黃土塬梁及溝壑區(qū)三維地震勘探采集技術(shù)探討

張 巖，楊艷萍

（陜西省煤田物探測繪有限公司，陜西 西安 710005）

1 概 況

研究區(qū)主要是黃土塬梁和溝壑兩種地貌，如圖1 所示，最大相對高差達400 m，地形高差較大，塬窄坡陡。黃土覆蓋面積約占全區(qū)的80%以上，為勘探區(qū)地表內(nèi)主要覆蓋層，厚度0～250 m 不等，黃土層中夾有鈣質(zhì)結(jié)核，造成地震勘探成孔困難；該地層結(jié)構(gòu)松散，地震波傳播速度為500～900 m/s，對地震波的吸收衰減作用極為強烈，造成目的層反射波能量的衰減及高頻成份的損失，對高分辨率地震勘探工作不利；區(qū)內(nèi)大部分地段無潛水，只是在溝谷及低洼坳谷地形中有季節(jié)性水源；勘查區(qū)內(nèi)沿溝底基巖埋深較淺，基巖層速度較高，利于激發(fā)層位識別。

圖1 研究區(qū)鳥瞰圖Fig.1 Aerial viewof study area

因此，研究區(qū)在地震數(shù)據(jù)采集方面主要存在以下問題：一是在黃土層中激發(fā)，地震波吸收強烈，而且產(chǎn)生十分強烈的面波、多次反射波、多次折射波，對目的層反射波造成很大干擾；二是黃土層與基巖的波阻抗差異很大，地震波入射到基巖層內(nèi)的能量很弱，大部分能量被阻隔消耗在基巖分界面，造成深部目的層反射波有效信號較弱。

2 采集試驗?zāi)康募霸瓌t

通過對研究區(qū)地震地質(zhì)條件及以往地震地質(zhì)資料的分析，此次試驗主要目的是選擇合理的激發(fā)因素和接收因素，最終確定出適合本區(qū)的最佳施工參數(shù)和工作方法。

試驗原則：一是嚴格按照單一因素變化的原則確定試驗方案，同時節(jié)約試驗工作量，爭取以較少的工作量獲得最佳的試驗結(jié)論；二是堅持從已知到未知，從簡單到復(fù)雜，循序漸進的原則進行，這樣有利于分析研究的不斷深入；三是選擇在全區(qū)具有已知資料的鉆孔處進行試驗，保證資料可靠，根據(jù)地震地質(zhì)條件的變化選取試驗點，使試驗結(jié)論能夠涵蓋全區(qū)。

3 采集試驗內(nèi)容與方法

3.1 試驗點位置的確定

試驗點位置確定應(yīng)遵循以下原則，首先應(yīng)選擇在有已知資料的、激發(fā)條件較好的地方進行，獲得能夠較為清晰反映研究區(qū)目的層反射波發(fā)育情況的標(biāo)準(zhǔn)記錄；其次，根據(jù)地質(zhì)資料、淺表層地質(zhì)露頭調(diào)查、低速帶調(diào)查等綜合研究結(jié)果，獲得研究區(qū)典型淺表層地震地質(zhì)條件區(qū)域劃分示意圖；最后，在不同劃分區(qū)域進行針對性試驗因素研究，總結(jié)出不同淺表層地震地質(zhì)條件下的不同采集方法。

根據(jù)以上原則，除了在不同典型區(qū)域布設(shè)試驗點外，結(jié)合研究區(qū)實際特點是由于占測區(qū)面積比例較大的速度極低的馬蘭組黃土層厚度增加，造成地震反射波能量損失嚴重，因此此次試驗工作的重點放在馬蘭組黃土層較厚地段進行。

