厚層黃土覆蓋區地震數據采集方法研究

陳立卿 王冰艷

摘要：寧夏固原地區為厚層黃土覆蓋的山區，黃土層厚度達270m左右，其淺部干燥的黃土層速度低、厚度大，對地震波的激發和接收極為不利。根據該地區特點，通過大量的試驗工作，確定了最佳的地震數據采集方法和參數，取得了較好的地震原始資料，最終查明了主要可采煤層的賦存情況和構造發育情況。為礦井建設、生產提供了可靠的地質資料。

關鍵詞：厚層黃土；地震波；數據采集

在煤田地質勘探中，采用鉆探、測井、地震等多種手段進行綜合勘探，可以降低勘探費用、提高勘探精度和可靠性。然而，在厚層黃土覆蓋區地震原始資料較差，勘探效果還不盡理想。針對這一狀況，我們在寧夏固原地區對厚層黃土覆蓋區地震數據采集方法進行了專題研究，以期解決這一難題。

1. 概況

寧夏固原地區某煤礦為黃土剝蝕丘陵地形，海拔標高+1720～+1860m之間，相對高差140m左右。由于區內黃土垂直節理發育，往往于溝谷兩岸形成直立陡壁，加上水流的沖刷，溝谷縱橫切割，形成黃土梁、塬、峁、谷、脊、柱等各種黃土地區的微地貌景觀。地表條件極為復雜，因此表層地震地質條件較差。

區內全部被第四系黃土掩蓋，地表無基巖出露，經鉆孔揭露，其地層由老至新依次為：奧陶系中統平涼群、三疊系上統延長群、侏羅系、白堊系下統六盤山群、第三系和第四系。第四系黃土層厚度270m左右，其淺部干燥的黃土層速度低、厚度大，低速帶速度平均400m/s、厚度在6.52～17.6m之間變化較大；降速帶的速度平均為570m/s、厚度在0～65.1m之間變化很大；第四系高速層的速度平均為1860m/s，對地震波的激發和接收極為不利。所以淺層地震地質條件很差。

區內含煤地層為侏羅系中統延安組，為一套內陸湖泊三角洲沉積，全區發育。主要可采煤層5號煤層厚度為6.7m～14.43m，埋藏深度為300m～1100m；8號煤層厚度為2.66m～14.02m，埋藏深度為300m～1150m。煤層傾角一般在9°～30°。煤層與圍巖密度和速度差異較大，有明顯的波阻抗界面，能夠產生能量較強的反射波。因此，深層地震地質條件較好。

2. 地震波激發、接收因素的試驗

針對該區不同的表、淺層地震地質條件及深層地震地質條件，選擇8個有代表性的點位進行了試驗。

2.1 試驗工作的基本參數

儀器型號：Aram-Aries多道遙測地震數據采集系統。

記錄格式：SEG-Y。

采樣間隔：1ms。

記錄頻帶：全頻帶。

記錄長度：2s。

前放增益：30 db。

震源：高爆速成型炸藥柱，瞬發電雷管引爆，井中激發。

接收道數：240道。

道距：10m。

偏移距：0m。

發炮方式：中點激發。

2.2 試驗內容

2.2.1 激發因素試驗

井深：8m～85m。

藥量：1kg～6kg。

組合井數：2～12。

組合藥量：每口井1kg、2kg。

2.2.2 接收因素試驗

前放增益：24、30db。

回放濾波：20、25Hz。

檢波器：TZBS-60型高頻檢波器、TZBS-28型低頻檢波器。

檢波器埋置：地表、0.5m深坑。

試驗遵循單因素變化的原則。

2.3 試驗結果

目的層反射波有：第四系底界反射波—TQ波，時間在130ms～360ms，其能量較強、連續性較好、視頻為60Hz左右；5號煤層反射波—T5波，時間在310ms～860ms，其能量較強、連續性較好、視頻為40Hz左右；8號煤層反射波—T8波，時間在340ms～890ms，其能量較強、連續性較好、視頻為40Hz左右。

主要干擾有：面波能量較弱，速度為380m/s左右，視頻20Hz左右，對近道目的層反射波有一定影響，它與目的層反射波有明顯的速度、頻率差異；直達波能量較強，速度為1700m/s左右，視頻90Hz左右，對遠道目的層反射波干擾較大；淺層多次反射——折射波能量較強，速度為1900m/s左右，視頻50Hz左右，對遠道目的層反射波干擾較大；以及微弱的高頻微震隨機干擾。

