三維地震觀測系統在山西呂梁山脈測區的設計

馮偉

摘 要：隨著三維地震勘探技術在煤田的深入應用，為大型礦井建設，綜采工作面的布局、巷道布置與開拓提供了精確細致的地質構造信息，以其高分辨率、高精度的優勢查明采區細微地質構造。在呂梁山脈測區，地形復雜，數據采集難度大，為了獲取優質的地震數據資料，需要綜合考慮地質任務地形地貌以及設備儀器等各項因素，靈活合理地設計三維觀測系統。

關鍵詞：三維地震 呂梁山脈 觀測系統

中圖分類號：P63 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（c）-0005-03

觀測系統是指面積測量時，檢波線布設與炮線布設的方案。在設計觀測系統時，要注意在一個炮點道集內均勻分布的地震道，炮檢距從小到大均勻分布，能夠保證同時接受淺、中、深各個目的層信息。三維地震觀測系統是多方位的，為了準確獲取各方位信息，使后續解釋結果更接近地下真實地質構造情況，要使各炮檢連線均勻地分布在共中心點360°的方位上，并保證足夠的覆蓋次數且在全測區內均勻分布，保持地震記錄特征穩定，使得地震記錄特征的變化僅與地質變化的因素相聯系。三維地震觀測系統的設計要考慮地層傾角、最大炮檢距、道距干擾波類型、目的層的深度等各種因素。該文主要通過設計觀測系統的基本原則，野外采集參數的分析，結合該測區的實際地質情況，靈活的設計出最優的觀測系統，取得了良好的效果。

1 地質任務

（1）查明勘探區內2#煤層中落差≥5 m的斷層性質、產狀及延伸長度，其平面擺動誤差應控制在≤20 m。解釋出落差≥3 m的斷點。

（2）查明勘探區內2#煤層中直徑≥20 m的陷落柱。

（3）查明勘探區內2#煤層埋深及起伏形態，編制出基本等高距為2 m的煤層底板等高線圖，深度誤差≤2.0%。

（4）查明勘探區內2#煤層波幅≥10 m的褶曲。

2 采區自然地理環境

測區屬中、高山區，地形切割強烈，溝谷發育，坡陡溝深。最高點位于西北山梁，海拔1 765 m左右；最低點為南部河流河床，海拔1 138左右，地形最大相對高差大于600 m。總的地勢為西北高東南低，大多溝谷呈近南北向布屬，溝谷間有黃土梁峁相隔，地形比較復雜。地表大部為黃土覆蓋，灌木叢生，植被發育，溝谷中有少量基巖裸露、坡積物大量堆積，有民房、高壓線等障礙物。對地震波的成孔激發、接收和連續觀測十分不利（見圖1）。

3 測區三維地震觀測系統設計前實驗工作

測區三維地震勘探是以查清細微地質構造為目標，為取得最佳激發、接受參數，設計出合理的觀測系統，根據測區實際情況，設備采用法國Sercel公司生產的428XL數字地震儀器和國產頻率60 Hz檢波器。

3.1 點實驗

以試驗點為中心，沿線束方向布設96道60Hz檢波器，道距10 m，在試驗點上打孔激發。根據點實驗結果，檢波器采用60 Hz個檢波器2串聯2并聯的方式，巖石出露地段井深3～4 m，藥量1～1.5 kg；黃土覆蓋更厚地段采取小折射低速帶方法確定激發井深，黃土覆蓋地段井深8～10 m，藥量2.5～3.0 kg。

3.2 段實驗

利用點試驗所選擇的最佳參數再進行段試驗，用以驗證點試驗的結果。段試驗線測長1 000 m，10 m為單位編號，道間距10 m。采用96道、60 Hz檢波器中間激發接收。排列用1-96道，每放一炮排列向前滾動2道，即炮距20 m。

根據段實驗的實驗結果，抽取不同道集疊加出不同觀測方法的時間剖面，進行分析對比，篩選出最佳參數及觀測方案。下面是20、24次覆蓋次數初疊時間剖面圖（見圖2）。

根據20、24次覆蓋初疊時間剖面對比圖（見圖2），20次覆蓋和24次覆蓋品質均良好，目的層反射波深淺層次分明，信噪比較高，形態真實、構造現象明顯，真實的反應了目的層的變化規律，都能保證地質任務的完成。本著高效、節約的原則，正常生產時采用20次覆蓋。