3.2 試驗內(nèi)容

（1） 低速帶調(diào)查：90 m 排列，24 道不等道距接收；235 m 排列，48 道5 m 道距接收，如圖2 所示。

圖2 低速帶90 m排列示意圖Fig.2 Diagram of lowspeed belt 90 m arrangement

（2） 激發(fā)因素試驗：包括不同的井深、井組合內(nèi)距、井組合數(shù)、組合藥量等多方面要素試驗。

（3） 接收因素：排列最大最小偏移距、道間距、檢波器組合形式的試驗。

（4） 儀器設(shè)備因素：地震采集儀的前放增益、采樣間隔、記錄長度等因素的確定。

3.3 試驗時質(zhì)量監(jiān)控要求

刮大風(fēng)等外界強干擾不放炮；試驗前先進行低速帶調(diào)查，并現(xiàn)場解釋；試驗過程中深井作巖屑錄井，了解激發(fā)層位巖性；試驗記錄現(xiàn)場分析，針對所出現(xiàn)的情況，及時調(diào)整試驗方案。

4 試驗記錄分析

4.1 組合井井深分析

根據(jù)該區(qū)域成孔過程錄井記錄揭露該地段表層被第四系黃土覆蓋，黃土層中參雜著多層鈣質(zhì)結(jié)核層，每層厚度約10 cm 左右，部分鈣質(zhì)結(jié)核硬度較大，給激發(fā)成孔帶來極大的困難。當(dāng)深度超過9 m時，出現(xiàn)致密棕色粘土層，該層速度較高，是較好的激發(fā)層位。

組合井井深對比記錄如圖3 所示。從組合井井深試驗記錄可以看出，多井致密棕色粘土以淺層中激發(fā)所獲得的記錄面波干擾嚴重，波組頻率較低，煤層反射波能量較弱，連續(xù)性較差，是因為其激發(fā)層位在干燥松散的第四系黃土層中，松散層對地震波能量吸收很強，且高頻成分極易衰減，因而影響了其能量和頻率，難以壓制面波等干擾。隨著激發(fā)井深度的增加，單炮記錄的能量、頻率都逐漸提高；所獲得的單炮記錄有較清晰的煤層反射波出現(xiàn)。

圖3 組合井井深對比試驗記錄Fig.3 Test record of combined well depth comparison

對試驗記錄0.5～0.8 s 時窗內(nèi)資料品質(zhì)定量分析，如圖4 所示。因為炮激發(fā)藥量相同，因此不同井深激發(fā)其單炮能量差異不大，但其轉(zhuǎn)化為有效波的信噪比和頻率卻差異較大，隨井深增加，單炮的信噪比逐漸增強。

圖4 組合井井深對比資料品質(zhì)定量分析Fig.4 Quality quantitative analysis of combination well depth comparison data

4.2 組合井藥量對比激發(fā)分析

另一試驗點組合井藥量試驗如圖5 所示。從單炮記錄上看，采用組合井3×1 kg 藥量激發(fā)時，所獲得的單炮記錄初至波清晰，干擾波得到有效壓制，煤層反射波能量強，連續(xù)性好，資料品質(zhì)較高；采用組合井（1+2+1） kg、3×2 kg 藥量激發(fā)時，所獲得的單炮記錄煤層反射波能量雖強，但連續(xù)性較差，記錄主頻頻帶變窄，面波、隨機干擾等干擾波較強，信噪比較低。

圖5 三井組合藥量對比試驗記錄Fig.5 Test record of combined dosage comparison in three wells

5 結(jié) 論

（1） 生產(chǎn)前首先進行試驗工作，針對研究區(qū)淺表層地震地質(zhì)條件在橫向上變化較大，將試驗點布設(shè)在全區(qū)具有代表性的不同地段，確保試驗工作全面、充分、有效，確保全區(qū)施工方法合理，確保各種采集參數(shù)最佳。

（2） 根據(jù)試驗結(jié)論，溝谷地段激發(fā)層位為基巖面，半坡和山梁子地段激發(fā)層位選擇在致密的粘土層中。由于全區(qū)淺表層地震地質(zhì)條件復(fù)雜，低速層厚度在橫向上變化較大全區(qū)的激發(fā)井深不易掌握，為了保證每一炮都能獲得理想的記錄，施工現(xiàn)場對成孔中的巖性成分進行分析，對每一個炮孔的激發(fā)層位、井深進行檢查和監(jiān)督，確保每一炮都能打到最佳的激發(fā)層位。