淮北煤田某區(qū)三維地震勘探設計分析

徐 平

（安徽省煤田地質局物探測量隊，安徽宿州234000）

淮北煤田某區(qū)三維地震勘探設計分析

徐 平*

（安徽省煤田地質局物探測量隊，安徽宿州234000）

本區(qū)屬淮北煤田，測區(qū)地勢平坦，高差變化不大，海拔標高為26m左右，但有村莊分布、人工開挖的溝渠較多，給采集帶來一定的困難。

地震地質條件；采集前的研究工作；觀測系統(tǒng)；施工參數(shù)

1 地震地質條件

1.1 表層地震地質條件

測區(qū)地勢平坦，高差變化不大，海拔標高為26m左右，但有村莊分布、人工開挖的溝渠較多，南部有天然澮河，局部地段對地震波的激發(fā)和接收會產(chǎn)生負面影響。

地表除村莊、建筑物、溝河渠外，其余大部分均被麥田覆蓋，目前地面麥苗高約30cm。施工難點主要是勘探區(qū)南部的澮河，由西北向東南流經(jīng)本測區(qū)，其次是自然村，對于地表障礙物的影響，將采用莊內GPS實測、莊內插炮、變觀恢復性放炮、加密炮點等方法進行施工。對于澮河及其兩岸，施工時用防水檢波器接收，減少丟道。岸邊淤泥激發(fā)時，根據(jù)淤泥厚度，盡量避開淤泥或是增加藥量，確保激發(fā)效果。

1.2 淺層地震地質條件

本區(qū)潛水面一般為3～4m，激發(fā)層多為松軟的粘土層或泥砂層，激發(fā)條件總體良好，但個別地段流砂嚴重，給打孔、下藥造成一定困難。尤其是澮河兩岸及河套地段流砂層增厚激發(fā)效果明顯變差，在一定程度上會影響采集質量。

1.3 深層地震地質條件

從本區(qū)煤層和構造的情況分析，煤層與圍巖密度和速度差異大，是產(chǎn)生地震反射波的良好條件。上部主要可采煤層的反射波T7、T8波能量較強，波形突出，相位穩(wěn)定。10煤層雖比較穩(wěn)定，但受上部煤層的屏蔽吸收影響，能量較弱，給連續(xù)追蹤及斷層識別造成一定困難，深層地震地質條件總體較好。

2 采集前的研究工作

本次勘探的主要目的是查明主要煤層落差不小于5m的小斷層，這就要求有較高的地震分辨率。一般情況下，主頻越高，頻帶越寬，分辨率越高。分辨率主要取決于有效波的視頻及頻帶寬度。本區(qū)由于目的層埋藏深，存在7、8、10煤層信噪比較低，10煤層反射波能量弱等問題。為此，在設計編制、野外采集及資料處理方面保證信噪比的同時提高分辨率。采用以下技術措施：

（1）儀器使用428或ARIES遙測數(shù)字地震儀，該設備是當代地震采集系統(tǒng)中較先進的設備，有利于提高地震勘探數(shù)據(jù)采集質量。

（2）檢波器類型及頻率的選擇?？碧椒秶鷥戎忻航M8煤層的埋深為-800～-1550m，該區(qū)目的層埋藏較深，所以做60Hz和100Hz頻檢波器對比試驗。

（3）對于地表澮河、村莊等障礙物的影響，將采用莊內GPS實測、莊內插炮、變觀恢復性放炮、加密炮點等方法進行施工。

（4）采用高速固體成型炸藥，井中激發(fā)，選擇良好激發(fā)層位，加大激發(fā)能量，以保證深部10煤層反射波的能量。同時要避免刮風微震和檢波器松動引起的野外高頻干擾。