4 三維地震觀測系統類型和參數選擇

三維地震觀測系統類型很多，該次勘測采用施工中最常用的地震線束觀測系統，采用8線8炮，中間激發。

4.1 道間距選擇

（1）時間采樣間隔：考慮測區地質任務，為提高垂向分辨率，利于小斷層的分辨，根據采樣定理：

Δt≤1/（2fmax） （1）

該測區采用0.5 ms采樣率。

（2）空間采樣間：空間采樣間隔Δx要求小于或等于視波長的一半，根據該測區地質任務及以往地質工作資料，該測區道距Δx=10 m。

4.2 檢波點線距的選擇

檢波點線距的選擇原則和道距選擇原則一樣，在地層傾角、走向、傾向清楚時，檢波點線選擇沿傾向方向排列，一般取道距的整數倍，具體還與地下數據點網格精度、勘探精度有關。根據本測區的實際情況，檢波點線距Δy=40 m。

4.3 覆蓋次數

覆蓋次數N是由縱向覆蓋次數Nx和橫向覆蓋次數Ny乘積決定的。即

N=Nx×Ny （2）

（1）縱向覆蓋次數Nx的確定。根據計算方法：

Nx=M/（2K） （3）

每條測線接受道數M=100，滾動道數K=10，計算得到Nx=5。

（2）橫向覆蓋次數Ny的確定。根據上述段實驗選定的覆蓋次數以及縱向分辨率Nx的確定，可以由（2）式計算出橫向覆蓋次數Ny=4。

4.4 炮點網格密度

炮點網格密度依賴于縱、橫向疊加次數（Nx，Ny）及排列道數（Mx，My）。縱向炮間距移動道數一般按下式計算，即

Δxs= Mx S/（2 Nx） （4）

式中，S為系數，單邊激發S=1；雙邊激發S=2。經計算Δxs=10，即炮間距為10 m×10 m=100 m。

而橫向炮間距一般根據觀測系統及CDP網格確定，該測區橫向炮間距為20 m，因此該測區炮點網格密度為100 m×20 m。

4.5 炮檢距選擇

炮檢距的選擇首先要考慮共面元道集內炮檢距分布均勻與否，同時要考慮求取速度的精度和能量衰減問題。該測區橫向最小炮間距為10 m，縱向最小炮間距為5 m。

4.6 設計觀測系統

根據全區目的層埋深以及地形地貌采用兩種觀測系統，均為規則束狀8線8炮，中間激發。測區北部接收道數為100×8=800道，單炮記錄用（50+50）×8方式接收；測區南部接收道數為80×8=640道，單炮記錄用（40+40）×8方式接收（見圖3、4）。

4.7 特殊觀測系統

測區內北部的墳地、南北方向涉及8排炮點，給正常施工帶來極大的困難。經過項目組技術人員的認真分析和精確演算，采取了特殊觀測系統進行施工。具體方法為：采取在村內布設檢波線，在村邊四周放炮激發的特殊地震勘探方式，基本達到了設計要求的CDP覆蓋次數并較好地獲取了目的層有效地震波，較圓滿的完成了特殊地段的的地震數據采集工作。

5 結語

該測區通過選擇合適的觀測系統采集，取得了很好的成果。目的層反射波齊全，構造現象明顯，資料真實的反映了地下地質結構特征，圓滿的完成了測區三維地震勘探地質任務。因此在三維地震勘探觀測系統設計時，尤其遇到復雜地形地貌，目的層埋深差別較大的情況，要綜合地質任務及地形地質條件，合理靈活地設計最優化的觀測系統，為后續資料處理以及解釋提供準確、精細的數據信息。

參考文獻

[1] 陸基孟.地震勘探原理[M].中國石油大學出版社，2001.

[2] 張愛敏.采區高分辨率三維地震勘探[M].中國礦業大學出版社，1997.

[3] 黃文彬.X地區三維地震觀測系統研究[J].內蒙古石油化工，2008（17）：94-95.