覆蓋層厚度實用地震解釋方法

饒河清 馬麗

摘要：煤田勘探中覆蓋層指覆蓋于基巖之上的松散層，因其地層結構松散，與下伏基巖存在一定波阻抗差異，因此可采用地震勘探的方法來識別。文章介紹了幾種覆蓋層厚度的解釋方法，便于在不同情況下對覆蓋層厚度進行控制。

關鍵詞：覆蓋層厚度；小折射低速帶調查；微地震測井

中圖分類號：P315 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）35-0065-03

煤田勘探中覆蓋層是指覆蓋于基巖之上的松散層，主要是第三、第四系沉積形成的地層或風化基巖，其特點是形成年代較新、埋藏深度淺、承壓時間短，所以結構疏松，孔隙度大，地震波在其中傳播時能量被強烈吸收，產生散射和噪音，使反射波顯著增大，因此也稱為低速層。由于松散層厚度變化對于煤炭開采方式、防治水措施、支護方案都有較大的影響，因此煤田勘探對于松散層的勘探非常重視。另外，隨著近年來勘探環境的復雜化，山區、沙漠、黃土塬等地震勘探所涉及的復雜表、淺層地質結構，造成激發層位難以把握、影響野外數據采集施工和質量，也嚴重影響地震資料的成像精度和振幅保真處理，弄清復雜地區的近地表結構，是地震勘探自身所需要解決的問題。對覆蓋層厚度解釋的重點是尋找地震波速度發生改變的界面和層速度來實現，常用方法介紹如下：

1 小折射法

圖1 兩層介質的直達波與折射波

低速帶底界面是指由低速層轉向高速層（或降速層）的界面，是一個良好的折射界面，由于一般覆蓋層厚度不大，所以低速帶底界的高速層折射波盲區較小，因此低速帶的長度可以較短，在野外施工中可以采用小排列的折射波法對其進行測定，所以稱之為小折射低速帶調查法。人工激發的地震波在地下傳播的過程中遇到速度界面（假設界面下層的速度高于界面上層的速度，即V下>V上）時，當波的入射角等于臨界角的情況下，其傳播方向發生改變且沿界面滑行，從而在界面上覆介質中產生折射波。在地面上采用相遇時距曲線觀測系統接收，觀測排列長度應為低（降）速帶總厚度的8～10倍，采用不等道間距檢波點接收，淺井（坑炮）、小藥量端點激發。通過折射波觀測，可以得到一條直達波時距曲線和一條折射波時距曲線，見圖1兩層介質的直達波與折射波。

根據直達波時距曲線求取第一層（低速層）速度V0，從折射波的時距曲線斜率求得低速層下的高速層速度V1，將折射波曲線延長與t軸相交，得到交叉時ti1，即可求出低速層厚度h0，見式（1）：

（1）

對低速帶資料的解釋通常有人工解釋和計算機自動解釋兩種。人工解釋適用性強，適合各種存在速度異常的情況；計算機自動解釋是根據人為給定速度誤差由計算機自動找出時距曲線拐點或由人為給定分層點，兩個拐點之間采用最小二乘法擬合出速度值，并根據時距曲線與時間軸的交點計算出圖交叉時。圖2為寧夏某區試驗點處低速帶調查監視記錄（上圖）及解釋結果（下圖）。采用的是24道不等道間距90m長度排列的相遇時距觀測系統，激發坑深0.5m，藥量0.5kg。從圖2中可以看出，在地表以下18.5m處有一個速度轉折點，速度從391m/s轉為1883m/s，該處覆蓋層厚度為18.5m。

小折射排列的鋪設要求選擇在地形平坦的地段，檢波點相對高差應小于2m，因此該方法適用于平原區或低山丘陵區。小折射施工方法簡單、成本較低，但當低速層厚度過大，會受地形影響，造成排列鋪設難度大而不易實現。

2 微地震測井法

微地震測井簡稱微測井，微測井是利用地震生產激發井開展表層結構調查，在一口井或多口穿過低、降速帶的井中，采用井中激發、地面接收，井中激發、井中接收，地面激發、井中接收等方式得到透射波記錄，根據透射波來研究近地表結構的方法，該方法也是利用直達波在地層中的傳播規律，通過改變檢波器觀測深度，獲取不同初至時間，根據深度換算成垂直時間，擬合深度曲線得到分層速度和厚度。微測井一般要求井深鉆至高速層10～15m，以在高速層中的控制點不少于3個為佳，激發點距上密下疏，采用雷管或小藥量激發。圖3為雙井微地震測井示意圖，圖4為山西某區雙井微測井記錄及解釋結果示意圖。

