文/劉曉紅

三維地震勘探技術(shù)在基巖裸露區(qū)的研究與應(yīng)用

文/劉曉紅

我國新疆維吾爾自治區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的煤炭資源，特別是庫車煤田的阿艾煤礦，作為南疆重要煤炭產(chǎn)地之一，其煤炭儲藏量相當(dāng)可觀。隨著國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的深入實(shí)施，煤炭需求量日趨增大。為進(jìn)一步合理、有計劃地開發(fā)煤炭資源，河北省煤田地質(zhì)局物測地質(zhì)隊對庫車煤田阿艾煤礦進(jìn)行了高分辨三維地震勘探工作，勘探面積8.20km2。本文就庫車煤田阿艾礦區(qū)三維地震勘探的難點(diǎn)、特點(diǎn)和采取的措施進(jìn)行了分析和歸納，總結(jié)了寶貴的勘探方法和施工經(jīng)驗(yàn)，對今后類似區(qū)域開展三維地震勘探工作具有重要的指導(dǎo)作用。

一、地震地質(zhì)條件分析

庫車煤田阿艾礦區(qū)屬風(fēng)蝕丘陵地形，地表風(fēng)化侵蝕強(qiáng)烈，水土流失嚴(yán)重，溝谷縱橫，屬典型的基巖裸露區(qū)域。測區(qū)含煤地層為侏羅系下統(tǒng)塔里奇克組（J1t），平均厚度28.21m。主采煤層下1、下5、下10賦存條件好，煤層頂?shù)装鍘r性、巖相組合特征清楚，密度差異明顯，能形成能量較強(qiáng)的反射波T1、T5、T10。本區(qū)煤層層數(shù)多，間距較小，部分煤層形成復(fù)合反射波，由于上部煤層的屏蔽作用，使得下部及中間薄煤層的反射波變?nèi)?，難于追蹤識別。地震地質(zhì)條件屬于復(fù)雜類型區(qū)域。

二、技術(shù)難點(diǎn)

1.地表條件復(fù)雜施工難度大

庫車煤田阿艾礦區(qū)海拔較高，相對高差偏大，加上多年的風(fēng)化剝蝕和水土流失，形成了多處斷崖絕壁和大面積的基巖裸露，地形陡峭，溝谷縱橫，交通運(yùn)輸條件十分不便，人員通行及作業(yè)十分困難。同時，在地勢相對較低的沖溝地段，存在大量不均勻坡積物和礫石層，對鉆機(jī)成孔及檢波器埋置均帶來很大的困難。

2.激發(fā)條件差

與平原地區(qū)相比，巖石裸露區(qū)沒有相對穩(wěn)定的激發(fā)層位，且測區(qū)地下水位較深，給地震波的激發(fā)帶來一定困難。

3.接收條件復(fù)雜

因氣候原因，漏電干擾比較嚴(yán)重且迎風(fēng)坡面風(fēng)力很強(qiáng)，電纜和檢波器抖動厲害，噪聲背景極大，很大程度地影響了激發(fā)信號的正常接收。

4資料處理難點(diǎn)多

基于測區(qū)地形高差變化大，干擾因素多，勘探精度要求高等特點(diǎn)，資料處理應(yīng)以靜校正和去噪為重點(diǎn)，提高資料的信噪比和分辨率，實(shí)現(xiàn)反射界面及各種地質(zhì)異常體正確歸位，從而確保地質(zhì)信息位置的準(zhǔn)確性。

三、技術(shù)方案的實(shí)施

1.激發(fā)方式、數(shù)據(jù)采集方法及具體參數(shù)

激發(fā)方式。根據(jù)庫車煤田阿艾礦區(qū)的地震地質(zhì)條件及任務(wù)要求，本次三維地震勘探激發(fā)方式采用井炮激發(fā)，山地鉆成孔，復(fù)雜地段根據(jù)避高就低、避碎就整、避干就濕的原則選擇激發(fā)孔位，保證好的激發(fā)層位，并封孔激發(fā)。

數(shù)據(jù)采集方法。山區(qū)布設(shè)測線采取寬線距方式，減少檢波器安置困難。同時根據(jù)目的層埋藏深度采用不同的觀測系統(tǒng)，針對特殊地段利用克朗軟件進(jìn)行靈活變觀，保證了淺、中、深部目的層的疊加次數(shù)，從而獲得高質(zhì)量的野外數(shù)據(jù)資料。

具體參數(shù)。本次三維地震勘探激發(fā)方式采用井炮激發(fā)，8線4炮制束狀觀測系統(tǒng)，中點(diǎn)激發(fā)，24次覆蓋、10m道距、深部576道接收（炮點(diǎn)網(wǎng)格20m×60m）、中部480道接收（炮點(diǎn)網(wǎng)格20m×50m）、淺部288道接收（炮點(diǎn)網(wǎng)格20m× 30m），ARIES數(shù)字地震儀，0.5ms采樣錄制。施工因素為：井深6m；藥量：（單孔）1kg（基巖裸露區(qū)）2kg（第四系坡積物堆積區(qū)）；檢波器組合形式：60Hz高頻檢波器，三串兩并十字型面積組合、組內(nèi)距5m。

