陳 付

(崇信縣百貫溝煤業(yè)有限公司，甘肅 崇信 744202)

1 概況

1.1 勘探區(qū)自然條件

勘探區(qū)地處隴東黃土高原，地形跌宕起伏，地表相對高差最大240m (地表標(biāo)高為1213m～1453m之間變化)。地表坡度一般在20°～30°，部分坡度達(dá)40°～50°，有多個(gè)直立陡坎和沖溝，高差達(dá)30余米；植被發(fā)育，通視條件差。

1.2 勘探區(qū)地質(zhì)概況

區(qū)內(nèi)大部分基巖被第四系黃土覆蓋，僅有零星出露，黃土厚度一般為60m，兩極厚度分別為0m、132m。主要地層自下而上有三疊系上統(tǒng)延長群、侏羅系下統(tǒng)富縣組、侏羅系中統(tǒng)延安組、直羅組、安定組，白堊系下統(tǒng)志丹群，第三系上統(tǒng)甘肅群、第四系。其中延安組為區(qū)的主要含煤地層，巖性多為灰～灰黑色砂巖，粉砂巖，砂質(zhì)泥巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖及煤組成。含煤層2～3層，自上而下編號分別為煤2、煤3、煤5，其中主要可采煤層為煤3、煤5；煤3全區(qū)穿層點(diǎn)48個(gè)，見煤點(diǎn)27個(gè)，沉積缺失點(diǎn)21個(gè)，見煤點(diǎn)中可采點(diǎn)25個(gè)、不可采點(diǎn)2個(gè)(小于0.7m為不可采)，見煤點(diǎn)兩極厚度 0.15～16.52m，平均 4.95m，埋藏深度變化范圍為 310.87～619.88；煤 5 全區(qū)穿層點(diǎn) 48 個(gè)，見煤點(diǎn) 37 個(gè)，沉積缺失點(diǎn)10個(gè)，斷層缺失點(diǎn)1個(gè)，見煤點(diǎn)全部可采，見煤點(diǎn)兩極厚度0.76～31.66m，平均 10.15m，埋藏深度變化范圍為 330.52m～716.64m，煤層間距在20m～60m之間變化。區(qū)內(nèi)主體體構(gòu)造為一走向NWW～SE的兩翼不對稱的背斜，在背斜的傾伏端發(fā)育有次一級向斜，背斜軸部傾角在3°～5°之間變化，傾伏端傾角在 30°～45°之間變化。

1.3 勘探區(qū)地震地質(zhì)條件分析

工區(qū)地表?xiàng)l件復(fù)雜，復(fù)雜的地表?xiàng)l件，會造成檢波點(diǎn)、炮點(diǎn)不能布設(shè)到理論設(shè)計(jì)位置。黃土層的存在對地震資料的品質(zhì)影響較大，首先，黃土層松散、彈性差、速度低，震源與黃土介質(zhì)的耦合性很差；其次，黃土層對地震波的高頻成分有強(qiáng)烈的吸收衰減作用，導(dǎo)致單張記錄的能量弱、頻率低；另外，黃土介質(zhì)的各向異性較嚴(yán)重，波場復(fù)雜，容易產(chǎn)生面波、折射波等規(guī)則干擾波。因煤層與圍巖波阻抗差異明顯，能夠形成較好的反射波，本勘探區(qū)煤層埋藏深度適中是本區(qū)三維地震勘探的有利條件，但勘探區(qū)內(nèi)煤層厚度、煤層間距變化大，地層傾角大，增加了勘探難度。綜合來說本區(qū)地震地質(zhì)條件復(fù)雜。

2 資料采集難點(diǎn)與對策分析

2.1 技術(shù)難點(diǎn)

首先，黃土塬復(fù)雜的表層條件對地震勘探造成的影響在采集方面主要有以下幾點(diǎn)：首先黃土復(fù)雜區(qū)缺乏良好的激發(fā)和接收條件；第二，相干干擾、次生干擾、黃土諧振干擾極其嚴(yán)重；第三，復(fù)雜地形影響的空炮、空道造成的反射空白段，以及激發(fā)能量在懸崖、陡坎側(cè)面逸散，造成的不良反射段破壞了共反射點(diǎn)(反射面元)的屬性；第四，短波長大靜校正量的存在使記錄在未校正前，反射同相軸的識別難度大，不利現(xiàn)場質(zhì)量的監(jiān)控。另外，由厚黃土層內(nèi)的虛反射界面可能產(chǎn)生的多次波對地震成果解釋精度的影響也不容忽視。