（5）采用較高覆蓋36次疊加，壓制干擾，提高深層反射波的信噪比。

3 試驗結論

將上述各試驗記錄對比并結合時間剖面分析，從能量、信噪比、分辨率、有效波受干擾程度及經(jīng)濟效益綜合考慮，最佳參數(shù)選擇如下：

井深定為：11m（村內、障礙物附近12m）；

藥量定為：2.0kg（村內、障礙物附近適當降低）；偏移距為：10m；

檢波器頻率：100Hz兩串兩并；

觀測系統(tǒng)選擇：考慮到煤層賦存深淺變化對資料采集的影響，本次三維地震勘探采用規(guī)則束狀8線10炮不對稱激發(fā)的觀測系統(tǒng)進行野外采集，以取得最佳三維地震勘探效果，覆蓋次數(shù)選擇36次。

4 觀測系統(tǒng)

三維地震勘探是一種的面積接收技術，其特點是利用炮點網(wǎng)格的靈活組合而獲得分布均勻的地下數(shù)據(jù)點網(wǎng)格及所要求的覆蓋次數(shù)。三維觀測系統(tǒng)參數(shù)選擇正確與否，將直接影響野外采集質量、施工效率、資料處理效果及勘探成果精度。

4.1 施工面積的確定

地質任務要求的勘探邊界是地下地質體的勘探范圍，測區(qū)內煤系地層存在一定的傾角，且為一宏觀上的單斜構造，為了滿足偏移要求，地面的勘探邊界應向下傾方向延伸一定距離L，由施奈爾定律可知：

L=h·tanα

式中：α——目的層傾角；

h——目的層埋深。

根據(jù)已知資料，深部采區(qū)西部邊界目的層傾角約10°，深度中煤組-800～1550m，為保證深部邊界主要煤層的覆蓋次數(shù)，地震勘探范圍需要向深部延伸。

4.2 采樣間隔

（1）時間采樣間隔：本區(qū)地震勘探采用多道數(shù)字地震儀，1ms采樣率，全頻帶接收，從而能高保真地接收較寬頻帶的有效波，為提高分辨率提供前提條件。

（2）空間采樣間隔：空間采樣是指在地面上離散采集地震信號，其相鄰采集點的距離為空間采樣間隔。三維空間采樣間隔包括檢波點距和檢波線距。根據(jù)采樣定理，為了使檢波點距的選擇不產(chǎn)生空間假頻，空間采樣間隔Δs應小于或等于最小視波長λ*的一半。

s≤λ*/2=V/（2fm?sinα）

CDP網(wǎng)格設計按下式計算：

式中：Dx、Dy——縱、橫采樣間隔；

VRMS——均方根速度；

fmax——有效波最高頻率；

θx、θy——沿縱、橫方向上地震射線入射到地面的角度。

在時間剖面上θx、θy近似以界面傾角Φx、Φy代替。因此考慮要分辨較小的斷塊及準確控制斷層的擺動，將CDP網(wǎng)格取為10m×10m。

檢波點、線距的確定：由地下CDP網(wǎng)格確定，Δx＝2Dx＝20m，Δy=4Dy=40m。

4.3 覆蓋次數(shù)的確定

（1）縱向覆蓋次數(shù)Nx的確定?？v向覆蓋次數(shù)Nx與二維觀測系統(tǒng)計算方法相同，可按Nx=N/2K進行計算。每線接收道數(shù)N=90，滾動道數(shù)K=5，則Nx=9。

