復雜山地地震勘探采集技術淺析

陳春嶺，代金芝

（山西省煤炭地質115勘查院，山西大同037003）

復雜山地地震勘探采集技術淺析

陳春嶺*，代金芝

（山西省煤炭地質115勘查院，山西大同037003）

復雜山地不僅地表地震地質條件非常復雜，而且環境惡劣，導致激發及接收條件差，原始資料信噪比低，靜校正問題突出；復雜的山地地震地質條件使得地震波波場無章可循，實際情況與勘探假設的基本模型相差甚遠，致使地震資料成像困難。針對這些難點，就山地地震勘探常用的數據采集技術特點進行分析，為以后山地復雜地形條件下地震勘探提供一定的指導作用。

復雜山地；地震勘探；數據采集

我國山地面積遼闊，約占全國面積的三分之二。崎嶇陡峻的山地過去一直是煤田地震勘探禁區之一。但近幾年來，隨著煤炭事業的蓬勃發展，平原型隱蔽式煤田的勘探面積越來越小，勢必將勘探對象由平原逐步轉至山地。

進入21世紀以來，高分辨煤田地震勘探技術得到了普遍的應用，其成果精度和可靠性有了大幅度地提高，在礦井采區勘探中發揮了巨大的作用，煤田地震勘探的適應范圍也在不斷地擴大，它不再局限于地震地質條件較好的平原地區或緩丘陵地區，在山區、沙漠、巖漿巖屏蔽區以及湖區和沼澤地等地表復雜地區也開始了廣泛的應用，這就要求我們針對復雜的山地的特點，尋找適合地表復雜地區進行地震勘探采集的確實有效的勘探技術和方法。

1 復雜山地地震地質特征

復雜山地地區地表地貌特征多樣，惡劣的地表地形條件和復雜的地下構造共同并存。強烈的褶皺和造山運動，使得從地表開始就出現高陡構造，地層傾角很大。這種復雜的地表條件和地下構造使得地震資料品質很差。

1.1 表層地震地質特征

山地帶的表層縱向和橫向巖性、速度及厚度變化均較大，給表層靜校正、地震波激發及接收帶來較大的影響。山地帶的表層可以分為以下幾種類型：

（1）山前第四系沖積帶型地表。這種表層是由水沖積山地的巖石或風化而成，起伏不大，往往具有3層結構：地表為泥土和礫石混合而成，這一層為低速層；其下為泥土與礫石互層，這一層稱為降速層；降速層之下為高速層，以巨厚礫石居多。

（2）山地老地層出露型地表。地殼構造運動，產生大量的逆掩推覆現象，把老地層推到地表，從而使老地層出露地表。這種地表起伏大，地層傾角陡，分布在山地的頂部。

（3）山地風化礫石型地表。老地層出露地表后，由于受到水流及風化作用，老地層之上覆蓋有幾米厚的礫石或風化層，同樣這種地表分布的山腰部位，地表起伏大，地層傾角陡。

（4）山地老地層破碎型地表。強烈的構造運動使得出露的地表破碎，這類地表往往有風化物填充。

1.2 深層地震地質特征

山地帶多屬于前陸盆地的逆沖褶積帶，斷裂發育，構造變形強烈，地質結構極為復雜。由于地層的擠壓作用，形成逆沖構造，有的地段出露地表，使得地層傾角很大，并且斷裂非常發育。

2 地震資料特點

2.1 原始資料

山地帶由于表層復雜，且溝壑縱橫，因此，原始資料上淺層折射、面波、側面干擾及源致次生干擾等線性干擾相當發育，加上突出的靜校正問題，原始記錄上表現為資料信噪比非常低。

2.2 地震剖面

從地震剖面來看，首先是在斷裂帶資料的信噪比低，表現為：①同相軸不連續；②斷層十分發育；③同相軸傾角大；④由于逆沖推覆的原因，地層出現重復。

3 復雜山地地震勘探數據采集特點

山地近地表地質條件主要可以概括為3種類型：一是地表有黃土覆蓋的山地；二是巖石直接出露的山地；三是地表為礫石或黃土與礫石混合、膠結程度不等的河床和山前破碎帶。復雜的山地地表地質條件一般都包含有這3種類型。因黃土與礫石覆蓋厚度的不同，下伏巖性的不同，近地表地質結構存在著較大的非一致性。復雜的近地表地震地質條件下，不僅使地震資料采集難度增大，同時使采集方式有著與一般地表地質條件下不同特點。

3.1 山地激發方式及特點

鑒于山地不同的地表地質條件，成孔方式一般以山地鉆及空氣液壓沖鉆為主，輔以鑿眼機及人工挖孔激發：①沖積黃土分布區激發孔深至潛水面以下，坑炮或小于1m井深，激發不出能量強的反射波；②基巖裸露區激發孔穿過風化層至原生基巖內1m，激發效果由巖石的堅固系數決定。另外，炸藥速度及直徑與巖石介質速度和成孔直徑一致時激發地震波的能量最強，因此，炸藥與巖土必須采用有效方法實現最佳藕合，點狀形或扁狀形炸藥比柱狀形炸藥效果好。崖坎處不宜布置激發點。

