三維觀測系統(tǒng)優(yōu)化在復(fù)雜區(qū)塊的應(yīng)用

張 昭，田錦瑞，尹文斌，耿曉兵，張龍飛

（1.河北省煤田地質(zhì)局物測地質(zhì)隊，河北 邢臺054000；2.陜西華電榆橫煤電有限責(zé)任公司 小紀汗煤礦，陜西 榆林719015）

1 概 況

煤炭作為我國的基礎(chǔ)能源，長期以來在國民經(jīng)濟中擁有重要的戰(zhàn)略地位。煤炭勘探經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，慢慢進入了平穩(wěn)期。近年來，隨著前期勘探工作的進行，煤礦的地震勘探工作重心向礦區(qū)邊角、地形復(fù)雜區(qū)塊發(fā)展，并且要求地震勘探的精度日益增加。

地勘單位經(jīng)過長期的施工經(jīng)驗和總結(jié)提升，針對目前煤炭勘探市場的現(xiàn)狀，必須制定科學(xué)合理的作業(yè)計劃，既要滿足煤礦的技術(shù)要求，還需提效減耗。這要求地震勘探在設(shè)計階段就要綜合考慮和滿足在完成地質(zhì)任務(wù)的前提下，優(yōu)化野外施工作業(yè)，提高施工效率。目前，較好的工作方法就是在工區(qū)施工前，結(jié)合地質(zhì)任務(wù)，通過科學(xué)軟件，對觀測系統(tǒng)進行優(yōu)化。一般煤田三維地震勘探常用束狀觀測系統(tǒng)來施工，本文探討在地表復(fù)雜區(qū)運用磚墻式觀測系統(tǒng)，進行野外施工，既滿足了寬方位角的要求，又實現(xiàn)了均勻的炮間距分布，為后期數(shù)據(jù)處理和資料解釋奠定了基礎(chǔ)。

2 研究區(qū)情況

2.1 地震地質(zhì)條件

勘探區(qū)地處毛烏蘇沙漠與陜北黃土高原接壤地帶，屬于中等沙漠化地區(qū)，表、淺層地震地質(zhì)條件極差。工區(qū)內(nèi)大部分為風(fēng)積沙，表層為松散干沙，厚薄不一，對有效波吸收強烈，高頻信息經(jīng)過該低速沙層時嚴重衰減，影響到施工效率，也影響了靜校正的精度。區(qū)內(nèi)松散干沙之下為第四系黃土，形成了一層相對的隔水層，潛水面埋深一般在0.8～5 m。根據(jù)低速帶調(diào)查結(jié)果，黃色、淺灰色粉細沙、細沙巖的速度為400～800 m/s左右，對地震波吸收強烈，高頻信息衰減嚴重。潛水層地震波速在1 300～1 900 m/s，激發(fā)層位選擇潛水面下3 m左右，可取得較理想的目的層地震反射波組。

2.2 地球物理參數(shù)

根據(jù)該區(qū)地質(zhì)資料，勘查目的層2、4、5、7、9號煤層頂?shù)装鍘r性以泥巖、粉砂巖、細砂巖為主。測井資料反映，煤層波速為2 450～2 700 m/s，密度1.46 g/cm3，波阻抗為3 577～3 942；砂巖波速3 300 m/s，密度2.5 g/cm3，波阻抗為8 250；泥巖速度一般為2 600～3 200 m/s，密度為2.482.5 g/cm3，波阻抗為6 448～7 936。煤層與頂?shù)装鍑鷰r的波阻抗差異明細，能形成較好的反射波組。

3 觀測系統(tǒng)設(shè)計

3.1 采集參數(shù)論證

觀測系統(tǒng)設(shè)計主要包括觀測方向、面元尺寸、最大炮檢距、偏移孔徑、疊加次數(shù)和接收線距的選擇等參數(shù)。根據(jù)資料，利用軟件計算了各個參數(shù)的選擇。

（1）觀測方向?？碧絽^(qū)內(nèi)地層傾角小于1°，據(jù)以往資料斷層為EW走向為主，主測線方向布置為SN方向。

（2）面元尺寸。面元大小須滿足橫向分辨率、最高無混疊頻率和滿足30°繞射收斂的要求。按照公式計算，得出結(jié)果見表1。

表1 論證面元尺寸分析計算Table 1 Analysis and calculation of dimension of demonstration surface element

