基于高精度衛(wèi)星遙感的極復(fù)雜地區(qū)三維地震勘探應(yīng)用技術(shù)

牛爭華

（山東省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，山東 濟(jì)南 250104）

青龍煤礦屬于國家總體規(guī)劃云貴大型煤炭基地黔北礦區(qū)黔西區(qū)，工業(yè)廣場(chǎng)占地面積0.303 km2，規(guī)劃設(shè)計(jì)120 萬t/a，服務(wù)年限54 a。井田面積為20.650 3 km2，截至2019 年12 月31 日，青龍煤礦采礦許可證范圍內(nèi)保有資源儲(chǔ)量26 840.4 萬t（含高硫煤資源儲(chǔ)量6 444.2 萬t），是貴州重要的能源基地，也是西電東輸?shù)陌l(fā)源地。在這里具有巨大的勘探開發(fā)需求，但是由于黔西地區(qū)的地形條件和地質(zhì)條件非常差，長期以來很少做三維地震勘探工作。針對(duì)本工區(qū)極復(fù)雜地形條件，創(chuàng)新發(fā)明并應(yīng)用了一種基于高精度衛(wèi)星遙感的復(fù)雜地區(qū)三維地震勘探應(yīng)用技術(shù)，不僅提高了施工質(zhì)量和施工進(jìn)度，同時(shí)還有助于施工安全。

1 勘探區(qū)概況

1.1 地形地貌

青龍井田地形條件總體上受區(qū)域性地質(zhì)構(gòu)造和巖性控制，地貌屬高原低山丘陵地貌。地面最高海拔標(biāo)高+1 474.20 m（營盤山），最低海拔標(biāo)高+1155 m（中寨馱煤河一帶），最大相對(duì)高差319.20 m。大部分區(qū)域海拔標(biāo)高+1250～ +1350 m，相對(duì)高差100～150 m，黔西縣城海拔標(biāo)高+1 219.8 m。井田內(nèi)地勢(shì)總趨勢(shì)呈南東高、北西低，東部及南部較平緩，西及西北部地勢(shì)起伏較大，切割劇烈。井田內(nèi)的地形與巖性、構(gòu)造、風(fēng)化剝蝕相關(guān)，碳酸鹽巖地層呈溶蝕洼地峰叢[2]地貌，碎屑巖地層則表現(xiàn)為長梁山、沖溝發(fā)育，西北部較陡峻，溶斗、溶溝等喀斯特地貌較發(fā)育。

1.2 區(qū)域地層

青龍井田勘探區(qū)內(nèi)及周邊出露的地層（表1）自老至新有：龍?zhí)督M（P31），長興組（P3c），三疊系下統(tǒng)夜郎組（T1y）、茅草鋪組（T1m）和第四系（Q）。二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m）、二疊系上統(tǒng)峨嵋山玄武巖組（P3β）在三采區(qū)內(nèi)及周邊未有出露。區(qū)內(nèi)鉆孔揭露的地層自老至新有：二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m）灰?guī)r、峨嵋山玄武巖組（P3β）凝灰?guī)r、龍?zhí)督M（P3l）含煤碎屑巖、長興組（P3c）灰?guī)r、三疊系下統(tǒng)夜郎組（T1y）灰?guī)r。按巖性組合，龍?zhí)督M（P3l）劃分為P3l1和P3l2兩段，夜郎組（T1y）劃分為沙堡灣段（T1y1）、玉龍山段（T1y2）、九級(jí)灘段（T1y3）。

2 地震地質(zhì)條件

2.1 淺層表層地震地質(zhì)條件

該勘探區(qū)地形條件總體上受區(qū)域性地質(zhì)構(gòu)造和巖性控制，礦井地貌屬高原低山丘陵地貌，地面標(biāo)高約1250～1350 m，相對(duì)高差一般為100～150 m。礦井內(nèi)地勢(shì)總趨勢(shì)呈南東高，北西低。測(cè)區(qū)淺層多為石灰?guī)r，在溝谷地段有土層覆蓋。近地表巖性橫向、縱向變化較快，造成近地表低降速帶劇烈變化，使得地震資料靜校正工作難度較大。這些問題的存在對(duì)地震資料的成像[3]也造成較大的影響，因此淺表層地震地質(zhì)條件復(fù)雜。

2.2 中、深層地震地質(zhì)條件

該勘探區(qū)目的層走向近南北，傾角一般5°～15°，構(gòu)造形跡表現(xiàn)主要為北東走向褶皺和斷裂帶，并有少量近東西向及北西～南東向斷裂，少量NWW 和近EW 走向的構(gòu)造。褶皺主要是寬闊的不對(duì)稱背、向斜。主采煤層16、17、18 號(hào)煤層，其中16、18 煤層屬較穩(wěn)定煤層，17 煤層屬不穩(wěn)定煤層。根據(jù)鉆孔揭露，除三采區(qū)周邊的Z1-1 鉆孔峨眉山玄武巖組揭露3.80 m 厚度外，三采區(qū)內(nèi)其他鉆孔僅在煤系底部鋁土層與茅口組灰?guī)r間發(fā)現(xiàn)有深綠色峨嵋山玄武巖的痕跡，沒有厚度，除此之外無其他巖漿活動(dòng)，采區(qū)煤系不受巖漿活動(dòng)[4]影響，具有能夠形成煤層反射波的條件。煤系內(nèi)灰?guī)r發(fā)育，對(duì)煤層反射波有較大影響。區(qū)內(nèi)間距較小的薄煤層多表現(xiàn)為復(fù)合反射波，受限于地震反射波分辨率，識(shí)別間距較小煤層存在困難，因此深層地震地質(zhì)條件一般。

