貴州復雜山區礦山三維地震勘探方法

束雙偉

地震勘探的目的是通過地震觀測獲取反映地下界面真實位置和地下礦物特性、物性等地質信息。然而，二維地震觀測只能獲取反映平面內的地質信息。即使在實際生產中，二維觀測有時也在地表按面積布置測線，但每一條測線都是按二維采集數據并按二維偏移處理。由于二維偏移是沿著測線的視傾角方向進行的，偏移結果不完全，也不準確，尤其對于礦山復雜的地質構造進行二維地震勘探，二維歸位處理就不能反映地下界面的真實產狀。隨著大型礦山不斷開發利用，單純的資源勘探逐步進入開發勘探，在礦產資源勘探過程中要求提供精準的地質構造信息，受二維地震勘探的局限性及條件性的制約，影響了礦山地質勘探的精準度。三維地震勘探原理、條件與三維地質體相對應，同時具有高密度，三維空間成像歸位以及多種靈活顯示等優點，所以更易得到正確的礦山地質構造形態和多種顯示圖像，三維地震勘探在工程地質、礦產資源勘探方面發揮著無可替代的重要作用。

貴州某礦山采區地表主要以山地為主，地表高差大，山路崎嶇不平，地表巖性出露復雜，而且區內有大田、下寨、羅翁、外山、落幫、低刮、小灣、大灣等村莊，表、淺層地震地質條件極其復雜，三維地震勘探施工難度大，對室內數據處理也造成一定影響。

1 概況

礦區位于董架向斜南盤、沫陽斷層北盤的弧形構造帶里。總體呈單斜構造，地層走向近東西，傾向南，地表傾角為13°～23°，局部地層沿走向出現波狀起伏，礦區出露的地層由新至老有第四系（Q），三疊系下統紫云組（T1z）、羅樓組（T1L），二疊系上統長興組（P3c）、吳家坪組（P3w）。

礦區內主要含礦地層為吳家坪組（P3w），巖性主要以灰、淺灰色厚層灰巖、燧石灰巖及結核，夾少量生物碎屑。該組地層厚為237m ～317m，含礦層為1 層～3 層，含礦總厚度為2.86m，單層厚度0.1m ～1.32m，含礦率為8.46%，含礦地層含礦率不高，多以透鏡體產出。該組含可采礦層一層，即本礦可采層M1礦層，礦層較穩定，礦層厚度為0.72m ～1.32m，平均厚度為1.00m。礦層頂板為灰、淺灰色厚層灰巖，底板白云質灰巖、碳質頁巖礦區內礦層厚度有一定的變化，礦層厚度0.72m ～1.32m，總體平均厚度為1.00m 左右；礦層厚度地表延伸變化較大，沿深部礦層厚度變化較為穩定，礦層結構較簡單，全區內礦層厚度基本都達到最低可采厚度，為全區可采礦層。

通過前期對主斜井及7 個老硐的見礦化點進行實測，結合本次收集業主提供的四個探礦工程鉆孔資料來看，礦區的礦層厚度較穩定。

礦山使用三維地震勘探前的準備工作：

（1）確定三維工區。

（2）根據貴州某礦區地質條件和地質任務設計三維地震探測方案。

（3）科學選用三維地質勘探各參數。

（4）合理進行實驗，可選用正演模擬。

（5）三維地震探測過程中進行嚴格質量控制。

2 地震地質條件

2.1 表層地震地質條件

本勘探區本區位于云貴高原東部，東西向苗嶺山脈西部北側。本區為低中山喀斯特峰叢地貌。槽谷峰叢發育，碳酸鹽巖出露廣泛。地表相對高差超過200m，部分地段有懸崖勘探區地表主要以山地為主，區內有大田、下寨、羅翁、外山、落幫、低刮、小灣、大灣等村莊。山區起伏不平對地震施工造成一定影響。

2.2 淺層地震地質條件

區內河流多為季節性小溪及河流泉點稀少，據縣氣象站多年資料表明多春旱，潛水位低，根據已有資料與現場踏勘，第四系主要為風化粘土組成，厚度為0m ～17.05m，主要分布在相對低洼地帶，結構松散，成孔困難。部分地段基巖出露，礦層風化松散，故成孔方式要針對不同的表層選擇不同的成孔方式。故本區淺層地震地質條件較差。礦區出露地層按巖（土）體組合類型劃分為硬質巖類工程地質巖組、軟質巖類工程地質巖組及松散巖類工程地質巖組成。

