁號(hào)5200以北，新生界厚度變化不大，約為320m，樁號(hào)5200以南，新生界厚度變化在85～320m之間（圖4）。

3.2斷層控制

在時(shí)間剖面上，構(gòu)造變化和斷點(diǎn)表現(xiàn)為同相軸錯(cuò)斷、分叉、強(qiáng)相位轉(zhuǎn)換、振幅變?nèi)醯?。根?jù)以上現(xiàn)象結(jié)合本區(qū)地質(zhì)資料進(jìn)行精細(xì)、全面的解釋。本區(qū)解釋斷點(diǎn)1個(gè)。

DF1斷點(diǎn)：位于測(cè)線的3770樁號(hào)附近，斷面北傾， T2、T3波錯(cuò)斷，T2、T3波所對(duì)應(yīng)的地層落差分別為360m、85m，測(cè)線上斷面視傾角為65。（圖5）。

3.3驗(yàn)證鉆孔位置

由圖6可以清晰看見(jiàn)在樁號(hào)5850附近，T1、T2、T3波波組特征明顯，對(duì)應(yīng)的地層發(fā)育平緩，埋藏相對(duì)較深，建議在樁號(hào)5850位置進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證，進(jìn)而獲取地震波組所對(duì)應(yīng)的地層屬性。

預(yù)計(jì)在320m左右見(jiàn)T1波對(duì)應(yīng)的地層，480m左右見(jiàn)T2波對(duì)應(yīng)的地層，990m左右見(jiàn)T3波對(duì)應(yīng)的地層。

4結(jié)論

本次找煤勘查中，利用可控震源技術(shù)是有效的，即提高了施工效率，又節(jié)約了成本，取得了較好的地質(zhì)勘查效果，為解決地震成孔困難地區(qū)的地震勘探問(wèn)題提供了一個(gè)成功范例，具有借鑒意義。