基于高精度衛(wèi)星遙感的極復雜地區(qū)三維地震勘探應用技術

牛爭華

（山東省煤田地質局物探測量隊，山東 濟南 250104）

青龍煤礦屬于國家總體規(guī)劃云貴大型煤炭基地黔北礦區(qū)黔西區(qū)，工業(yè)廣場占地面積0.303 km2，規(guī)劃設計120 萬t/a，服務年限54 a。井田面積為20.650 3 km2，截至2019 年12 月31 日，青龍煤礦采礦許可證范圍內保有資源儲量26 840.4 萬t（含高硫煤資源儲量6 444.2 萬t），是貴州重要的能源基地，也是西電東輸?shù)陌l(fā)源地。在這里具有巨大的勘探開發(fā)需求，但是由于黔西地區(qū)的地形條件和地質條件非常差，長期以來很少做三維地震勘探工作。針對本工區(qū)極復雜地形條件，創(chuàng)新發(fā)明并應用了一種基于高精度衛(wèi)星遙感的復雜地區(qū)三維地震勘探應用技術，不僅提高了施工質量和施工進度，同時還有助于施工安全。

1 勘探區(qū)概況

1.1 地形地貌

青龍井田地形條件總體上受區(qū)域性地質構造和巖性控制，地貌屬高原低山丘陵地貌。地面最高海拔標高+1 474.20 m（營盤山），最低海拔標高+1155 m（中寨馱煤河一帶），最大相對高差319.20 m。大部分區(qū)域海拔標高+1250～ +1350 m，相對高差100～150 m，黔西縣城海拔標高+1 219.8 m。井田內地勢總趨勢呈南東高、北西低，東部及南部較平緩，西及西北部地勢起伏較大，切割劇烈。井田內的地形與巖性、構造、風化剝蝕相關，碳酸鹽巖地層呈溶蝕洼地峰叢[2]地貌，碎屑巖地層則表現(xiàn)為長梁山、沖溝發(fā)育，西北部較陡峻，溶斗、溶溝等喀斯特地貌較發(fā)育。

1.2 區(qū)域地層

青龍井田勘探區(qū)內及周邊出露的地層（表1）自老至新有：龍?zhí)督M（P31），長興組（P3c），三疊系下統(tǒng)夜郎組（T1y）、茅草鋪組（T1m）和第四系（Q）。二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m）、二疊系上統(tǒng)峨嵋山玄武巖組（P3β）在三采區(qū)內及周邊未有出露。區(qū)內鉆孔揭露的地層自老至新有：二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m）灰?guī)r、峨嵋山玄武巖組（P3β）凝灰?guī)r、龍?zhí)督M（P3l）含煤碎屑巖、長興組（P3c）灰?guī)r、三疊系下統(tǒng)夜郎組（T1y）灰?guī)r。按巖性組合，龍?zhí)督M（P3l）劃分為P3l1和P3l2兩段，夜郎組（T1y）劃分為沙堡灣段（T1y1）、玉龍山段（T1y2）、九級灘段（T1y3）。

2 地震地質條件

2.1 淺層表層地震地質條件

該勘探區(qū)地形條件總體上受區(qū)域性地質構造和巖性控制，礦井地貌屬高原低山丘陵地貌，地面標高約1250～1350 m，相對高差一般為100～150 m。礦井內地勢總趨勢呈南東高，北西低。測區(qū)淺層多為石灰?guī)r，在溝谷地段有土層覆蓋。近地表巖性橫向、縱向變化較快，造成近地表低降速帶劇烈變化，使得地震資料靜校正工作難度較大。這些問題的存在對地震資料的成像[3]也造成較大的影響，因此淺表層地震地質條件復雜。

2.2 中、深層地震地質條件

該勘探區(qū)目的層走向近南北，傾角一般5°～15°，構造形跡表現(xiàn)主要為北東走向褶皺和斷裂帶，并有少量近東西向及北西～南東向斷裂，少量NWW 和近EW 走向的構造。褶皺主要是寬闊的不對稱背、向斜。主采煤層16、17、18 號煤層，其中16、18 煤層屬較穩(wěn)定煤層，17 煤層屬不穩(wěn)定煤層。根據(jù)鉆孔揭露，除三采區(qū)周邊的Z1-1 鉆孔峨眉山玄武巖組揭露3.80 m 厚度外，三采區(qū)內其他鉆孔僅在煤系底部鋁土層與茅口組灰?guī)r間發(fā)現(xiàn)有深綠色峨嵋山玄武巖的痕跡，沒有厚度，除此之外無其他巖漿活動，采區(qū)煤系不受巖漿活動[4]影響，具有能夠形成煤層反射波的條件。煤系內灰?guī)r發(fā)育，對煤層反射波有較大影響。區(qū)內間距較小的薄煤層多表現(xiàn)為復合反射波，受限于地震反射波分辨率，識別間距較小煤層存在困難，因此深層地震地質條件一般。