（1）硬質巖類工程地質巖組：本巖組主要為紫云組、羅樓組、長興組、吳家坪組的灰巖、燧石灰巖、白云質灰巖、白云巖、細晶質白云巖、硅質灰巖、泥灰巖。巖體力學強度高，抗風化能力強，巖土體工程地質條件較好。石灰巖有：三疊系中統關嶺組（T2g）、下統永寧鎮組（T1yn）、夜郎組（T1y），二疊系上統長興組（P3c）、吳家坪組第二、第三段（P3w2+3）、中統茅口組（P2m）、棲霞組（P2q），石炭系上統馬平組（C2m）、黃龍組（C2h）等。白云巖有：三疊系下統茅草鋪組（T1m）、寒武系婁山關群（ls）等。砂巖、石英砂巖有：泥盆系上統高坡場組（Dgp）、蟒山群（Dms）。變質巖有：青白口系（Qb）及薊縣系（Jx）各組變質巖石。

（2）軟硬質巖類工程地質巖組：此巖類主要是為羅樓組及吳家坪組的砂巖、泥質灰巖、細粒燧石灰巖、泥質砂巖屬硬質巖類，其工程力學性質良好；而泥質頁巖、炭質頁巖及含礦層夾泥巖、粘土巖屬軟質巖類，其巖體力學強度低，遇水軟化；在硬質巖類和軟質巖類的接觸面極易形成軟化結構面，巖土體工程地質條件較差。

（3）松散巖類工程地質巖組：為分布于區內地勢相對較低的洼地中的粘土、耕植土和棄土、棄石，為結構松散的殘積物；主要是含植物根系的有機土，土層結構松散，遇水軟化，具壓縮性和可塑性，力學強度低，巖土體工程地質條件差。半堅硬—堅硬巖類工程地質巖組：千枚巖夾石英細砂巖、白云巖，片狀活中厚—厚層狀構造，裂隙一般不發育，力學強度大，抗壓強度高，穩定性好。

綜上所述，礦區巖土體工程地質條件總體較差。給成孔、下炸藥帶來非常大的困難，影響激發接收的效果。

2.3 深層地震地質條件

根據地質資料分析，二疊系上統吳家坪組（P3w）巖性主要以灰、淺灰色厚層灰巖、燧石灰巖及結核，夾少量生物碎屑，含礦層1 層～3 層，既含該礦區可采礦層M1 號。厚為237m ～317m。M1 礦層厚度相對較厚，可以形成能量較強、連續性較好的礦層反射波。

3 三維地震勘探難點及針對性技術措施

（1）本區地處云貴高原山區，地表巖性變化較大，激發條件復雜。采集前充分做好踏勘，布置低速帶調查點，為激發井深和后期處理解釋提供依據。

（2）根據地表巖性條件，合理選擇成孔鉆具，充分進行井深、藥量及檢波器等試驗工作，選擇最佳采集參數，保證采集效果。

（3）做好折射靜校正。地表高差變化較大，野外靜校正問題十分嚴重。加上有些地段激發和接收困難，使有的折射波起跳不干脆，對折射波的拾取不利。故本區處理重點是做好計算折射靜校正的一系列工作。包括折射波的識別，計算方法的選取與參數的優化等。云貴高原山區礦山所處時空區域的原始資料評價：為實現復雜山區礦山地質勘探經濟技術一體化，采用三維地震勘探方式，需將前期獲得的地質勘查數據進行有效融合。重點分析前期礦山地質勘探資料在成像精度、信噪比、礦產資源儲量、圖像分辨率等方面存在的問題，另外還要分析所用的采樣密度、覆蓋次數、方位寬窄等相關參數有誤差時，可根據所布置的地質勘探任務進行調整，對前期探測到數據進行評價分析。

（4）提高資料信噪比：山區資料施工難，所獲得的記錄一般信噪比不高，處理中如何去除干擾，提高信噪比十分關鍵。通過對原始資料進行濾波、速度分析、自動校正、自動剩余靜校、DMO 疊加、三維去噪和疊后時間偏移等模塊的處理，全力壓制各種噪聲干擾，得到有利于對主要目的層反射波識別與追蹤的具有較高信噪比的三維疊加和三維偏移數據體。

