黃土塬梁及溝壑區三維地震勘探采集技術探討

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的80%以上，為勘探區地表內主要覆蓋層，厚度0～250 m 不等，黃土層中夾有鈣質結核，造成地震勘探成孔困難；該地層結構松散，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；區內大部分地段無潛水，只是在溝谷及低洼坳谷地形中有季節性水源；勘查區內沿溝底基巖埋深較淺，基巖層速度較高，利于激發層位識別。

圖1 研究區鳥瞰圖Fig.1 Aerial viewof study area

因此，研究區在地震數據采集方面主要存在以下問題：一是在黃土層中激發，地震波吸收強烈，而且產生十分強烈的面波、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 采集試驗目的及原則

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

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，同時節約試驗工作量，爭取以較少的工作量獲得最佳的試驗結論；二是堅持從已知到未知，從簡單到復雜，循序漸進的原則進行，這樣有利于分析研究的不斷深入；三是選擇在全區具有已知資料的鉆孔處進行試驗，保證資料可靠，根據地震地質條件的變化選取試驗點，使試驗結論能夠涵蓋全區。

3 采集試驗內容與方法

3.1 試驗點位置的確定

試驗點位置確定應遵循以下原則，首先應選擇在有已知資料的、激發條件較好的地方進行，獲得能夠較為清晰反映研究區目的層反射波發育情況的標準記錄；其次，根據地質資料、淺表層地質露頭調查、低速帶調查等綜合研究結果，獲得研究區典型淺表層地震地質條件區域劃分示意圖；最后，在不同劃分區域進行針對性試驗因素研究，總結出不同淺表層地震地質條件下的不同采集方法。

根據以上原則，除了在不同典型區域布設試驗點外，結合研究區實際特點是由于占測區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 試驗內容

（1） 低速帶調查：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） 激發因素試驗：包括不同的井深、井組合內距、井組合數、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 試驗時質量監控要求

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

4 試驗記錄分析

4.1 組合井井深分析

根據該區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結核層，每層厚度約10 cm 左右，部分鈣質結核硬度較大，給激發成孔帶來極大的困難。當深度超過9 m時，出現致密棕色粘土層，該層速度較高，是較好的激發層位。

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，連續性較差，是因為其激發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。

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 時窗內資料品質定量分析，如圖4 所示。因為炮激發藥量相同，因此不同井深激發其單炮能量差異不大，但其轉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，連續性好，資料品質較高；采用組合井（1+2+1） kg、3×2 kg 藥量激發時，所獲得的單炮記錄煤層反射波能量雖強，但連續性較差，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 論

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

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