劉 昊

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

隨著各類工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，對于煤炭等基礎(chǔ)的化石燃料資源的需求量也在進(jìn)一步擴(kuò)大。我國的地質(zhì)資源存儲十分豐富，在進(jìn)行物探分析的過程中也需要依靠更具精確度的方式來保證對國內(nèi)基礎(chǔ)化石資源儲量的有效預(yù)估，也可以更好地利用三維地震的技術(shù)手段輔助技術(shù)人員掌握煤炭層的實(shí)際分布情況，科學(xué)應(yīng)對各類復(fù)雜的地質(zhì)條件。三維地震技術(shù)在勘察分析時主要依靠不同物質(zhì)對波的反射影響，可以較好地還原地貌形態(tài)，有效促進(jìn)了地質(zhì)勘查行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。

1 三維地震勘察技術(shù)的基本原理

在地質(zhì)物探的過程當(dāng)中應(yīng)用三維地震勘查技術(shù)，能夠更好地確定礦層深度和分布位置，便于技術(shù)人員根據(jù)探測到的數(shù)據(jù)結(jié)果和圖形結(jié)構(gòu)制定科學(xué)的礦層開采方案。在三維地震勘察的過程當(dāng)中需要提前對待測區(qū)域做好物理監(jiān)測點(diǎn)的準(zhǔn)備工作，即下挖一定深度的探測井并放置炸藥，用模擬地震波的方式檢測在不同地質(zhì)深度和成分組成情況下對波的回彈情況，也可以利用多點(diǎn)測量和時間差分析的方式對勘察的精度不斷進(jìn)行優(yōu)化提升。在三維地震勘查技術(shù)的應(yīng)用過程當(dāng)中可以通過圖形模擬的方式對地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效還原，使技術(shù)人員能夠采用更加直觀的分析判斷方式確定礦層的分布狀態(tài)，且相較于二維的信息分布更具參考價值。

2 三維地震勘探工作的流程分析

2.1 數(shù)據(jù)信息采集

在三維地震勘查工作的開展過程當(dāng)中對于地理信息數(shù)據(jù)的有效收集是后續(xù)圖像分析的重要前提，在采集之前需要提前對每一個物理點(diǎn)做好預(yù)處理工作，定量計算好炸藥的埋設(shè)深度和用量后進(jìn)行有效的波強(qiáng)探測。在信息采集的過程當(dāng)中，細(xì)微的偏差都有可能會影響到對礦層面積分布區(qū)域的精確判斷，要求在不同的地貌地形條件之下采用更具針對性的波長探測儀器，包括了檢波器和其他常見的探測設(shè)備，且在基礎(chǔ)的勘察測量完成之后還需要進(jìn)行二次復(fù)檢以確保數(shù)據(jù)的真實(shí)有效[1]。檢波器等需要提前安裝在待測區(qū)域內(nèi)進(jìn)行信息的穩(wěn)定收集，但要注意避免在藥品包過程當(dāng)中產(chǎn)生的沖擊波影響。

2.2 地震數(shù)據(jù)處理

在對采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理分析的過程當(dāng)中需要根據(jù)波強(qiáng)和探測時間進(jìn)行有效還原，根據(jù)不同物理檢測點(diǎn)回傳的探測信息進(jìn)行有針對性的預(yù)處理，將相鄰位置處的探測波強(qiáng)信號按照時間差進(jìn)行對比疊加，盡量避免其產(chǎn)生信號偏移的影響。在這種疊加處理的過程當(dāng)中能夠更好地更好地還原出三維立體的地層結(jié)構(gòu)分布情況，這也是三維地震勘查技術(shù)應(yīng)用的主要優(yōu)點(diǎn)。為避免在野外復(fù)雜條件下產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號存在偏差問題，需要在采集完成后立即對其進(jìn)行野外校正，恢復(fù)振幅信號后通過濾波和積分的方式完成整個處理過程，使眾多物理探測點(diǎn)反饋出的郭強(qiáng)信號能夠得到統(tǒng)一的處理分析。

2.3 地震資料解釋

在對地震波的信息進(jìn)行解讀分析的過程當(dāng)中，需要參考對應(yīng)的資料才能更好的明確該區(qū)域的地層結(jié)構(gòu)分布和礦層資源狀況。在資料解釋的過程當(dāng)中，需要充分考慮到不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地層特點(diǎn)帶來的動力學(xué)影響問題，使技術(shù)人員在對礦層厚度和分布情況進(jìn)行分析判斷的過程當(dāng)中更具參考性[2]。在地震資料解釋的過程當(dāng)中，必須要將所有探測到的反射波進(jìn)行形制統(tǒng)一后才能夠展開對比分析，這也是保證對其分析時間、提升信號參考性和降低信噪比的重要環(huán)節(jié)，能夠更加精確地分析出當(dāng)前礦層所在的深度和周邊的巖土分布狀態(tài)。