3.2 山地接收方式及特點

由于山地地表地質條件變化巨大，測線布置及檢波器埋置困難，反射波頻帶寬度不均勻。因此，一般選用諧振頻率較高（如60Hz、100Hz）的檢波器接收；三維地震勘探對于高差起伏變化大的山地采用三維塊狀矩陣觀測系統接收，高差起伏變化不大的山地采用三維束狀規則觀測系統。檢波器埋置：①堅硬基巖裸露區用硬石膏將檢波器粘結在基巖上或用風化土埋緊壓實檢波器；②在風化層分布區，要撥去浮土，墊上粘土或沙土，增加藕合力；③在耕植土或坡積土分布區，挖20～30cm淺坑，將檢波器插緊埋實；④山前礫石分布區應盡量剝除礫石將檢波器埋置在基土上；⑤在山坡及崖坎處，檢波器埋置在臨近基巖露頭的地方。

3.3 山地干擾波的特點

主要干擾波有面波、聲波、淺層折射波、多次折射波、側面波、次生干擾波等；克服干擾波的方法以悶井激發，在低降速層下激發，較大偏移距激發可以取得較好效果。

4 復雜山地地震勘探采集技術

復雜地形條件下的地震資料采集除要有特定的施工設備外，還要有與之相適應的觀測系統、行之有效的施工方法和采集參數，才能確保獲得較高質量的原始資料。下面幾方面是我們重點要考慮的。

4.1 觀測系統的設計

觀測系統的確定，需結合測區的地震地質條件、有效波的賦存特點和干擾波的特征進行計算和試驗確定，要從接收能量和幅度均勻性考慮排列長度。觀測系統的選擇還需要考慮地質任務的要求和近地表情況。巖性勘探要盡可能選擇寬方位觀測，構造勘探可以選擇窄方位觀測。地表激發條件好的地區，可以多激發，否則要多用道接收。同時要根據地表情況來選擇激發震源和相應的觀測系統。對山地勘探而言，要盡量選擇有利于提高施工效率的觀測系統。

最小炮檢距選擇以波場調查為依據，要根據淺層勘探程度和震源產生的干擾波進行選擇。最小炮檢距和接收線距的選擇，主要是滿足接收到最淺目的層足夠的反射信息。

最大炮檢距的選擇要考慮以下因素：最深目的層的埋深；有效“地震窗”；同時要滿足處理方面的要求，即滿足動校拉伸和速度分析精度的要求；接收排列內反射系數相對穩定。

4.2 激發井位、井深、藥量的選擇

激發是影響地震記錄質量的重要因素，如果激發不出有效的彈性波能量，再好的接收條件也無濟于事，所以激發有效波必須具備：頻帶較寬；有較高的信噪比和良好的重復性。山區復雜的地表條件，決定了要因地制宜的選擇激發井位、井深和藥量。

山區表層縱橫向巖性及速度變化均較大，使用一個固定的激發井深難以獲得理想的資料，因此勘探過程中的激發井深及激發巖性的選擇非常重要，適當的激發井深及好的激發巖性可以取得較高品質的原始資料。利用小折射、微測井及巖性錄井等措施做詳細的表層結構調查，且要根據出露地表的情況來對表層進行劃分，劃分出低速層、降速層及高速層等，且畫出表層結構縱剖面圖，以此可以逐點進行激發井深設計。一般情況下均要設計在高度層中激發，其效果最好；如果井深達不到高速層，則要設計在降速層激發，且要考慮多井組合。

目前經驗表明：炸藥的速度與密度是密切相關的，即速度越高、密度也越大。選擇炸藥也要充分考慮激發巖性的速度和密度，為了有好的阻抗匹配，要求炸藥的速度與圍巖的速度越接近越好。因此，根據試驗表明，在出露的老地層中激發可以選用速度較高的中密度、高密度炸藥；在速度較低的風化層中激發時可以選用速度較低的中密度或低密度炸藥。但是，由于密度低的炸藥激發時不穩定或拒爆，因此，山地施工中大多選用密度較高的炸藥。

4.3 檢波器的選擇與布設

檢波器要有足夠的靈敏度、較寬的響應頻帶、合適的自然頻率、振幅與相位誤差在規定的誤差范圍內。檢波器的布設要與地面充分耦合好，必要時用石膏粘牢，或挖坑埋實。有時為了壓制干擾、提高信噪比，需要通過試驗對檢波器進行組合設計。

4.4 接收道距與覆蓋次數的確定

為了不產生空間假頻，必須滿足采樣定理要求，道間距小于有效波最小視波長的二分之一。增加疊加次數，可壓制隨機干擾，加強相干信號，從而使信噪比得到提高。一般情況下，山區地震勘探的覆蓋次數較平原地區要高。

