風積沙區域煤礦三維地震激發因素選取方法探索及應用

梁哲

（河北省煤田地質局物測地質隊，河北 邢臺 054000）

1 概 況

煤礦三維地震采集資料的優劣一直是衡量煤礦三維地震勘探質量的金標準，更是決定著勘探成果能否滿足地質勘探任務的基礎。在西部沙漠地區，勘探區表層往往覆蓋厚度不均的風積沙、沙土等松散堆積物，造成施工所激發的地震波能量衰減，進而影響地震采集數據的質量。因此，在風積沙區域選擇合適的激發因素顯得尤為重要。

2 激發參數的選擇

煤礦三維地震的激發要保證地震波能量足夠，以便提高資料的信噪比，在此前提下盡量提高資料的分辨率。

激發井深選擇：激發井深的選擇需要綜合分析子波頻率、激發能量、是否產生虛反射等，一般選擇潛水面以下進行激發深度，避免產生“虛反射”。潛水面以下的巖性也存在變化，不同巖性中激發效果不同，因此野外工作，需將激發深度選擇在較佳的激發巖性中。

激發藥量選擇：要采集高信噪比地震資料，須加大激發能量，突出有效波，壓制隨機噪音和次生干擾。但激發能量增加，會造成脈沖地震子波較胖，導致反射波主頻降低，頻帶變窄；并且，藥量增加，由于大地吸收衰減效應，會導致高頻成份嚴重損失。因此，藥量選擇應在保證資料一定信噪比的前提下盡量減少藥量，拓寬地震波的頻寬，得到較高主頻，以滿足地震資料分辨率的要求。

3 勘探區淺表層地質條件概況

勘探區位于地表大面積被風積沙、沙土覆蓋，結構松散。風積沙以細粒石英為主，呈波狀沙丘、沙壟及新月形沙丘等，地勢起伏不平，厚度0～75.97 m，變化范圍較大。基巖出露甚少。勘探區地表松散的沙層，較深的潛水面，對地震波能量吸收衰減作用強烈，該區的淺表層地震地質條件復雜。

4 區內風積沙厚度調查

結合區內鉆孔資料及現場踏勘情況，全區風積沙覆蓋層厚度分布情況如下。

總體上工區西南部，風積沙厚度較厚，基本在18 m 以深，其它區域由南向北厚度逐漸變薄。基巖僅出露在溝谷兩岸及較高的山坡側壁上。個別地區在幾十米范圍內，基巖深度有較大的變化，但無明顯規律。有鑒于此，需分段在風積沙厚度不同的區域，開展試驗工作，對應確定合理的激發因素。

5 試驗點位置選擇

在認真分析該區淺表層地震地質條件及區內風積沙覆蓋層厚度后，依據均勻布點及位置靠近鉆孔的原則，在勘探區內布設試驗點3 個，如圖1 所示，試驗線一束。主要進行單井的井深、藥量對比試驗及低速帶調查。

試驗點1：位于厚風積沙覆蓋區，鉆孔附近。

試驗點2：位于較厚風積沙覆蓋區，鉆孔附近。

試驗點3：位于較薄風積沙覆蓋區，附近無鉆孔分布。

圖1 試驗點位置分布示意圖Fig.1 Position distribution of test points

6 試驗方案

按照此次煤礦三維地震采集施工設計的要求，針對本區的采集技術難點系統安排試驗內容，主要是單井的井深、藥量對比試驗。

（1） 基礎因素。

①儀器型號：428XL 數字地震儀。

②采樣間隔：0.5 ms。

③儀器前放增益（dB）：12。

④記錄長度：1.0 s。

⑤接收排列：布設3 條線，每條線60～100道，偏移距10 m，道間距10 m。

⑥檢波器組合形式：3 串2 并。

⑦藥量：1.5 kg。

（2） 試驗參數。

依據風積沙層厚度分布情況，3 個試驗點位的試驗參數具體設計如下。

①試驗點1（勘探區南部厚風積沙覆蓋區、單井激發）。

井深（藥量1.5 kg）：8、12、14、16、18、20 m。

藥量：1.2、1.5、2.1 kg。

②試驗點2（勘探區中部較厚風積沙覆蓋區、單井激發）。井深（藥量1.5 kg）：9、11、13、15、17 m。藥量（井深17 m）：0.6 、0.9 、1.2 、1.8 、2.1 kg。