其次，因斷裂構(gòu)造、地層傾角、地表標(biāo)高的變化造成目的層埋藏深度變化大。觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度加大。

2.2 技術(shù)對策

借鑒以往類似工區(qū)的勘探經(jīng)驗(yàn)，針對干擾波發(fā)育、能量逸散問題，可以采用提高覆蓋次數(shù)的方法來降低影響。首先高覆蓋次數(shù)的炮檢點(diǎn)縱橫向分布相對離散，面元道集內(nèi)傳播路徑差異的增加破壞了干擾的相干性，從而提高了對干擾的壓制能力，其次不同的接收方向，懸崖、陡坎造成的反射“不良”影響是不同的，相鄰道迭加時(shí)，可以消除了“不良反射段”的影響。

針對目的層埋藏深度變化大的問題，可以采用相同的觀測系統(tǒng)類型不同的接收道數(shù)來解決，針對煤層傾角大的特征，采用寬方位角觀測系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

針對激發(fā)接收條件差的特點(diǎn)，挖去表層的浮土，把檢波器插穩(wěn)，埋在堅(jiān)實(shí)的原生黃土之上，確保有良好的耦合效果；在不影響覆蓋次數(shù)相對均衡的前提條件下，精選炮點(diǎn)位置，以提高激發(fā)效果，選擇炮點(diǎn)的原則為：避高就低(避開懸崖陡坎孤峰等不利地形)、喜舊厭新(重復(fù)利用能取得好資料的炮點(diǎn))、避虛就實(shí)(盡量在基巖區(qū)激發(fā))、增大激發(fā)藥量和井深，確保一次波能量。

最后，針對山區(qū)復(fù)雜的地形條件，野外采用根據(jù)初步設(shè)計(jì)進(jìn)行先測量，二次設(shè)計(jì)后再施工的三維地震采集流程，同時(shí)采用邊施工邊處理的工作方法，對質(zhì)量較差的區(qū)域采取增加覆蓋次數(shù)的技術(shù)措施。

3 野外資料采集

3.1 觀測系統(tǒng)

三維地震勘探施工設(shè)計(jì)的正確與否至關(guān)重要，它直接關(guān)系到三維地震勘探的成果質(zhì)量，關(guān)系到三維地震勘探的效益，地震勘探施工設(shè)計(jì)的缺陷與不足，對地震勘探的影響是巨大的，因?yàn)橐巴獠杉斐珊笃谫Y料處理與解釋的“硬傷”是不可恢復(fù)的，事實(shí)上也是難以補(bǔ)救的。施工設(shè)計(jì)需從地質(zhì)任務(wù)出發(fā)，在研究、分析勘探區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)資料的基礎(chǔ)之上進(jìn)行。首先，根據(jù)收集到的已知地質(zhì)資料建立勘探區(qū)地球物理參數(shù)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫應(yīng)包括最淺目的層埋藏深度、最深目的層埋藏深度、預(yù)計(jì)的反射波層位、地層傾角、對應(yīng)反射層的平均速度、反射層的雙層旅行時(shí)間，反射層的反射波主頻。然后根據(jù)三維地震勘探主要采集參數(shù)(時(shí)間采樣間隔選擇、空間采樣間隔選擇、最大炮檢距選擇、最大非縱距選擇、覆蓋次數(shù))的理論公式進(jìn)行計(jì)算后并綜合分析，確定觀測系統(tǒng)。經(jīng)過以上流程，本區(qū)選擇的觀測系統(tǒng)參數(shù)如下：10線10炮制束狀觀測系統(tǒng)，線距40m，道距15m，淺部單線接收道數(shù)60道，深部接收道數(shù)72道，覆蓋次數(shù)30次(橫向5次，縱向6次)，小傾角區(qū)中點(diǎn)激發(fā)，大傾角區(qū)下傾單邊激發(fā)。