（2）橫向覆蓋次數(shù)的確定。橫向覆蓋次數(shù)利用變換多項式的方法進行計算，設炮點為s、檢波點為g，共中心點為c，三者的關系式可寫成褶積形式：

c=s·g

則Z變換式為：C（z）=S（z）G（z）

經(jīng)計算得到，Nx=4。

（3）三維覆蓋次數(shù)的確定。三維覆蓋次數(shù)等于縱向覆蓋次數(shù)與橫向覆蓋次數(shù)的乘積，即：

N=Nx×Ny

本區(qū)三維地震勘探的覆蓋次數(shù)為36次（4×9）。

4.4 炮排間距的確定

對于已選定的規(guī)則三維觀測系統(tǒng)，炮點垂直線束呈線狀規(guī)則排列，炮點沿線束方向移動的道數(shù)，即炮線間距為：

式中：n——地震儀總道數(shù)（720道）；

b——線束內接收線數(shù)（8條）。

Nx=9，ΔX=20m，所以ΔXs＝100m。

4.5 極限炮檢距的確定

在三維地震勘探中，沿接收線方向的炮檢距稱縱向炮檢距X，沿垂直接收線方向的炮檢距稱為橫向炮檢距Y，于是炮檢距：

最大炮檢距Xmax的選擇既要考慮到求取速度的精度及壓制多次波的效果，也要考慮到動校正拉伸畸變對高頻信號的影響及反射系數(shù)的變化。

為了保證最淺目的層有足夠的疊加次數(shù)Nmin，避免聲波干擾，則最小炮檢距：

Xmin＜MIN（Xf,Xa）－（Nmin－1）ΔX

式中：Xf——初至切除所限定的最淺目的層對應的最大炮檢距；

Xa——拉伸畸變所限定的最淺目的層對應的最大炮檢距，它有：

式中：V——最淺目的層對應的迭加速度；

to——對應的反射時間；

D——拉伸百分比。

根據(jù)本區(qū)的資料，取Xmin＝14.14m。

4.6 炮檢距及其分布

炮檢距的分布直接影響著三維地震勘探的成敗，炮檢距分布不均勻，會導致傾斜信號、震源噪聲及一次波發(fā)生混疊，影響速度分析精度。36次高覆蓋可改善炮檢距的分布。

方位角分布也十分重要，寬方位角可保證CDP面元周圍的信息都參與疊加，窄方位角很難檢測到地層傾角及各向異性引起的變化，同時會產(chǎn)生靜校正偶合問題。

從圖1可以看出，8線10炮比8線8炮炮檢距分布均勻。

圖1 炮檢距分布對比圖

從圖2可以看出，8線10炮比8線8炮方位角寬。

圖2 方位分布對比圖

綜合分析：8線10炮比8線8炮觀測系統(tǒng)占有明顯的技術優(yōu)勢，因此本次三維地震勘探采用8線10炮觀測系統(tǒng)。通過對以往資料的分析，根據(jù)地質任務要求,采用8線10炮觀測系統(tǒng)，增大橫向偏移距，擴大了資料采集的觀測角。

5 施工參數(shù)

觀測系統(tǒng)類型：規(guī)則束狀8線10炮不對稱激發(fā)

接收道數(shù)：90×8＝720（道）；

接收線數(shù)：8條；

接收道距：20m；

接收線距：40m；

疊加次數(shù)：4×9＝36（次）（橫向4次，縱向9次）；

等效地面采樣間隔：20m×20m；

CDP網(wǎng)格：10m×10m；縱向最大炮檢距：990m；

橫向最大炮檢距：310m；

最大炮檢距：1037.4m；

縱向最小炮檢距：10m；

橫向最小炮檢距：10m；

最小炮檢距：14.14m；

炮點網(wǎng)度：100m×20m（3煤500m以淺采用80m× 20m）；

檢波點網(wǎng)度：20m×40m；

儀器因素：428XL數(shù)字地震儀；

采樣率：1ms；

采樣長度：2.5s；

檢波器組合形式：100Hz檢波器；

激發(fā)因素：

震源：單井激發(fā)TNT高速成型炸藥。

井深：11m（村內、障礙物附近12m）；

藥量：2.0kg（村內、障礙物附近適當降低）。

本次三維地震勘探借鑒了鄰區(qū)的地震工作經(jīng)驗，優(yōu)化了采集參數(shù)，選擇了適合的觀測系統(tǒng)，注重各個環(huán)節(jié)，嚴格野外質量管理，保證了整個測區(qū)CDP及覆蓋次數(shù)的均勻分布，完成了資料采集任務，原始資料優(yōu)良。

[1]武磊彬，等.淮北礦業(yè)集團公司孫疃深部三維地震勘探設計[R].2011.

[2]魏振岱.安徽省煤炭資源賦存規(guī)律與找煤預測[M].北京：地質出版社，2012.

P631.4

A

1004-5716（2016）12-0153-04

2016-01-15

2016-01-27

徐平（1974-），男（漢族），安徽霍邱人，工程師，現(xiàn)從事物探設備管理工作。