圖1為在低洼的溝谷中試驗獲得的地震原始記錄，激發、接收因素為井深12m，藥量1kg，5井組合激發，TZBS-60型高頻檢波器接收。圖中可以明顯看出：TQ波在160ms左右，T5波在320ms左右，T8波在380ms左右，目的層反射波能量較強、連續性較好，易于辨認。

圖2為在較高的山頂上試驗獲得的地震記錄，激發、接收因素為井深90m，藥量2kg，單井激發，TZBS-60型高頻檢波器接收。從圖中可以看出：TQ波在180ms左右，其能量強、連續性好；T5波在420ms左右，其能量較強、連續性較好；T8波在460ms左右，其能量較弱、連續性較差。目的層反射波較明顯，易于辨認。

綜上所述，該區只要打穿第四系低速層和降速層，在高速層中激發，既能有效地壓制各種干擾波，增強目的層反射波。溝底低洼處5井組合激發，井深12m、每口井藥量1kg；山上較高處單井激發，井深90m、藥量2kg；偏移距0m、前放增益30db、TZBS-60型高頻檢波器0m組內距三個串聯線性組合接收可以獲得較好的地震記錄。

3. 彎曲測線的施工方法可行性分析

當直測線穿過黃土覆蓋較厚的山區，不能取得較好的地震資料時，可考慮沿著低洼的溝底采用彎曲測線的施工方法。彎曲測線的施工方法應用前提是溝谷較多、能夠相互連接成網，并且溝谷內黃土覆蓋較薄、淺井激發能夠獲得較好的地震資料。

該區中部為東西分水嶺，地勢較高，黃土覆蓋較厚，雖然沖溝較多，但不能相互連接成網。并且大多沖溝內黃土覆蓋較厚、淺井激發不能能夠獲得較好的地震資料。淺井激發能夠獲得較好地震資料的溝谷僅有三座水庫附近的三條溝谷，它們延伸較短，長度均不到2km，并且相互獨立，不能相互連接成網。因此，采用彎曲測線的施工方法不能完成該區地質勘探任務。

4. 段試驗工作及地震資料處理

經過以上點試驗和綜合分析，該區采用二維直測線的施工方法較合理。為了進一步驗證點試驗所確定的工作方法的合理性，研究論證地震勘探在該區能否完成地質任務，在D19線（10線）15號鉆孔至1001號鉆孔，長度800m，采用點試驗確定的最佳激發、接收因素，道距10m，炮距40m，中點激發，偏移距0m，兩條平行線160×2=320（下轉137頁）（上接118頁）道寬線接收，線距10m，疊加次數20×2=40次，進行了段試驗工作。

在資料處理時，采用常規處理流程，不加任何修飾性手段，分別做了不同接收道數、不同激發方向、不同偏移距的單線、寬線處理，用以確定合理、經濟的地震數據采集方法。

圖3為經過資料處理獲得的地震時間剖面，從圖中可以看出：TQ波在200ms左右，T5波在360ms～440ms左右，T8波在400ms～480ms左右。各目的層反射波能量強、連續性好、易于辨認。

5. 結語

通過上述的試驗和分析，可以得到以下幾點結論：

（1）在厚黃土山區，地形低洼處采用淺井5井組合激發，井深12m、每口井藥量1kg；山上較高處采用深井單井激發，井深90m、藥量2kg；可以獲得較好的地震資料。

（2）該區煤系地層以向、背斜相間出現為主要構造形態，因此，在觀測系統的設計方面應該以中間發炮較為適宜。

（3）40m炮間距雙線接收和20m炮間距單線接收獲得的時間剖面煤層反射波的信噪比和連續性均較好，能夠可靠地反映出煤層構造形態。為了降低勘探費用和提高工作效率，該區采用40m炮間距雙線接收的寬線施工方法較為合理。

（4）該區采用0.5m深坑埋置TZBS-60型高頻檢波器，0m組內距三個串聯線性組合接收，偏移距0m、前放增益30db可以獲得較好的地震資料。

（5）該區采用二維直測線的施工方法較合理。