森林覆蓋區三維地震勘探技術

凌國慶

【摘 要】以黃陵某三維地震勘探區為例，分析了森林覆蓋區三維地震勘探術難點。設計小道距、大線距的觀測系統減少測線數、以便保證施工進度；測量過程中采用全站儀與RTK相結合的測量方式進行檢波點與炮點測量，保證了測量精度；生產過程中采用多種成孔方式，保證了原始地震資料的質量；處理過程應用層析靜校正技術、子波一致性以及振幅一致性處理等技術保證了不同頻率的資料同相疊加；應用常規解釋與屬性解釋相結合的解釋方法，得到了較為豐富的的地質成果。

【關鍵詞】三維地震勘探；森林覆蓋區；子波一致性

0 引言

1994年，我國煤礦采區高分辨三維地震勘探技術在淮南謝橋煤礦得到了巨大的成功，隨后，三維地震勘探技術得到推廣應用，特別是陽泉五礦作為我國煤礦采區第一個山區三維地震勘探工程的成功進行，開創了我國煤礦采區復雜地表條件下三維地震勘探的先例。目前，煤田三維地震勘探應用領域已經拓展到包括平原、山區、丘陵、戈壁、沙漠、海上、黃土塬等地區，應用范圍包括華東、華北、中部與西部地區，但森林覆蓋區受到地表條件限制嚴重，此項工作進行的較少。

1 概況

井田內峁梁蜿蜒，溝谷縱橫。溝谷多呈“U”形，區內地表植被發育（圖1），地表高差較大，最大約400m；第四系松散堆積物厚度發育不均勻，交通條件差；第四系現代河流沖洪積層分布于區內寬闊的“U”型谷底部，巖性以亞粘土為主，下部為卵礫石層，厚度1～6m。殘坡積層大面積分布于區內的溝谷山坡及梁頂，沉積物主要為亞沙土、亞粘土、碎石土、腐植土。厚度隨地形變化，一般厚1～4m。

井田內地層由老至新依次有三疊系上統瓦窯堡組，侏羅系下統富縣組，侏羅系中統延安組、直羅組，白堊系下統宜君組、洛河組和環河組以及第四系等；其中直羅組底部為含泥質角礫巖，本組地層為強反射地層。

含煤地層為侏羅系中統延安組，延安組含煤層數較多，根據煤層厚度和穩定性等綜合指標劃分，4-2號煤層為區內主采煤層，煤層平均厚度約1.16m，受沉積基底的影響，部分鉆孔揭露了無煤帶。由于地表條件復雜，鉆孔網度較大，無煤帶邊界難以準確確定。

區內地層傾角平均為2～3°左右，次級褶曲發育，斷裂構造不發育。

2 地震勘探難點

（1）地表復雜。研究區位于黃土區，地形起伏大、溝深坡陡，通行困難，給地震施工造成較大困難。區內植被發育，給炮點、檢波點測量及檢波器的布設、成孔設備的運輸帶來了極大的困難。

（2）地震波吸收衰減嚴重。研究區部分區域地表被第四系松散覆蓋層，厚度不均，不僅對地震有效波特別是高頻信息的吸收衰減作用較為強烈，還出現明顯的多次波、面波、側面波等干擾，造成深層反射波的信噪比降低，成像模糊，影響地質成果分析。

（3）直羅組底部為角礫巖，是一個強反射層，對下伏煤層的反射波具有強屏蔽作用。

3 地震勘探技術對策

3.1 野外采集

（1）三維觀測系統設計。采用小道距、小排列、大線距接收，減少測線的鋪設數量，盡量避開地形較差的區域。

（2）測量過程中采用全站儀與RTK相結合的測量方式進行檢波點與炮點測量，保證測量點的精度。

（3）選擇良好的激發層位。在黃土區，采用洛陽鏟成孔，激發層位為紅黏土中；在基巖區，采用風鉆成孔，井深在4～5m；在過渡區，采用人工移動的山地鉆成孔，成孔深度至基巖面1m以下（井深不低于4m）。

（4）利用專業軟件提前進行各束測線的設計，保證全區覆蓋次數的相對均勻。

（5）加強現場質量監控。由于地形條件差，強干擾降低了地震資料的信噪比，常規的評判標準衡量野外監視記錄質量精確度較低，有必要在做完高程校正后再進行采集資料質量評判。

3.2 資料處理

（1）野外靜校正。初至折射靜校正的原理是利用計算機自動拾取每炮的初至折射波到達時間，自動反演地下表層地層速度結構，求取野外一次靜校正參數，進行精確的靜校正量計算，主要目的是消除地表起伏以及風化帶和低速帶厚度變化因素的影響。本區地表起伏大，且地層橫向變化較大、低降速帶厚度變化大，通過進行初至折射靜校正，可以消除地表起伏及低降速帶厚度引起的誤差。