3 地震工程布置

該三維地震野外施工采用規(guī)則的束狀三維觀測系統(tǒng)，以束為單位施工，測線按北東方向布設。自西南向東北按序編號，依次為第1 束、第2 束……第14 束，每束滾動5 條線，每束線內有10 條接收線。根據(jù)地質條件，排列長度設計為72 道，線距40 m，道距10 m，生產(chǎn)物理點3220（圖1）個。該三維地震勘探工程設計的CDP 面元為5 m×10 m，滿覆蓋次數(shù)為30 次，滿覆蓋面積3.1 km2。

圖1 炮點布置圖

4 測量坐標導入高精度衛(wèi)星地圖

首先要將衛(wèi)星地圖[5]軟件進行七參數(shù)設置。七參數(shù)應根據(jù)工區(qū)所處區(qū)域，并結合測量所選用的坐標系統(tǒng)進行設置。既在選定坐標類型、中央子午線的條件下進行DX:DY:DZ:RX:RY:RZ:PPM 七個參數(shù)的設置，其目的是為了使導入的測量坐標數(shù)據(jù)精準度更高。將炮點測量坐標進行屬性編輯后，使數(shù)據(jù)包含名稱、平面坐標、海拔、地物描述等所用信息（表2）后導入高精度衛(wèi)星地圖（圖2）。KML/KMZ 文件，然后加載到手機里面，就可以借助手機導航方便快速找到任務書中的每個炮點位置進行下藥和放炮施工，從而解決了在山區(qū)密林等復雜地區(qū)找點困難的問題，保證了施工效率的同時還保證了施工安全。

表2 炮點測量坐標

圖2 基于高精度衛(wèi)星地圖的炮點顯示

5 施工應用

在高精度衛(wèi)星地圖下可以看到實測的炮點位置，點擊每一個炮點里面都會顯示該炮點的坐標、地物描述等信息，關鍵是可以讓技術管理人員從電腦上清晰看到整個工區(qū)的炮點的準確位置，進而根據(jù)炮點附近地形交通實際條件來科學合理地安排鉆機成孔[6]，從而避免了盲目安排鉆機而導致鉆機施工搬運時間長、間歇時間長等問題，極大地提高了施工效率。同時對成孔條件差、障礙物多的地方，在高清衛(wèi)星地圖上可以直觀地看出來，技術管理人員就可以提前采取應對措施來保證施工質量，在后續(xù)的三維放線施工中，同樣采取這個辦法。

鉆機每天成孔后，都可以通過上述方法在高清衛(wèi)星地圖上顯示出來（圖3）。圖中小旗就是已經(jīng)成孔的炮點，這樣就可以對全區(qū)成孔的炮點進行全面掌握，每臺鉆機的成孔質量、成孔位置都可以清楚地顯示在高精度地圖上，每個成孔的偏差都可以直觀地看出來，進行進一步的技術處理。

更重要的是在后續(xù)成批量下藥和放炮中，可將全區(qū)成孔的炮點位置從高精度衛(wèi)星地圖中輸出

圖3 鉆機成孔圖

6 結論

基于高精度衛(wèi)星遙感的極復雜地區(qū)三維地震勘探應用技術，是將高精度衛(wèi)星遙感前沿技術和三維地震勘探緊密結合并加以創(chuàng)新應用的典范。該方法是將地震勘探主要生產(chǎn)要素和高精度衛(wèi)星遙感成像通過技術方法緊密地結合在一起，有效解決了三維地震勘探在極復雜地區(qū)，如山地、密林、城鎮(zhèn)等施工效率低，勘探質量難以保證的實際問題，特別是在大批量快速精確勘探施工方面，具有獨一無二的技術優(yōu)勢，已經(jīng)成為三維地震勘探野外數(shù)據(jù)采集不可或缺的先進方法，在歷次三維地震勘探施工中均起到了巨大作用，獲得了較大經(jīng)濟價值。同時，該方法在保障人員和設備等生產(chǎn)安全方面也起到了顯著作用，具有進一步挖掘和被應用的前景，為以后在極復雜地區(qū)開展煤田、油氣勘探工作提供了借鑒經(jīng)驗。