3 地震工程布置

該三維地震野外施工采用規(guī)則的束狀三維觀測(cè)系統(tǒng)，以束為單位施工，測(cè)線按北東方向布設(shè)。自西南向東北按序編號(hào)，依次為第1 束、第2 束……第14 束，每束滾動(dòng)5 條線，每束線內(nèi)有10 條接收線。根據(jù)地質(zhì)條件，排列長度設(shè)計(jì)為72 道，線距40 m，道距10 m，生產(chǎn)物理點(diǎn)3220（圖1）個(gè)。該三維地震勘探工程設(shè)計(jì)的CDP 面元為5 m×10 m，滿覆蓋次數(shù)為30 次，滿覆蓋面積3.1 km2。

圖1 炮點(diǎn)布置圖

4 測(cè)量坐標(biāo)導(dǎo)入高精度衛(wèi)星地圖

首先要將衛(wèi)星地圖[5]軟件進(jìn)行七參數(shù)設(shè)置。七參數(shù)應(yīng)根據(jù)工區(qū)所處區(qū)域，并結(jié)合測(cè)量所選用的坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。既在選定坐標(biāo)類型、中央子午線的條件下進(jìn)行DX:DY:DZ:RX:RY:RZ:PPM 七個(gè)參數(shù)的設(shè)置，其目的是為了使導(dǎo)入的測(cè)量坐標(biāo)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度更高。將炮點(diǎn)測(cè)量坐標(biāo)進(jìn)行屬性編輯后，使數(shù)據(jù)包含名稱、平面坐標(biāo)、海拔、地物描述等所用信息（表2）后導(dǎo)入高精度衛(wèi)星地圖（圖2）。KML/KMZ 文件，然后加載到手機(jī)里面，就可以借助手機(jī)導(dǎo)航方便快速找到任務(wù)書中的每個(gè)炮點(diǎn)位置進(jìn)行下藥和放炮施工，從而解決了在山區(qū)密林等復(fù)雜地區(qū)找點(diǎn)困難的問題，保證了施工效率的同時(shí)還保證了施工安全。

表2 炮點(diǎn)測(cè)量坐標(biāo)

圖2 基于高精度衛(wèi)星地圖的炮點(diǎn)顯示

5 施工應(yīng)用

在高精度衛(wèi)星地圖下可以看到實(shí)測(cè)的炮點(diǎn)位置，點(diǎn)擊每一個(gè)炮點(diǎn)里面都會(huì)顯示該炮點(diǎn)的坐標(biāo)、地物描述等信息，關(guān)鍵是可以讓技術(shù)管理人員從電腦上清晰看到整個(gè)工區(qū)的炮點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，進(jìn)而根據(jù)炮點(diǎn)附近地形交通實(shí)際條件來科學(xué)合理地安排鉆機(jī)成孔[6]，從而避免了盲目安排鉆機(jī)而導(dǎo)致鉆機(jī)施工搬運(yùn)時(shí)間長、間歇時(shí)間長等問題，極大地提高了施工效率。同時(shí)對(duì)成孔條件差、障礙物多的地方，在高清衛(wèi)星地圖上可以直觀地看出來，技術(shù)管理人員就可以提前采取應(yīng)對(duì)措施來保證施工質(zhì)量，在后續(xù)的三維放線施工中，同樣采取這個(gè)辦法。

鉆機(jī)每天成孔后，都可以通過上述方法在高清衛(wèi)星地圖上顯示出來（圖3）。圖中小旗就是已經(jīng)成孔的炮點(diǎn)，這樣就可以對(duì)全區(qū)成孔的炮點(diǎn)進(jìn)行全面掌握，每臺(tái)鉆機(jī)的成孔質(zhì)量、成孔位置都可以清楚地顯示在高精度地圖上，每個(gè)成孔的偏差都可以直觀地看出來，進(jìn)行進(jìn)一步的技術(shù)處理。

更重要的是在后續(xù)成批量下藥和放炮中，可將全區(qū)成孔的炮點(diǎn)位置從高精度衛(wèi)星地圖中輸出

圖3 鉆機(jī)成孔圖

6 結(jié)論

基于高精度衛(wèi)星遙感的極復(fù)雜地區(qū)三維地震勘探應(yīng)用技術(shù)，是將高精度衛(wèi)星遙感前沿技術(shù)和三維地震勘探緊密結(jié)合并加以創(chuàng)新應(yīng)用的典范。該方法是將地震勘探主要生產(chǎn)要素和高精度衛(wèi)星遙感成像通過技術(shù)方法緊密地結(jié)合在一起，有效解決了三維地震勘探在極復(fù)雜地區(qū)，如山地、密林、城鎮(zhèn)等施工效率低，勘探質(zhì)量難以保證的實(shí)際問題，特別是在大批量快速精確勘探施工方面，具有獨(dú)一無二的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為三維地震勘探野外數(shù)據(jù)采集不可或缺的先進(jìn)方法，在歷次三維地震勘探施工中均起到了巨大作用，獲得了較大經(jīng)濟(jì)價(jià)值。同時(shí)，該方法在保障人員和設(shè)備等生產(chǎn)安全方面也起到了顯著作用，具有進(jìn)一步挖掘和被應(yīng)用的前景，為以后在極復(fù)雜地區(qū)開展煤田、油氣勘探工作提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。