（2）子波一致性以及振幅一致性處理

由于激發和接收在空間方向不斷變化，使記錄在空間方向上能量、頻率不均衡，需采用地表一致性能量、頻率補償方法進行補償。

工區存在三種地形施工方式的炮集記錄，分別是基巖區施工，黃土區施工以及過渡帶施工。三種炮集記錄中存在不同的相位特征，如果不進行相位校正，在疊加重疊部分會出現不同相疊加，所以在反褶積前需要做好相位的一致性處理工作。

具體處理時，分別選擇過渡區和黃土區，黃土區和基巖區炮集重復的小疊加段，求取子波算子。

（3）球面擴散振幅補償和地表一致性振幅補償技術

在衰減地滾波之前應用球面擴散振幅補償，可以有效的統計地滾波的能量特征，為衰減地滾波提供更好的數據條件。采用球面擴散補償方法補償地震波在縱向上的衰減。通過試驗，前期使用指數方式進行幾何球面擴散補償，補償地震波在縱向傳播過程中衰減的能量、加強深層有效信號。

3.3 資料解釋

三維地震資料解釋是利用相應的技術方法對數據體內的地質信息進行分析、對比、解釋，將數據信息轉換成地質信息。三維地震資料解釋的基礎是三維地震立體數據體，解釋過程在工作站或微機上實現。根據由已知到未知，由簡單到復雜，由點到面，由大到小的原則，充分利用解釋工作站的靈活、高效、直觀的特性，綜合已知地質測井資料進行綜合解釋。

（1）反射波層位標定

一般情況下三維解釋時首先要利用鉆孔測井資料制作人工合成地震記錄，然后根據抽層結果確定各反射波組的地質層性，從而將地震反射波與地下地質目的層聯系起來，便于在整個三維數據體中進行追蹤解釋。由于本次勘探北區沒有已知見煤鉆孔，南區僅有一個見煤鉆孔且無測井曲線，給制作人工合成記錄造成很大困難。因此只有在分析地下地質層位的基礎上結合臨區地震資料將本區地震反射波與地下地質層位建立對應關系。

本次勘探區內僅賦存4-2煤層，4-2煤層與圍巖構成一強反射界面。根據建北礦建井報告及鉆孔資料揭露，井田范圍內白堊系下統宜君組地層普遍發育，該層成分為礫巖，礫石大小不一，成分混雜，以灰巖、燧石、石英巖和片麻巖等礫石及粉細砂屑組成。該地層在地震勘探上容易形成較強反射波。白堊系下統宜君組地層底距4-2煤層頂一般約85～178m，按照本區層速度推算，反射波同相軸在疊加剖面上的時差在55-110ms之間，與實際地震反射波特征吻合（圖2）。據此，可以確定本區4-2煤層的標準反射波層位。

（2）薄煤帶的解釋

薄煤帶由于煤與圍巖的波阻抗差異小，導致形成反射波的能量發生變化，在時間剖面上，反射波表現為振幅削弱、反射波連續性變差等特征（圖3）。

（3）煤層缺失區的解釋

煤層缺失區由于地層之間波阻抗差異往往較小，難以形成良好的反射界面，在地震時間剖面上，表現為煤層反射波同相軸的缺失（圖4）。

4 地質成果與驗證情況

本次勘探查明了4-2煤層底板起伏形態，北區總體表現為一個向南西傾斜的單斜構造，南區總體表現為一個向北西傾斜的單斜形態；控制了區內4-2煤層無煤邊界。與勘探前相比，煤層賦存煤范圍增大約0.17km2；全區共解釋斷層2條；預測了區內4-2煤層厚度變化趨勢。

據礦方二盤區膠帶運輸巷6#聯絡巷處資料揭露情況，此處煤厚約3m。在區內沿二盤區膠帶運輸巷切時間剖面線（圖5），可以看到4-2煤層反射波同相軸十分清楚（圖6）。結合振幅強弱信息，預測該處煤厚約2.8m，與揭露資料比較吻合。

5 結論

森林覆蓋區開展三維地震勘探，會面臨到地表條件復雜、煤層埋藏深度變化大的不利條件。在充分研究區內存在的勘探難點，采取了針對性技術措施：小道距、大線距、高速層中激發是取得較好野外數據的基礎；合理的處理模塊是取得高品質時間剖面的保證。實際資料表明，在森林覆蓋區進行三維地震勘探取得了一定的應用效果，為煤礦的安全高效開采提供了可靠的地質資料。

【參考文獻】

[1]王建文，孫秀榮，王宏科，等.綜合地震勘探方法在陜北煤田采空區探測中的應用[J].中國煤炭地質，2012.9，22（9）：48-54.

[2]馮阿建，陳強，趙興，等.層析靜校正在層狀結構黃土塬的正演模擬與應用[J].煤炭技術.2015，34（12）110-112.

[3]張旭東.子波一致性校正方法在海洋地震資料處理中的應用[J].工程地球物理學報，2014.9.

[責任編輯：朱麗娜]