3 三維地震勘察技術(shù)的基本應(yīng)用分析

三維地震技術(shù)的研究和應(yīng)用是一項通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)計算和分析探測后形成的科學(xué)論斷，在判斷地質(zhì)構(gòu)造的實(shí)際情況上具有較高的精確性，且通過雙城時間的測算與構(gòu)造能夠有效實(shí)現(xiàn)三維計算和分析，也是目前世界上地質(zhì)構(gòu)造探測當(dāng)中最優(yōu)的技術(shù)和設(shè)備之一。在對三維地震技術(shù)的分析和判斷過程當(dāng)中可以有效區(qū)分較為復(fù)雜的山脊和圍巖，其應(yīng)用性能較為優(yōu)越，在許多行業(yè)內(nèi)都有廣泛的應(yīng)用[3]。在地質(zhì)構(gòu)造的分析過程當(dāng)中可以更好地為地質(zhì)物探和地理學(xué)研究等提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)資料，也有利于減輕技術(shù)人員在前期資料收集方面的工作量，是目前我國地質(zhì)勘測行業(yè)當(dāng)中較為先進(jìn)的技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域之一。

4 三維地震勘察與地質(zhì)物探的應(yīng)用分析

4.1 巖溶探測分析

在對地下資源進(jìn)行開采建設(shè)的過程中必須要詳細(xì)掌握地質(zhì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)后才能夠更好地確定鉆孔的位置，一旦遇到巖溶區(qū)域進(jìn)行開孔很有可能會造成陷落問題產(chǎn)生一定的安全隱患。技術(shù)人員要能夠精確判斷不同反射波和地質(zhì)條件之間的對應(yīng)性，如在黃土覆蓋條件下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較弱，需要使用更小的地震波進(jìn)行激發(fā)即可，而在一些巖石區(qū)域的成孔條件較好，在選擇激發(fā)波時要經(jīng)過嚴(yán)格計算后確定來保障探測精度。在進(jìn)行巖溶探測波的解釋當(dāng)中可以提取振幅、傾角等參數(shù)進(jìn)行剖面圖的確定，若發(fā)現(xiàn)有傾角變化激增則說明該地質(zhì)條件內(nèi)呈現(xiàn)出孔洞情況，大概率存在陷落柱。在地質(zhì)條件的數(shù)據(jù)過程當(dāng)中，也能更好為后續(xù)的三維地震技術(shù)應(yīng)用形成一定的判斷前提，對于一些本身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不大、容易出現(xiàn)坍孔的區(qū)域能夠提前明確并制定對應(yīng)的成孔方案，使勘探工作更加有效。

4.2 城市斷裂探測

在城市發(fā)展的過程中會逐漸向外層擴(kuò)展，不斷促進(jìn)城市的現(xiàn)代化水平。在新區(qū)規(guī)劃的過程中必須要提前結(jié)合地質(zhì)資料展開詳細(xì)的分析和探究，避免斷裂帶、凹陷區(qū)造成重大損失。在進(jìn)行城市斷裂探測的過程中必須要對檢測波進(jìn)行嚴(yán)格控制，明確需要進(jìn)行探測的反射波，減少各類干擾波對實(shí)際參數(shù)獲取帶來的影響性。三維檢測技術(shù)能夠有效保障探測過程中的檢測密度，在應(yīng)用時要根據(jù)不同區(qū)域的地理分布情況選擇合適的觀測方向，確保地表探測的條件能夠滿足對斷裂帶走向的精確判斷[4]。在提升探測精度的過程中可以對面元尺寸進(jìn)行有效分割，在單位面積內(nèi)提升檢測數(shù)量能夠獲取更多的反射波信息，對于一些高頻的反射信號也能夠?qū)崿F(xiàn)有效捕捉，嚴(yán)格控制坍孔深度和測量誤差。

4.3 礦層位置確定

在進(jìn)行三維地震技術(shù)的應(yīng)用過程當(dāng)中，主要是通過對反射波強(qiáng)度的接收和測試來確定不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)分布，能夠更好地幫助技術(shù)人員判斷礦層位置形成有效估計。在勘察的過程當(dāng)中可以將主要精力集中在便于開采的礦層結(jié)構(gòu)當(dāng)中，礦層和周邊的泥土砂石在銜接區(qū)域內(nèi)會形成波阻差異化的現(xiàn)象，對于判斷礦層區(qū)域的具體位置有較強(qiáng)的輔助性作用。通過對礦層周邊斷層位置的確定能夠更好地判斷出對地震波的反射位置，而波的反射是一個連續(xù)變化的過程，在發(fā)射波并進(jìn)行雙程時間勘察的過程當(dāng)中，能夠更好地確定礦層的分布形態(tài)，這對于判斷總儲量也具有積極意義。