2.保證激發(fā)信號良好接收的方法

基于測區(qū)大部分地區(qū)基巖裸露，應(yīng)采用石膏固化法在巖石上布設(shè)檢波器。即把檢波器粘在基巖上，或插在巖石裂隙中再浮土填實(shí)的方法，確保檢波器與大地耦合良好。檢波器在溝谷低洼地帶安置時需清除周圍坡積物、碎石等，采用挖坑、插直、壓實(shí)的方法埋置，確保檢波器埋置符合技術(shù)要求。并要求所有的炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)位置移動后均實(shí)測坐標(biāo)，保證資料采集準(zhǔn)確性。大風(fēng)天氣施工時，不僅要對檢波器進(jìn)行埋置，還要對檢波器附近的大線進(jìn)行埋置，最大限度減少隨機(jī)干擾，并加強(qiáng)警戒，杜絕人為和機(jī)械干擾。雨霧天氣施工時，要對大線接頭、采集站和檢波器夾子等經(jīng)常用毛巾擦拭，保持清潔干燥，防止漏電情況發(fā)生。

3．精確的資料處理

（1）復(fù)雜近地表靜校正。針對該區(qū)資料特點(diǎn)，在地表高程、初至波分析的基礎(chǔ)上，利用層析反演靜校正軟件建立較準(zhǔn)確的近地表低降速帶速度、厚度模型，有效實(shí)現(xiàn)中、長波長靜校正。并在此基礎(chǔ)上，利用軟件中的差分法，近一步實(shí)現(xiàn)短波長靜校正，從而保證了疊加構(gòu)造形態(tài)的真實(shí)性及疊加成像效果。

（2）壓制干擾，提高信噪比。采用逐點(diǎn)多道識別、單道計算的方法識別各種傾角的規(guī)則噪音，并采用中值濾波對檢測到的規(guī)則噪音進(jìn)行壓制，去除面波干擾，剔除壞道，不正常道，尖脈沖等。同時，為得到準(zhǔn)確可靠的偏移結(jié)果，提高了疊加剖面的信噪比，確保目的層在沒有干擾的情況下準(zhǔn)確歸位。

（3）高精度剩余靜校正和速度迭代處理。在層析成像和折射靜校正解決了長波長靜校正量的基礎(chǔ)上，通過速度分析和地表一致性剩余靜校正多次迭代處理，進(jìn)一步消除中短波長剩余靜校正量的影響，提高信噪比及反射波組的連續(xù)性。

（4）偏移。建立偏移速度場。將疊加速度在縱、橫兩個方向上進(jìn)行人工平滑，使速度在空間上的變化與構(gòu)造相吻合后，再進(jìn)行三維速度內(nèi)插平滑得到偏移速度場。選擇合理的算法。通過大量試驗(yàn)，最終采用“一步法”偏移，本方法既能使陡傾角偏移歸位，又能很好地適應(yīng)偏移速度場的橫向變化。

4.火燒區(qū)圈定

煤層火燒區(qū)邊界的圈定，是根據(jù)時間剖面反射波品質(zhì)變差或同相軸突然消失，反射波變的雜亂無章等特征，再結(jié)合測區(qū)鉆孔資料共同分析得出。

四、實(shí)施效果和結(jié)論

本次三維地震勘探工作控制了下1、下5、下10煤層底板的賦存情況及厚度變化趨勢，煤系地層基本呈現(xiàn)走向EW-NW，傾向SSW的弧狀單斜形態(tài)。查明了區(qū)內(nèi)落差大于等于5m斷層的位置、落差、產(chǎn)狀及延展長度，并對落差小于5m以下的斷層給予了解釋。同時，綜合分析地質(zhì)及三維地震勘探資料，對測區(qū)內(nèi)下1、下5、下10煤層火燒區(qū)邊界進(jìn)行了圈定，對原地質(zhì)勘探的斷層給予了修正。成果提交后，經(jīng)礦方鉆孔驗(yàn)證，三維地震勘探成果精度控制較高，煤層埋藏深度誤差小于1.0%，斷層符合率、擺動范圍均達(dá)到礦方要求，較好地完成了地質(zhì)任務(wù)。

實(shí)踐表明，只要采用合適的激發(fā)方式和施工方法，選擇合理的數(shù)據(jù)采集方法及參數(shù)，確保激發(fā)信號良好接收，并精細(xì)處理和解釋相關(guān)資料，在基巖裸露地區(qū)一樣可以取得豐富的地質(zhì)成果，解決諸如煤層底板深度、構(gòu)造、火燒區(qū)等各種地質(zhì)構(gòu)造問題，從而為優(yōu)化礦井建井設(shè)計，采煤工作面的調(diào)整，井巷工程的合理布置，提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

（作者單位：河北省煤田地質(zhì)局物測地質(zhì)隊）

（責(zé)任編輯：周瓊）