三維地震勘探技術在基巖裸露區的研究與應用

文/劉曉紅

三維地震勘探技術在基巖裸露區的研究與應用

文/劉曉紅

我國新疆維吾爾自治區蘊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地之一，其煤炭儲藏量相當可觀。隨著國家西部大開發戰略的深入實施，煤炭需求量日趨增大。為進一步合理、有計劃地開發煤炭資源，河北省煤田地質局物測地質隊對庫車煤田阿艾煤礦進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三維地震勘探的難點、特點和采取的措施進行了分析和歸納，總結了寶貴的勘探方法和施工經驗，對今后類似區域開展三維地震勘探工作具有重要的指導作用。

一、地震地質條件分析

庫車煤田阿艾礦區屬風蝕丘陵地形，地表風化侵蝕強烈，水土流失嚴重，溝谷縱橫，屬典型的基巖裸露區域。測區含煤地層為侏羅系下統塔里奇克組（J1t），平均厚度28.21m。主采煤層下1、下5、下10賦存條件好，煤層頂底板巖性、巖相組合特征清楚，密度差異明顯，能形成能量較強的反射波T1、T5、T10。本區煤層層數多，間距較小，部分煤層形成復合反射波，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弱，難于追蹤識別。地震地質條件屬于復雜類型區域。

二、技術難點

1.地表條件復雜施工難度大

庫車煤田阿艾礦區海拔較高，相對高差偏大，加上多年的風化剝蝕和水土流失，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，交通運輸條件十分不便，人員通行及作業十分困難。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，對鉆機成孔及檢波器埋置均帶來很大的困難。

2.激發條件差

與平原地區相比，巖石裸露區沒有相對穩定的激發層位，且測區地下水位較深，給地震波的激發帶來一定困難。

3.接收條件復雜

因氣候原因，漏電干擾比較嚴重且迎風坡面風力很強，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信號的正常接收。

4資料處理難點多

基于測區地形高差變化大，干擾因素多，勘探精度要求高等特點，資料處理應以靜校正和去噪為重點，提高資料的信噪比和分辨率，實現反射界面及各種地質異常體正確歸位，從而確保地質信息位置的準確性。

三、技術方案的實施

1.激發方式、數據采集方法及具體參數

激發方式。根據庫車煤田阿艾礦區的地震地質條件及任務要求，本次三維地震勘探激發方式采用井炮激發，山地鉆成孔，復雜地段根據避高就低、避碎就整、避干就濕的原則選擇激發孔位，保證好的激發層位，并封孔激發。

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

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

2.保證激發信號良好接收的方法

基于測區大部分地區基巖裸露，應采用石膏固化法在巖石上布設檢波器。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、壓實的方法埋置，確保檢波器埋置符合技術要求。并要求所有的炮點、檢波點位置移動后均實測坐標，保證資料采集準確性。大風天氣施工時，不僅要對檢波器進行埋置，還要對檢波器附近的大線進行埋置，最大限度減少隨機干擾，并加強警戒，杜絕人為和機械干擾。雨霧天氣施工時，要對大線接頭、采集站和檢波器夾子等經常用毛巾擦拭，保持清潔干燥，防止漏電情況發生。

3．精確的資料處理

（1）復雜近地表靜校正。針對該區資料特點，在地表高程、初至波分析的基礎上，利用層析反演靜校正軟件建立較準確的近地表低降速帶速度、厚度模型，有效實現中、長波長靜校正。并在此基礎上，利用軟件中的差分法，近一步實現短波長靜校正，從而保證了疊加構造形態的真實性及疊加成像效果。

（2）壓制干擾，提高信噪比。采用逐點多道識別、單道計算的方法識別各種傾角的規則噪音，并采用中值濾波對檢測到的規則噪音進行壓制，去除面波干擾，剔除壞道，不正常道，尖脈沖等。同時，為得到準確可靠的偏移結果，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、橫兩個方向上進行人工平滑，使速度在空間上的變化與構造相吻合后，再進行三維速度內插平滑得到偏移速度場。選擇合理的算法。通過大量試驗，最終采用“一步法”偏移，本方法既能使陡傾角偏移歸位，又能很好地適應偏移速度場的橫向變化。

4.火燒區圈定

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

四、實施效果和結論

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，煤系地層基本呈現走向EW-NW，傾向SSW的弧狀單斜形態。查明了區內落差大于等于5m斷層的位置、落差、產狀及延展長度，并對落差小于5m以下的斷層給予了解釋。同時，綜合分析地質及三維地震勘探資料，對測區內下1、下5、下10煤層火燒區邊界進行了圈定，對原地質勘探的斷層給予了修正。成果提交后，經礦方鉆孔驗證，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、擺動范圍均達到礦方要求，較好地完成了地質任務。

實踐表明，只要采用合適的激發方式和施工方法，選擇合理的數據采集方法及參數，確保激發信號良好接收，并精細處理和解釋相關資料，在基巖裸露地區一樣可以取得豐富的地質成果，解決諸如煤層底板深度、構造、火燒區等各種地質構造問題，從而為優化礦井建井設計，采煤工作面的調整，井巷工程的合理布置，提供可靠的地質依據。

（作者單位：河北省煤田地質局物測地質隊）

（責任編輯：周瓊）