（5）保證資料保真度。地震數據的保真度是資料解釋的基礎，保持地震信號的相對振幅和反映地層界面特性的動力學特征，以利于礦層厚度變化的研究。不能片面強調資信噪比和分辨率而犧牲保真度，也不能為保真而不加區分地存留冗余信息，那樣會干擾有效信息，結果可能適得其反。

復雜山區礦山三維地震勘探數據采集是一種面積接收技術。其觀測系統的設計及參數的選擇都要考慮三維特性。因此，三維數據采集比二維復雜，質量要求也高，需要進行理論模型試驗，并結合野外試驗選擇合適的參數和方法。

三維地震工區的確定，主要是根據地下地震、地質條件和地面地形地貌條件，并以前者為主，礦區的觀測面積要根據構造的大小，目的層的深度和傾角走向來決定。決定礦區觀測范圍時還要考慮需要滿足，覆蓋的次數的地下范圍和偏移前后數據上有空間的不同。

地下滿足覆蓋面積的確定，地下滿覆蓋面積（即地下勘探面積）可預先根據有利地區的范圍，在以往的二維構造圖上粗略確定，然后考慮降低勘探成本，工作規劃整齊等因素，最后確定地下滿覆蓋面積。

4 主要采集參數及方法

通過試驗工作，同時結合試驗記錄對比，從能量、信噪比、分辨率、有效波受干擾程度考慮，經過專家組的反復研究，主要采集參數確定如下：

（1）在基巖出露區，井深為3.5m ～4m，對于井深無法達到4m 的區域，采用2 孔或3 孔組合放炮的形式；在地勢較平坦且覆蓋層較厚的區域，井深為8m ～10m；在低洼區和山坡區域，要求打到基巖面下進行激發，井深一般為5m ～6m。

（2）采用TNT 炸藥激發，藥量1.5kg ～2.0kg。

（3）檢波器為60HZ 4 串組合接收，點放挖坑埋置，記錄長度2.0s，儀器為法國產428XL 數據采集系統。

（4）最大炮檢距小于1000m。

（5）區內干擾波主要為低頻的面波干擾和隨機干擾。

（6）排列方式：束狀8 線8 炮制，中點發炮；接收道數：8×72=576 道；接收線距：40m；接收道距：10m；最小非縱距：5m；最大非縱距：355m；最小炮檢距：11.18m；最大炮檢距：412.46m；CDP 網格：5m（縱向）×10m（橫向）；覆蓋次數：6 次（縱向）×4 次（橫向）=24 次；炮點網度：20m（橫向）×60m（縱向）；檢波點網度：40m（橫向）×10m（縱向）。

5 主要測網布置

三維地震勘探是一種高密度采集、空間成像、歸位準確的面積接收技術，其特點是利用炮點和接收點網格的靈活組合而獲得分布均勻的地下數據點網格及所要求的覆蓋次數。三維觀測系統選擇正確與否，將直接影響野外施工效率、資料處理效果及地質成果的精度。

綜合考慮本次勘探工作的地質任務，必須滿足一定的覆蓋次數且較均勻分布，以保證較高的信噪比和分辨率。線束布置方向主要以垂直地層走向或構造走向為原則，數據采集采用規則的三維觀測系統，線束基本垂直構造走向布置。建立相對坐標系，X 軸以20m 為基本單位編號，而Y 軸以10m 為單位編號，形成了本區工程布置圖。

（1）考慮到資料處理和空間屬性建立上的方便，線束自西向東編號，用漢字標在每束中心炮線的下方。每束與上一束重合4條接收線。

（2）接收線、炮線統一編號。檢波點和炮線采用與道間距相關長度進行編號。接收線為奇數，炮線編為偶數。檢波點、炮點自南向北統一編號，這樣有利于野外施工。

（3）施工順序自西向東：第一束、第二束、……第十七束。每一束的第一條接收線與上一束的第五接收線重合。

每放完一排炮，逐次向前移動，接收道不斷向備用道過渡，直至備用道全部變為接收道后，儀器向前搬站。

（4）施工中要確保交叉站、采集站輸入道號定位準確，炮點、接收點的關系正確無誤。

6 地震工程測量工作

（1）測量設備：測量使用華測GPS 接收機5 套，該儀器性能合格。

（2）控制測量：以GPS1、GPS4 兩個已知點作為起算點，聯測到測區構成由4 個點組成的三角網，最大基線邊長1.57km，最小基線邊長0.67km。點位采用木樁和石灰構成，均選擇在非耕地處，以利于長期保存，并且交通便利。點位附近無大面積水域，高壓線，微波塔及其他影響接收信號的障礙物。使用華測GPS 接收機進行靜態觀測。有效觀測時段60min。總共觀測15 個測站，有效觀測時段數為2.5。高程采用GPS 擬合高程。內業處理采用南方GPS 商用后處理軟件平差計算。平差后基線邊平面精度為1：7 萬～1：21 萬之間，高程擬合精度0.3m。