圖2 寧夏某區低速帶記錄及解釋成果圖

圖3 雙井微地震測井示意圖

從圖4上可以看出，在該點0～2m為表層黃土層，速度約為405m/s，為低速層；2～13m為潮濕黃土層，速度約

745m/s，為降速層；13～22m為古紅土層中夾潮濕黃土薄層，速度約923m/s，為相對高速層。

微測井可以消除不穩定的延遲時對采集精度的影響，細分層能力強，能更好地建立表淺層結構，適用面比小折射波法廣，尤其在表層地震地質條件復雜，地形高差大，低、降速帶厚度變化巨烈的地區，可采用多點微測井方法，從平面控制覆蓋層厚度變化。但因鉆機有時很難鉆到高速層而不易實現。

圖4 山西某區雙井微測井記錄及解釋結果

3 反射單炮初至拾取反演法

有研究表明，淺層折射法存在以下問題，如在遇到溝、坎等地形起伏時不易布置、解釋誤差值偏大；在資料解釋過程中，拐點位置不易確定；當存在降速層時，記錄中第一折射波往往能量弱、道數少，分層結構不合理造成誤差等；微測井方法也存在速度層的劃分常帶有人為性質，垂直時距曲線缺乏明顯拐點，使層位劃分存在誤差等問題。而且野外直接觀測表層結構的方法如小折射、微測井，觀測點較少，各炮點、檢波點間的表層結構靠稀疏的控制點內插得來，僅能粗略控制覆蓋層厚度變化，如要加密測孔距，勘探費用則巨增。

在資料處理中一項重要的工作是進行野外靜校正，建立精確表、淺層結構速度模型，從而得到低、降速層的橫向、縱向變化規律，采用的方法是對生產記錄大炮初至進行拾取，反演建立表、淺層結構速度模型，該方法利用了大量初至信息，對每一個炮點、檢波點進行了多次覆蓋，統計效果好。結合已知地表調查或野外資料對其進行約束及多次迭帶反演，可以建立精確表層結構速度模型，進而得到低、降速帶厚度。目前靜校正的軟件較多，適用于不同地震地質條件下的二、三維地震工區覆蓋層厚度解釋。圖5、圖6為不同處理軟件得到的覆蓋層情況。

圖5 陜西某區靜校正建立二維測線覆蓋層底界面起伏形態示意圖

圖6 內蒙古某區層析靜校正建立的地層速度模型（淺層品紅色為低速帶，速度約300～560m/s）

反射單炮初至拾取反演法由于重點在于拾取單炮初至信息，因此要求單炮記錄上初至波清晰、能量強、連續性好，要求對初至信息拾取精度較高。這樣才能保證拾取的信息準確，反演的模型更加與實際吻合。

4 反射波追蹤法

由于上覆松散地層與下覆基巖波阻抗差異明顯，可形成反射波，當覆蓋層厚度較大時，初至波與基巖面反射波能清晰地區分開，時間剖面上也可以清晰看到基巖面反射波同相軸，此時可采用測井資料人工合成地震記錄的方法對波組地質意義標定，并連續追蹤，再進行時深轉換，利用式（2）計算覆蓋層厚度。

h=H-T0×V/2000 （2）

式中：

h—覆蓋層厚度（m）

H—地面標高（m）

T0—波的傳播時間（ms）

V—波在覆蓋層內傳播的速度（m/s）

當某些地區新生界覆蓋層與下伏基巖呈角度不整合關系時，對覆蓋層底界面的識別又提供了新的識別依據。圖7為內蒙古某區覆蓋層底界面反射波示意圖。

5 利用炮孔巖屑錄井資料

當覆蓋層厚度較薄時，在地震單炮記錄上初至波與新生界底界面的折射/反射波混淆，資料處理對初至切除時常將其切除，因此地震時間剖面上得不到覆蓋層底界面的反射波。小折射或微測井低速帶調查點間距也較遠，此時地震野外工作人員可詳細記錄炮孔巖屑性質，結合鉆孔資料進行覆蓋層厚度預測或給其他幾種解釋手段提供巖性

資料。

圖7 內蒙古某區覆蓋層底界面反射波示意圖

6 結語

覆蓋層厚度的地震解釋方法較多，大致可以分為兩大類：一類是在野外直接觀測，一類是在對反射單炮記錄的處理和解釋中采用某種手段間接解釋。除地震解釋方法外，還有其他物探手段可以解釋覆蓋層厚度，如高密度電法勘探可根據勘探對象電阻率差異對基巖面進行解釋、地質雷達采用電磁法探測地下介質分布進而解釋覆蓋層厚度。在實際生產過程中，常常會遇到很多復雜情況，如表、淺層地震地質條件復雜，采集排列受到限制；受激發、接收、儀器等因素影響，記錄面貌差異大，初至拾取困難等。靈活掌握各種技術方法，根據施工工區特定的地質條件，選擇最優的方法進行采集或解釋，才能達到準確掌握覆蓋層厚度的目的。

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作者簡介：饒河清（1956—），男，江西臨川人，江西工業工程職業技術學院副教授。