晉東南復(fù)雜山區(qū)三維地震勘探采集應(yīng)用研究

孫希杰++王靜

【摘 要】針對(duì)晉東南山區(qū)地形起伏大，地表巖性橫向變化大且目的層埋深較淺的三維地震勘探技術(shù)難點(diǎn)，采取提前測(cè)量、實(shí)測(cè)炮點(diǎn)、充分試驗(yàn)及優(yōu)化觀測(cè)系統(tǒng)等措施，獲得了較可靠的野外采集資料，從而保證在此基礎(chǔ)上的處理、解釋可取得了較高精度的地質(zhì)成果。

【關(guān)鍵詞】山區(qū)；復(fù)雜地標(biāo)；三維地震；采集

0 前言

自1993年在謝橋礦首次開展煤礦采區(qū)三維地震勘探以來，三維地震勘探在優(yōu)化礦井設(shè)計(jì)、合理布置采區(qū)及保障安全生產(chǎn)方面發(fā)揮了重要作用[1-2]。煤田三維地震已經(jīng)廣泛應(yīng)用于平原區(qū)、緩丘陵區(qū)、黃土區(qū)、沼澤區(qū)、沙漠區(qū)、戈壁區(qū)及復(fù)雜山區(qū)[3]。相比于平原區(qū)，復(fù)雜山區(qū)地震勘探地形復(fù)雜、交通困難，人員通行及作業(yè)艱難，地表巖性橫向變化大，從而造成激發(fā)及接受條件差[4]。

1 勘探區(qū)概況

1.1 勘探區(qū)地形、地貌

勘探區(qū)位于沁水煤田東南部高平礦區(qū)，屬長(zhǎng)治斷陷堆積盆地。勘探區(qū)基本為西低東高的低中山、丘陵地貌，標(biāo)高范圍950～1140m（圖1）。區(qū)內(nèi)地表大部分為基巖及坡積物覆蓋區(qū)，植被茂密且地形陡峭；少部分黃土覆蓋區(qū)，地形較平坦。

1.2 地層

根據(jù)勘探區(qū)內(nèi)鉆孔及鄰區(qū)地質(zhì)資料，發(fā)育地層自上而下為：第四系（Q）、第三系上新統(tǒng)（N2）；三疊系下統(tǒng)劉家溝組（T1l）；二疊系上統(tǒng)石千峰組（P2sh）、上石盒子組（P2s），下統(tǒng)下石盒子組（P1x）、山西組（P1s）；石炭系上統(tǒng)太原組（C3t），中統(tǒng)本溪組（C2b）；奧陶系中統(tǒng)峰峰組（O2f），上馬家溝組（O2s）。

1.3 煤層

勘探區(qū)內(nèi)主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組，總厚度153.18m，含煤12層，煤層總厚度12.61m。全區(qū)穩(wěn)定可采煤層為山西組的3#煤層與太原組的15#煤層，主采3#煤層埋深范圍為240～320m，厚度為3.65～4.25m。

1.4 地球物理特征

勘探區(qū)地表高差變化大，除少部為黃土覆蓋區(qū)，其余多植被茂密且地形較陡，這對(duì)野外施工的測(cè)量選點(diǎn)、測(cè)線布置及檢波器的埋置等有一定的影響；地表松散沉積物對(duì)地震波吸收引起的衰減作用強(qiáng)烈，導(dǎo)致低、降速帶縱橫向變化較大。表、淺層地震地質(zhì)條件較差。

主要煤層沉積穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，厚度較大，煤層與其頂?shù)装宀ㄗ杩共町惷黠@，可以形成較強(qiáng)的煤層反射波。區(qū)內(nèi)煤層層數(shù)較多，對(duì)斷層的性質(zhì)、落差和視傾角解釋比較有利。深層地震地質(zhì)條件良好。

圖1 勘探區(qū)地形起伏形態(tài)圖

2 技術(shù)難點(diǎn)

2.1 接收條件差

勘探區(qū)地形起伏大，且山坡較陡，道路稀少，車輛很難全部到位；地表除東北部及南部為農(nóng)田外，其余均為茂密植被，荊棘密布，人員通行及布線困難，部分陡峭地段有作業(yè)安全隱患，以上因素對(duì)炮檢點(diǎn)測(cè)量及資料采集造成了較大的影響。

2.2 激發(fā)條件差

勘探區(qū)表層巖性及速度橫向變化較大，分為基巖出露區(qū)、坡積物區(qū)及黃土覆蓋區(qū)。沒有統(tǒng)一的穩(wěn)定激發(fā)層位，成孔條件比較復(fù)雜，采取單一的成孔方式很難達(dá)到較好的采集效果。

2.3 目的層埋深淺且精度要求高

本次勘探主要目的層3#煤層埋深240～320m，施工中炮點(diǎn)偏移過大就有開天窗的可能；地質(zhì)任務(wù)要求查明直徑≥15m的陷落柱及落差≥5m的斷層，且平面位置擺動(dòng)及準(zhǔn)確率均有較高的要求。

3 技術(shù)對(duì)策

3.1 提前測(cè)量，炮點(diǎn)實(shí)測(cè)及沿測(cè)線修路

測(cè)量人員及時(shí)進(jìn)場(chǎng)，做好控制測(cè)量后，抓緊進(jìn)行放樣測(cè)量，采集中變觀炮點(diǎn)及時(shí)進(jìn)行實(shí)測(cè)；試驗(yàn)結(jié)束后正式開工前，專人沿測(cè)線在山上密林中提前修路，以便于正式開工進(jìn)行采集時(shí)人員行走方便及提高施工效率。