覆蓋次數的選擇直接影響壓制干擾波的效果，影響有效波能量，即直接影響資料的信噪比。為保證豐富的反射信息和資料處理的方便性，覆蓋次數的選擇需要考慮Crossline方向自動剩余靜校正及速度分析精度，即必須保證縱、橫向覆蓋次數相對比較均衡。一般的經驗是，三維勘探覆蓋次數不低于二維覆蓋次數的三分之二。

4.5 地表結構的調查

山地帶地表由于受風化作用等作用，縱橫向變化大，為給靜校正提供準確的資料，以達到嚴密控制低速帶的目的，一般采用初至折射法，相遇時距曲線觀測系統。地面檢波點距0.5～1.0m，12～24道接收，激發點在接收道的兩端，采用雷管爆炸激發的方式。

4.6 干擾波的特性分析及壓制

復雜地區地震勘探的一個重要問題是噪聲問題，對復雜地區的地震勘探而言其噪聲類型繁多，嚴重影響資料品質，因此，如何壓制干擾波是復雜區地震勘探的主要問題之一。

山地地震勘探中的干擾大致可分為環境干擾和激發后的半生與次生干擾2大類。因此，要進行波場調整，并針對資料影響較大的干擾設計組合圖形，壓制干擾，提高資料的信噪比。根據干擾波的特征，把沿測線方向最強的一束干擾波作為主測線組合檢波的壓制對象或組合檢波縱向組合基距的考濾對象；把垂直測線方向最強的一束干擾波作為聯絡測線組合檢波的壓制對象或組合檢波橫向組合基距的考濾對象；還可以通過適當的提高地震儀器低截濾波參數或使用高頻檢波器進行壓制。

4.7 規則與不規則觀測的三維聯合勘探

在復雜的山地地表條件下，進行正常的規則三維勘探勢必造成資料品質非常之差。為此，結合衛星圖片實地踏勘，圈定特殊觀測區域，整體考慮幾束線之間覆蓋次數的相互補償；充分利用局部的有利地形，通過在平面任意方向上的炮點加密和炮檢點靈活布設，以彌補特定觀測區域目的層的有效覆蓋次數，保證特殊地段地下資料的完整性。

4.8 精細的表層結構調查和分析

對于復雜地區，采用表層結構的分區調查方法：

（1）表層地質調查；

（2）小折射和常規微測井調查；

（3）超深微測井；

（4）淺層地震反射；

（5）露頭微測井；

（6）露頭高程調查；

（7）黃土山速度調查；

（8）非地震表層調查；

（9）地質雷達表層調查。

4.9 多種靜校正方法聯合應用

復雜地區由于具有地表高程起伏大、低降速帶厚度變化劇烈、橫向巖性和速度變化快等特點，在以往的表層資料數據庫的基礎上，通過小折射、微測井、地質露頭調查、山體速度調查、巖性錄井等手段，獲取精細的表層調查資料，應用綜合建模技術，建立高精度表層模型，采用以模型為主的厚層模型法和初至折射法等野外綜合靜校正方法，計算靜校正量，以消除表層低降速帶變化對資料可靠程度的影響。

5 結論

復雜山地發育的干擾波類型多種多樣，需要針對不同地方的干擾波發育情況制定有針對性的壓制措施；針對山地地區復雜的地形和地質特點，進行針對地質目標的觀測系統設計；優選激發耦合條件，不能片面強調激發點位的均勻性，井深的選取應主要以巖性的變化為選取標準；勘探區是否適合采用可控震源激發，在實際生產中必須通過試驗，根據勘探區的實際情況確定。新型震源技術的應用，是保證山地地震野外資料數據采集完整性的有效手段之一。

隨著山地地震勘探的不斷深入，對山地地震勘探的要求越來越高，例如山地高分辨率地震勘探和山地淺層地震勘探都已對地震采集技術提出了更高的要求。需要結合研究區的地震地質條件，進一步開展山地地震采集方法和技術的研究，為山地地震勘探提供服務。

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Analysis on DataAcquisition of Seismic Exploration in the ComplexArea

CHENG Chun-ling,DAI Jing-zhi
(Shanxi Coal Geological Exploration Institute 115, Datong Shanxi 037003,China)

The complicated seismic and geological conditions and adverse circumstances in the complex mountain terrain surface result in poor shooting and receiving conditions,low the signal-tonoise ratio of raw data,and critical static correction problem;The complex geological conditions of the complex mountain terrain make the seismic wave field unsystematic,the actual situation and basic model of exploration hypothesis differs very far,leading the seismic data imaging difficult.Focusing on above difficulties,the skill characteristics of data acquisition of seismic exploration in the complex mountain terrain are analyzed and providing some guidance for seismic exploration in the complex mountainous terrain.

complex mountain area；seismic prospecting；data acquisition

P631.4

B

1004-5716（2015）03-0115-04

2014-09-11

陳春嶺（1971-），男（漢族），河南鄧州人，工程師，現從事物探技術工作。