淮北煤田某區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）

本區屬淮北煤田，測區地勢平坦，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；施工參數

1 地震地質條件

1.1 表層地震地質條件

測區地勢平坦，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和接收會產生負面影響。

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南部的澮河，由西北向東南流經本測區，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。岸邊淤泥激發時，根據淤泥厚度，盡量避開淤泥或是增加藥量，確保激發效果。

1.2 淺層地震地質條件

本區潛水面一般為3～4m，激發層多為松軟的粘土層或泥砂層，激發條件總體良好，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，相位穩定。10煤層雖比較穩定，但受上部煤層的屏蔽吸收影響，能量較弱，給連續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遙測數字地震儀，該設備是當代地震采集系統中較先進的設備，有利于提高地震勘探數據采集質量。

（2）檢波器類型及頻率的選擇。勘探范圍內中煤組8煤層的埋深為-800～-1550m，該區目的層埋藏較深，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，選擇良好激發層位，加大激發能量，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濟效益綜合考慮，最佳參數選擇如下：

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則束狀8線10炮不對稱激發的觀測系統進行野外采集，以取得最佳三維地震勘探效果，覆蓋次數選擇36次。

4 觀測系統

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格的靈活組合而獲得分布均勻的地下數據點網格及所要求的覆蓋次數。三維觀測系統參數選擇正確與否，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。

根據已知資料，深部采區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，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：本區地震勘探采用多道數字地震儀，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。根據采樣定理，為了使檢波點距的選擇不產生空間假頻，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網格取為10m×10m。

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

4.3 覆蓋次數的確定

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

（2）橫向覆蓋次數的確定。橫向覆蓋次數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）

經計算得到，Nx=4。

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

N=Nx×Ny

本區三維地震勘探的覆蓋次數為36次（4×9）。

4.4 炮排間距的確定

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

式中：n——地震儀總道數（720道）；

b——線束內接收線數（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的變化。

為了保證最淺目的層有足夠的疊加次數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。

根據本區的資料，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炮觀測系統占有明顯的技術優勢，因此本次三維地震勘探采用8線10炮觀測系統。通過對以往資料的分析，根據地質任務要求,采用8線10炮觀測系統，增大橫向偏移距，擴大了資料采集的觀測角。

5 施工參數

觀測系統類型：規則束狀8線10炮不對稱激發

接收道數：90×8＝720（道）；

接收線數：8條；

接收道距：20m；

接收線距：40m；

疊加次數：4×9＝36（次）（橫向4次，縱向9次）；

等效地面采樣間隔：20m×20m；

CDP網格：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；

炮點網度：100m×20m（3煤500m以淺采用80m× 20m）；

檢波點網度：20m×40m；

儀器因素：428XL數字地震儀；

采樣率：1ms；

采樣長度：2.5s；

檢波器組合形式：100Hz檢波器；

激發因素：

震源：單井激發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的地震工作經驗，優化了采集參數，選擇了適合的觀測系統，注重各個環節，嚴格野外質量管理，保證了整個測區CDP及覆蓋次數的均勻分布，完成了資料采集任務，原始資料優良。

[1]武磊彬，等.淮北礦業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，現從事物探設備管理工作。