3.2 優(yōu)選試驗(yàn)點(diǎn)，充分試驗(yàn)

表層橫向巖性及速度變化均較大，統(tǒng)一采用固定的激發(fā)井深難以獲得理想的資料，只有采用適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)井深及好的激發(fā)巖性才可以取得較高品質(zhì)的原始資料。在黃土覆蓋區(qū)、基巖出露區(qū)及坡積物覆蓋區(qū)分別優(yōu)選試驗(yàn)點(diǎn)，進(jìn)行井深、藥量試驗(yàn)，并提前做好小折射、微測(cè)井、波場(chǎng)調(diào)查等工作，對(duì)表層結(jié)構(gòu)及干擾波進(jìn)行調(diào)查[3]；采用洛陽鏟、風(fēng)鉆及水磨鉆三種成孔方式。

3.3 采取合理觀測(cè)系統(tǒng)

在充分試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，綜合考慮目的層埋深、地球物理特征及地形起伏，采用合理的觀測(cè)系統(tǒng)——10線8炮制束狀觀測(cè)系統(tǒng)（圖2），主要參數(shù)為：接收道數(shù)為84×10=840道，接收線數(shù)為10條，接收道距為10m，接收線距為40m，排列長(zhǎng)度為830m，中點(diǎn)放炮（距排列兩端長(zhǎng)度均為415m），束距為200m，偏移距為120m，炮點(diǎn)距為20m和60m，炮排距為70m，最大非縱距為310m，最大炮檢距為522m。地面采樣間隔為10m×40m，CDP網(wǎng)格為5m×10m的，疊加次數(shù)為24次（橫向4次，縱向6次）。儀器參數(shù)：Aries數(shù)字遙控地震儀，TEBS-60HZ數(shù)字檢波器接收，儀器參數(shù)選用采樣間隔1ms、記錄長(zhǎng)度1.5s。

4 試驗(yàn)工作

4.1 波場(chǎng)調(diào)查

山區(qū)地震勘探中的干擾大致可分為環(huán)境干擾和激發(fā)后的伴生與次生干擾兩大類[5]。進(jìn)行波場(chǎng)調(diào)查的目的是確定有效波和干擾波的特征，進(jìn)而采取措施壓制干擾。通過對(duì)本區(qū)波場(chǎng)調(diào)查記錄的分析對(duì)比，本區(qū)發(fā)育的干擾波主要有聲波、面波、和隨機(jī)的高頻干擾。其中面波頻率較低；有些單炮上干擾較強(qiáng)，有些炮干擾較弱（圖3）。相對(duì)采取的措施：面波在資料處理過程中通過分頻掃描可以消除，風(fēng)吹草動(dòng)等產(chǎn)生的高頻干擾，可以通過對(duì)檢波器進(jìn)行挖坑埋置進(jìn)行消除。

4.2 小折射

由于勘探區(qū)內(nèi)地形起伏較大，且解釋精度要求較高，因此必須進(jìn)行表層結(jié)構(gòu)調(diào)查，以保證靜校正量的求取更加準(zhǔn)確。此外，可以進(jìn)一步指導(dǎo)激發(fā)井深的選擇。在勘探區(qū)南北兩處分別進(jìn)行了小折射試驗(yàn)，北部黃土覆蓋較厚，低速帶平均厚度約為10m，低速層速度450m/s，風(fēng)化巖速度980m/s；南部黃土覆蓋較薄，低速帶平均厚度約為6m，低速層速度450m/s，風(fēng)化巖速度1300m/s。

圖2 10線8炮制觀測(cè)系統(tǒng)示意圖

圖3 波場(chǎng)調(diào)查單炮記錄

圖4 典型試驗(yàn)單炮記錄

圖5 試驗(yàn)線時(shí)間剖面圖

4.3 點(diǎn)試驗(yàn)

在基巖出露區(qū)、坡積物覆蓋區(qū)及黃土覆蓋區(qū)采取不同的成孔方式分別進(jìn)行了井深、藥量及最大非縱距試驗(yàn)。最終確定基巖出露區(qū)及坡積物覆蓋區(qū)采用風(fēng)鉆成孔，井深3m，藥量1kg；黃土覆蓋區(qū)采用洛陽鏟及水磨鉆成孔，井深16m或至基巖面，藥量2kg（圖4）。煤層埋深較淺，最大非縱距不宜超過330m，本次觀測(cè)系

統(tǒng)采用310m最大非縱距是較為合理的。

4.4 試驗(yàn)線

根據(jù)點(diǎn)試驗(yàn)確定的激發(fā)因素（井深、藥量）和接收因素進(jìn)行線試驗(yàn)，通過初步疊加處理獲得品質(zhì)較高的試驗(yàn)段剖面，從中可清晰看到勘探區(qū)發(fā)育的目的層反射波，其波組特征較明顯，說明本次施工參數(shù)的選擇是合理的（圖5）。

5 結(jié)論

我國(guó)煤田三維地震勘探已經(jīng)向西部地區(qū)、復(fù)雜地表及復(fù)雜構(gòu)造方向發(fā)展。本次三維地震勘探，通過合理施工、嚴(yán)控質(zhì)量，取得了高品質(zhì)的野外資料；通過初步處理獲得了質(zhì)量較好的試驗(yàn)段初疊剖面；對(duì)下一步做好地震數(shù)據(jù)精細(xì)處理、解釋，從而取得較高精度的地質(zhì)成果提供了可靠的保證。

【參考文獻(xiàn)】

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