4.4 鐵路斷層探測

鐵路建設(shè)在前可研階段和勘察階段進(jìn)行工程物探，能夠?yàn)榫€路的規(guī)劃及設(shè)計提供重要依據(jù)。由于野外的地形環(huán)境特征較為復(fù)雜，還可能會穿越一些丘陵地貌分布區(qū)域等，在外層山脊的丘壑和褶皺的影響之下很容易對地質(zhì)分布情況產(chǎn)生影響，因此在進(jìn)行三維地震波的激發(fā)時必須要保證一定的深度，特別是在前期進(jìn)行地鉆工作時可能會達(dá)到30m左右的深度[5]。在進(jìn)行物探的過程當(dāng)中，技術(shù)人員必須要提前明確不同方向上波的傳播速率會存在一定的差距，而這種各向異性也導(dǎo)致了反射波探測的不穩(wěn)定性，必須要通過多次探測和波阻計算的方式明確結(jié)果，通過連續(xù)跟蹤和對比分析的方式不斷提升數(shù)據(jù)信息的可靠性。

4.5 調(diào)節(jié)物探精度

為有效調(diào)節(jié)三維地震觀測，需要科學(xué)選擇數(shù)據(jù)信息的采集點(diǎn)保證數(shù)據(jù)的全面可靠。在三維地震技術(shù)的測試過程當(dāng)中可以采用單井的試驗(yàn)方式完成激發(fā)，井深預(yù)制和炸藥使用時必須要保證和前期的地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘察之間形成一定的匹配性，避免造成反射波的檢測障礙或產(chǎn)生安全隱患。在一些復(fù)雜地質(zhì)條件的勘察當(dāng)中需要對待測區(qū)域進(jìn)行有效細(xì)化，對于保障檢測結(jié)果的可靠性具有重要影響。如在丘陵區(qū)域內(nèi)因?yàn)榈匦螚l件復(fù)雜且存在較大范圍的高程差變化，在進(jìn)行反射波的接收探測時使用普通的檢波器很容易出現(xiàn)誤差，特別是在對波強(qiáng)進(jìn)行判斷時的可靠性偏弱，需要采用更精確的設(shè)備參與測量，提前做好勘察規(guī)劃和設(shè)備配置[6]。同時，在勘察完成后需要對探測的物理網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行二次復(fù)查，其占比需要超出1%并保證隨機(jī)分布，能夠更好地驗(yàn)證數(shù)據(jù)結(jié)果的參考性。

4.6 判斷煤炭儲量

在確定好礦層的分布區(qū)域和斷層位置后就可以開展較為精確的儲量計算與分析工作，這也是地質(zhì)物探當(dāng)中較為重要的環(huán)節(jié)之一，更有利于提升對當(dāng)前區(qū)域內(nèi)資源儲備情況的全面掌握。技術(shù)人員可以通過數(shù)據(jù)對比的方式來確定該區(qū)域的礦層落差，通過三維模擬的方式繪制出對應(yīng)的分布圖樣，為儲量計算形成更加可靠的參考。在儲量計算時需要按照不同礦層深度、煤炭質(zhì)量進(jìn)行有效區(qū)分，如淺層煤和深層煤的地質(zhì)勘查之間有明顯的不同，這對于資源開采方案的確定也會產(chǎn)生很大的影響。在整個待測區(qū)域內(nèi)完成三維地震的波數(shù)分析后需要將已探明的區(qū)域進(jìn)行明確標(biāo)注，分別進(jìn)行編號和分類，能夠更好地說明該區(qū)域內(nèi)的有效開采位置。

4.7 地震勘察不足

在應(yīng)用三維地震勘查技術(shù)對礦區(qū)進(jìn)行分布探測的過程當(dāng)中還存在有一些技術(shù)上的不足，如有一些異常的波反射區(qū)無法有效進(jìn)行技術(shù)解釋和分布還原，這也是由于三維地震勘查技術(shù)發(fā)展年限較短且對復(fù)雜的地下分布結(jié)構(gòu)不夠了解而造成的，還需要繼續(xù)強(qiáng)化技術(shù)投入以便確定不同的重大地質(zhì)現(xiàn)象。在三維地震數(shù)據(jù)的采集和分析過程當(dāng)中對于儀器設(shè)備的工作有一定的依賴性，這也造成了該技術(shù)在全國進(jìn)行推行和應(yīng)用當(dāng)中的不足，技術(shù)人員在對數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行解析時也會存在專業(yè)能力參差不齊的現(xiàn)象。三維地震監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢十分突出，但在未來還需要進(jìn)行完善和優(yōu)化才能更好地滿足在復(fù)雜地形下的地質(zhì)工程物探應(yīng)用和其他行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用。

5 結(jié)語

總之，在三維地震勘察的過程中要提前明確勘查區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件分布，特別是對于存在地下水和河道的區(qū)域要做到準(zhǔn)確的測量和分析，確定在對地震波和底層結(jié)構(gòu)分析時的準(zhǔn)確性。根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果能夠有效判斷出土層、沙礫和礦層等不同的結(jié)構(gòu)，技術(shù)人員需要著重關(guān)注礦層和泥沙銜接區(qū)域的精確判斷，特別是在波阻差上會有明顯的變化，能夠更好地保證對礦層分布情況的有效掌握。在煤炭儲量的判斷中需要依靠層間距、落差分布等進(jìn)行合理推斷，以三維化的形式確定勘測結(jié)果。