3.2 試驗(yàn)工作

黃土塬區(qū)的試驗(yàn)工作主要為激發(fā)井深、激發(fā)藥量的選擇。由于黃土塬區(qū)缺乏潛水位，所以在潛水位下激發(fā)是不能實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)洛陽鏟成孔的10口微測井資料可知本區(qū)的黃土特征 (1m～4m處為干黃土，黃土速度200m/s；4m～11m處為潮濕黃土，黃土速度600m/s；8m～13m處為干黃土，黃土速度400m/s；10m～21m處含有一層厚2m的粘性紅土，紅土速度 1500m/s)，井深試驗(yàn)分別選擇了 4m、5m、6m、7m、8m 的潮濕黃土層中及13m、15m、17m、19m、21m的粘性紅土層作為激發(fā)層位，藥量選擇2kg。試驗(yàn)結(jié)果表明，潮濕黃土中激發(fā)時(shí)不論井深大小得到的記錄差異不大，粘性紅土中激發(fā)不論井深大小得到的記錄差異不大，但粘性紅土中激發(fā)得到的記錄明顯好于潮濕黃土中激發(fā)得到的記錄(圖1)。這說明在黃土塬區(qū)勘探，井深參數(shù)只是一個(gè)相對概念，重要的是激發(fā)層位的選擇。本次勘探最終選擇進(jìn)入粘性紅土層1.5后作為最終的激發(fā)井深。

選擇相同的激發(fā)層位與井深，分別用1kg、2kg、3kg藥量進(jìn)行試驗(yàn)，認(rèn)為2kg與3kg藥量得到的記錄差異不大。本次勘探最終選擇在埋藏淺的區(qū)域采用2kg藥量激發(fā)，在埋藏深度較大的區(qū)域采用3kg藥量激發(fā)。根據(jù)點(diǎn)試驗(yàn)的成果，完成了兩條覆蓋次數(shù)30次的二維試驗(yàn)線(圖2)，試驗(yàn)線時(shí)間剖面信噪比較高，有效波特征突出，構(gòu)造現(xiàn)象明顯。

圖1 不同激發(fā)層位的試驗(yàn)記錄

圖2 現(xiàn)場處理的時(shí)間剖面

3.3 資料采集

測量工作按照預(yù)設(shè)計(jì)的施工圖進(jìn)行，測量作業(yè)組除提供測量點(diǎn)坐標(biāo)與高程外，同時(shí)還需提供地物(如障礙物、懸崖、孤峰、陡坎等)參數(shù)，以備再次設(shè)計(jì)使用。再次設(shè)計(jì)時(shí)主要以炮檢互換的理論為基礎(chǔ)，具體為：變觀設(shè)計(jì)中，根據(jù)期望輸出炮點(diǎn)和接收點(diǎn)的分布形式，求解炮點(diǎn)的分布形式。從而可以求出變觀后的炮點(diǎn)地面分布形式。把炮點(diǎn)(s)、檢波點(diǎn)(g)和共中心點(diǎn)(x)的關(guān)系寫成褶積形式：sg=x，其Z變換為：S(Z)·G(Z)=X(Z)。 式中 S(Z)為炮點(diǎn)(線)的 Z 變換多項(xiàng)式，G(Z)為檢波點(diǎn)(線)的 Z變換多項(xiàng)式，X(Z)為地下共深度點(diǎn)(CDP)的Z變換多項(xiàng)式。

設(shè)計(jì)過程以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)為工具進(jìn)行，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮覆蓋次數(shù)的相對均勻、炮檢距不能大于試驗(yàn)得出的結(jié)論。設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)應(yīng)用的技術(shù)避高就低、喜舊厭新、避虛就實(shí)(圖3)，這些技術(shù)的運(yùn)用確保獲得了品質(zhì)較好的第一手資料。本次三維地震勘探工作共完成生產(chǎn)物理點(diǎn)1810個(gè)，其中甲級記錄1115張，占總數(shù)的61.6%，乙級記錄682張，占總數(shù)的37.1%。這些數(shù)據(jù)說明本次三維地震勘探原始資料質(zhì)量是可靠的，采取的技術(shù)措施是合理的。

圖3 相鄰炮點(diǎn)(間距20m)相同藥量、井深與相同排列所得記錄

4 結(jié)論

從隴東黃土塬區(qū)三維地震勘探的采集過程來看，充分試驗(yàn)，生產(chǎn)過程中應(yīng)用避高就低、喜舊厭新、避虛就實(shí)的技術(shù)和炮檢互換的理論是獲得黃土塬區(qū)理想資料的基礎(chǔ)，同時(shí)也說明在黃土塬區(qū)進(jìn)行地震勘探工作是可行的。

[1]鄧志文.復(fù)雜山地地震勘探[M].北京:石油工業(yè)出版社,2006.

[2]朱書階.復(fù)雜地表?xiàng)l件下陡傾角勘探區(qū)地震數(shù)據(jù)采集研究[J].中國煤田地質(zhì),2011,2.

[3]談國強(qiáng).低勘探程度區(qū)域三維地震勘探設(shè)計(jì)方法研究[J].科技視界,2013,5.