（3）測量放樣：采用GPS 實時差分測量（RTK）放樣，即使用一個E 級GPS 控制點作為基準站，配合5 個流動站同時進行作業。工地校正平面殘差最大0.001m，垂直殘差最大0.021m。放樣前將測線端點和終點坐標輸入測量控制器（手簿）內，建立直線放樣。放樣一般從小號開始，5 個流動站分段向前放樣?；倦S測線移動，基站距離流動站的基線長度均不大于1km，每次發展的參考站均采用已放樣點進行檢核。實地放樣點均為固定解。測線點位采用線號加樁號來表示，如：1-11，1 表示線號，11 表示樁號。從起點開始每隔20m 放一個物理點，每個物理點均采用石灰加木樁表示，并在點位附近插小紅旗示意測線方向。測線經過村莊不能實地放樣時，在木樁上表明線偏距離，并在附近墻壁上噴紅漆注明點號與偏心距離。測量工作日報按要求均在現場填寫完整，交給地震施工員使用。每日放樣前和參考站搬遷，均復測2 個以上已放樣點，平面誤差最大0.2m，高程誤差最大0.16m。測線的復測率均達到該測線放樣點總數的2.0%，平面誤差最大0.3m，高程誤差最大0.3m。

野外RTK 數據存儲于測量控制器（手簿）里，使用隨機商用動態數據處理軟件進行變換處理，采用Microsoft Excel 計算軟件和Ultra Edit-32 數字編輯器進行數據整理，利用南方CASS7．0測繪軟件繪制測線放樣圖。

（4）測量質量控制：本次測量E 級GPS 勘探點兩個已知點保存完好，資料正確可靠。GPS 自由網布點合理，施測方法正確，精度完全滿足設計要求。放樣點平面誤差平面最大為0.3m，一般在0.12m ～0.3m 范圍內。高程誤差最大為0.3m，一般在0.11m ～0.3m 范圍內。放樣點復測檢核分析：最大平面誤差0.15m，最大高程誤差0.15m。測線端點實測坐標與設計坐標校差：一般為0.06m，最大為0.12m。

本次三維地震勘探測量工作，作業方法正確，儀器性能良好，測量精度可靠，上交資料齊全，完全滿足合同及設計要求。

7 資料處理及解釋成果

本次處理疊前采用了野外靜校正、地表一致性反褶積、常速掃描，最大限度的提高了資料的分辨率，剖面質量有了較大的提高。地震資料處理做了大量的測試工作，經過多方面參數測試后，確定了比較合適的地震資料處理流程，三維采集的數據按三維空間成像處理，可以真實地確定反射界面的空間位置，避開地形、地物的障礙，對地表條件適應性很強，尤其是靜校正及疊前時間偏移取得了比較好的處理效果，對資料有更大的保真度，相位數據更齊全，便于研究地層的巖性，三維地震勘探資料的完整統一性及顯示技術的現代化，更便于人工聯機解釋。

最終取得了以下地震地質成果：控制了勘探范圍內M1 礦層的埋藏深度及起伏形態；基本查明了M1 礦層中落差大于等于8m 的斷層，同時對8m 以下的斷點進行了解釋和組合；全區共解釋斷層5 條，其中正斷層3 條，逆斷層2 條；可靠斷層2 條，較可靠斷層3 條；落差8m ≤△h ＜20m 的斷層3 條，落差△h ＜8m的斷層2 條；利用巷道見礦化點資料與物探資料進行結合，合理地對M1礦層的厚度變化趨勢進行了解釋，圈定了礦層變薄帶（或無礦區）。

8 結論

山區地震勘探地震地質條件復雜，施工難度大，首先需要對工作區進行詳細踏勘，認真分析研究地形條件，根據地表條件嚴格選擇有代表性的試驗點位，做好施工參數選擇。數據處理認真做好各環節質量控制，最終就能夠取得較好的地震地質成果資料，為礦區安全開采起到保障作用。