③試驗點3（勘探區北部較薄風積沙覆蓋區、單井激發）。

井深（藥量1.5 kg）：7、9、11、13 m。

藥量（井深13 m）：0.9 kg。

④低速帶調查。

在試驗點位上進行低速帶觀測，以了解淺層速度變化規律，作為確定激發井深和激發層位的參考依據。低速帶觀測排列采用相遇時距曲線折射法觀測，24 道接收，排列長度187 m，道距1，2，2，3，3，5，5，10，10，15，25，25，25，15，10，10，5，5，3，3，2，2，1，偏移距為2 m。排列方向為東西向，西小東大，如圖2 所示。激發井深0.5 m，藥量0.3 kg，采樣率0.25 ms，記錄長度1.0 s，采用現場地震折射處理系統處理解釋。

6.1 點試驗資料分析

3 個試驗點共計施工物理點27 個。試驗點分析如下。

對試驗點3 進行分析，該實驗點成孔5 個，2個13 m 孔見藍綠色砂質泥巖，11 m 孔見粘土，9 m 孔見藍綠色砂質泥巖，7 m 孔為沙層。考慮炸藥爆炸半徑的影響，實驗孔的間距在3 m 左右。可見實驗點3 附近基巖深度變化較劇烈。

圖2 小折射低速帶調查觀測系統示意圖Fig.2 Survey and observation system of low velocity zone with small refraction

（1） 井深試驗（固定藥量1.5 kg）。

圖3 3 號試驗點井深對比試驗單炮Fig.3 Single shot for well depth comparison test at No.3 test point

共計獲得4 張試驗記錄，如圖3 所示。從記錄看井深13 m（基巖面） 在單炮整體面貌上能量較強、頻率較高。應用KLSeis 地震資料分析軟件對所獲記錄進行定量分析，如圖4 所示。

圖4 試驗點3 井深能量分析、頻譜分析、信噪比分析Fig.4 Well deep energy analysis,spectrum analysis and signal to noise ratio analysis at No.3 test point

結果表明，井深13 m 能量最強，主頻較高，信噪比最高。

（2） 藥量試驗（固定井深13 m）。

單炮藥量0.9 kg、1.5 kg。共計獲得2 張藥量對比試驗記錄。從單炮記錄看藥量1.5 kg 能量較強，0.9 kg 頻率較高。應用KLSeis 地震資料分析軟件對所獲記錄定量分析，得出結論：1.5 kg 能量較強、0.6 kg 頻譜最寬，信噪比差距不大。

綜合分析認為，在較薄風積沙覆蓋區激發層位砂質泥巖，井深13 m，藥量1.5 kg，可獲得較高的單炮質量。

試驗點1、2 開展井深、藥量試驗分析工作，得出結論厚風積沙覆蓋區激發層位致密細沙層，井深18 m，藥量2.1 kg。較厚風積沙覆蓋區激發層位17 m 或基巖面，藥量1.5 kg。

6.2 低速帶解釋

低速帶調查是利用小折射法，主要以不等道距觀測相遇時距曲線方法解釋。根據低速帶解釋結果：試驗點3 處低速層地震波傳播速度為370 m/s，厚度約6.5 m，降速層地震波傳播速度為2 253.0 m/s。井深均在低速帶以深。

7 試驗結果

通過點試驗的定量、定性分析，確定此次煤礦三維地震勘探激發因素。

（1） 勘探區南部單井激發，激發層位致密細沙層，井深18 m，藥量2.1 kg。

（2） 勘探區中部單井激發，激發層位17m 或基巖面，藥量1.5 kg。

（3） 勘探區北部單井激發，激發層位13 m 或粘土層、基巖面，藥量1.5 kg。

8 結 語

在沙漠風積沙覆蓋層厚度差異大的勘探區，根據覆蓋層厚度分區域開展激發藥量、激發井深試驗工作，運用KLSeis 地震資料分析軟件對所獲試驗單炮的能量、頻譜、信噪比進行定量、定性分析，結合低速帶調查，能夠確定勘探區合理激發井深、藥量，達到提高單炮分辨率，拓寬頻帶的效果，從而確保獲得具有較高信噪比和分辨率的地震原始資料，為查明勘探區地質構造和煤層賦存形態，完成地質任務奠定基礎。