依據(jù)上述論證結(jié)果，選擇面元尺寸不大于22.73 m可滿足反射信息正確成像；考慮對斷點繞射的充分收斂，則面元尺寸不大于12.87 m。綜合考慮工區(qū)地下地質(zhì)構(gòu)造特點及觀測系統(tǒng)類型，為提高資料的縱橫向分辨率，面元尺寸選擇5 m×10 m。

（3）最大炮檢距。根據(jù)以往區(qū)內(nèi)資料分析，該區(qū)最大炮檢距設(shè)計應(yīng)重點考慮目標深度、速度分析精度和動校拉伸率。經(jīng)論證計算，滿足動校拉伸和速度分析精度要求的最大炮檢距應(yīng)在652～691 m。

（4）偏移孔徑。為使傾斜地層和斷層等反射信息正確偏移歸位，保證成像邊界的成像精度，成像邊界和滿覆蓋之間的距離應(yīng)滿足偏移孔徑的要求。即要大于第一菲涅爾帶半徑、滿足繞射波能量較好收斂的原則和大于傾斜目的層偏移的橫向移動距離，通過公式計算論證，偏移孔徑應(yīng)不小于335.44 m。

（5）疊加次數(shù)和接收線距。此次勘探施工疊加次數(shù)選擇24次，接收線距60 m。

3.2 常規(guī)觀測系統(tǒng)

根據(jù)以上分析，野外數(shù)據(jù)采集擬采用12線3炮制束狀三維觀測系統(tǒng)，如圖1所示。觀測系統(tǒng)參數(shù)初步擬定如下：

圖1 1 2線3炮束狀觀測系統(tǒng)示意Fig.1 12-line 3-beam observation system

3.3 觀測系統(tǒng)的優(yōu)化

勘探區(qū)內(nèi)部分目的層埋深較淺，為了改善淺部煤層反射波的成像，在合理布設(shè)工程量的基礎(chǔ)上，在實際生產(chǎn)中由規(guī)則束狀優(yōu)化為14線9炮磚墻式觀測系統(tǒng)，減小采集步長，削弱采集腳印，改善偏移距分布，也為后續(xù)處理過程中的插值降低高頻損失，確保采集資料的品質(zhì)，如圖2所示。參數(shù)如下：

圖2 1 4線9炮磚墻式觀測系統(tǒng)Fig.2 14-line 9-gun brick wall observation system

通過觀測系統(tǒng)的優(yōu)化，對比分析方位角、偏移距等屬性（圖3、圖4），可以看出磚墻式觀測系統(tǒng)的方位角分布明顯比常規(guī)束狀觀測系統(tǒng)要寬，更有利于小構(gòu)造的探測。

圖3 兩種觀測系統(tǒng)方位角對比分析示意Fig.3 Comparative analysis of azimuth angles of the two observation systems

圖4 兩種觀測系統(tǒng)炮檢距對比分析示意Fig.4 Contrastive analysis of offset between two observation systems

對比分析偏移距，磚墻式觀測系統(tǒng)較常規(guī)觀測系統(tǒng)均勻，可直觀顯示方位角要寬。優(yōu)化后的磚墻式14線9炮觀測系統(tǒng)的炮檢對方位數(shù)量在全方位均有分布，而常規(guī)的12線3炮觀測系統(tǒng)炮檢方位數(shù)量主要集中在沿測線較窄的方位上。寬方位角能很好地解決地震波返回時成像準確的問題。

4 勘探成果

磚墻式觀測系統(tǒng)的運用在本區(qū)復(fù)雜的地震地質(zhì)條件下，取得了良好的勘探效果，從獲取的時間剖面圖上可以看出，主要目的層反射波清晰，分辨率高，起伏形態(tài)和構(gòu)造情況明顯（圖5），圓滿完成地質(zhì)任務(wù)，證明了磚墻式觀測系統(tǒng)在復(fù)雜區(qū)塊的應(yīng)用良好。

圖5 勘探成果Fig.5 Exploration results

5 結(jié) 語

通過在地表復(fù)雜區(qū)塊的觀測系統(tǒng)優(yōu)化，運用磚墻式觀測系統(tǒng)可使炮檢距分布均勻，速度分析更加準確，更寬的方位角對小構(gòu)造的探測更加科學(xué)；接收線大，能夠減少障礙物對野外采集的不利影響，為提高后期資料處理精度提供了有力保障，提高了施工效率，節(jié)約了勘探成本。