复杂山地地震勘探采集技术浅析

陈春岭，代金芝

（山西省煤炭地质115勘查院，山西大同037003）

复杂山地地震勘探采集技术浅析

陈春岭*，代金芝

（山西省煤炭地质115勘查院，山西大同037003）

复杂山地不仅地表地震地质条件非常复杂，而且环境恶劣，导致激发及接收条件差，原始资料信噪比低，静校正问题突出；复杂的山地地震地质条件使得地震波波场无章可循，实际情况与勘探假设的基本模型相差甚远，致使地震资料成像困难。针对这些难点，就山地地震勘探常用的数据采集技术特点进行分析，为以后山地复杂地形条件下地震勘探提供一定的指导作用。

复杂山地；地震勘探；数据采集

我国山地面积辽阔，约占全国面积的三分之二。崎岖陡峻的山地过去一直是煤田地震勘探禁区之一。但近几年来，随着煤炭事业的蓬勃发展，平原型隐蔽式煤田的勘探面积越来越小，势必将勘探对象由平原逐步转至山地。

进入21世纪以来，高分辨煤田地震勘探技术得到了普遍的应用，其成果精度和可靠性有了大幅度地提高，在矿井采区勘探中发挥了巨大的作用，煤田地震勘探的适应范围也在不断地扩大，它不再局限于地震地质条件较好的平原地区或缓丘陵地区，在山区、沙漠、岩浆岩屏蔽区以及湖区和沼泽地等地表复杂地区也开始了广泛的应用，这就要求我们针对复杂的山地的特点，寻找适合地表复杂地区进行地震勘探采集的确实有效的勘探技术和方法。

1 复杂山地地震地质特征

复杂山地地区地表地貌特征多样，恶劣的地表地形条件和复杂的地下构造共同并存。强烈的褶皱和造山运动，使得从地表开始就出现高陡构造，地层倾角很大。这种复杂的地表条件和地下构造使得地震资料品质很差。

1.1 表层地震地质特征

山地带的表层纵向和横向岩性、速度及厚度变化均较大，给表层静校正、地震波激发及接收带来较大的影响。山地带的表层可以分为以下几种类型：

（1）山前第四系冲积带型地表。这种表层是由水冲积山地的岩石或风化而成，起伏不大，往往具有3层结构：地表为泥土和砾石混合而成，这一层为低速层；其下为泥土与砾石互层，这一层称为降速层；降速层之下为高速层，以巨厚砾石居多。

（2）山地老地层出露型地表。地壳构造运动，产生大量的逆掩推覆现象，把老地层推到地表，从而使老地层出露地表。这种地表起伏大，地层倾角陡，分布在山地的顶部。

（3）山地风化砾石型地表。老地层出露地表后，由于受到水流及风化作用，老地层之上覆盖有几米厚的砾石或风化层，同样这种地表分布的山腰部位，地表起伏大，地层倾角陡。

（4）山地老地层破碎型地表。强烈的构造运动使得出露的地表破碎，这类地表往往有风化物填充。

1.2 深层地震地质特征

山地带多属于前陆盆地的逆冲褶积带，断裂发育，构造变形强烈，地质结构极为复杂。由于地层的挤压作用，形成逆冲构造，有的地段出露地表，使得地层倾角很大，并且断裂非常发育。

2 地震资料特点

2.1 原始资料

山地带由于表层复杂，且沟壑纵横，因此，原始资料上浅层折射、面波、侧面干扰及源致次生干扰等线性干扰相当发育，加上突出的静校正问题，原始记录上表现为资料信噪比非常低。

2.2 地震剖面

从地震剖面来看，首先是在断裂带资料的信噪比低，表现为：①同相轴不连续；②断层十分发育；③同相轴倾角大；④由于逆冲推覆的原因，地层出现重复。

3 复杂山地地震勘探数据采集特点

山地近地表地质条件主要可以概括为3种类型：一是地表有黄土覆盖的山地；二是岩石直接出露的山地；三是地表为砾石或黄土与砾石混合、胶结程度不等的河床和山前破碎带。复杂的山地地表地质条件一般都包含有这3种类型。因黄土与砾石覆盖厚度的不同，下伏岩性的不同，近地表地质结构存在着较大的非一致性。复杂的近地表地震地质条件下，不仅使地震资料采集难度增大，同时使采集方式有着与一般地表地质条件下不同特点。

3.1 山地激发方式及特点

鉴于山地不同的地表地质条件，成孔方式一般以山地钻及空气液压冲钻为主，辅以凿眼机及人工挖孔激发：①冲积黄土分布区激发孔深至潜水面以下，坑炮或小于1m井深，激发不出能量强的反射波；②基岩裸露区激发孔穿过风化层至原生基岩内1m，激发效果由岩石的坚固系数决定。另外，炸药速度及直径与岩石介质速度和成孔直径一致时激发地震波的能量最强，因此，炸药与岩土必须采用有效方法实现最佳藕合，点状形或扁状形炸药比柱状形炸药效果好。崖坎处不宜布置激发点。

3.2 山地接收方式及特点

由于山地地表地质条件变化巨大，测线布置及检波器埋置困难，反射波频带宽度不均匀。因此，一般选用谐振频率较高（如60Hz、100Hz）的检波器接收；三维地震勘探对于高差起伏变化大的山地采用三维块状矩阵观测系统接收，高差起伏变化不大的山地采用三维束状规则观测系统。检波器埋置：①坚硬基岩裸露区用硬石膏将检波器粘结在基岩上或用风化土埋紧压实检波器；②在风化层分布区，要拨去浮土，垫上粘土或沙土，增加藕合力；③在耕植土或坡积土分布区，挖20～30cm浅坑，将检波器插紧埋实；④山前砾石分布区应尽量剥除砾石将检波器埋置在基土上；⑤在山坡及崖坎处，检波器埋置在临近基岩露头的地方。

3.3 山地干扰波的特点

主要干扰波有面波、声波、浅层折射波、多次折射波、侧面波、次生干扰波等；克服干扰波的方法以闷井激发，在低降速层下激发，较大偏移距激发可以取得较好效果。

4 复杂山地地震勘探采集技术

复杂地形条件下的地震资料采集除要有特定的施工设备外，还要有与之相适应的观测系统、行之有效的施工方法和采集参数，才能确保获得较高质量的原始资料。下面几方面是我们重点要考虑的。

4.1 观测系统的设计

观测系统的确定，需结合测区的地震地质条件、有效波的赋存特点和干扰波的特征进行计算和试验确定，要从接收能量和幅度均匀性考虑排列长度。观测系统的选择还需要考虑地质任务的要求和近地表情况。岩性勘探要尽可能选择宽方位观测，构造勘探可以选择窄方位观测。地表激发条件好的地区，可以多激发，否则要多用道接收。同时要根据地表情况来选择激发震源和相应的观测系统。对山地勘探而言，要尽量选择有利于提高施工效率的观测系统。

最小炮检距选择以波场调查为依据，要根据浅层勘探程度和震源产生的干扰波进行选择。最小炮检距和接收线距的选择，主要是满足接收到最浅目的层足够的反射信息。

最大炮检距的选择要考虑以下因素：最深目的层的埋深；有效“地震窗”；同时要满足处理方面的要求，即满足动校拉伸和速度分析精度的要求；接收排列内反射系数相对稳定。

4.2 激发井位、井深、药量的选择

激发是影响地震记录质量的重要因素，如果激发不出有效的弹性波能量，再好的接收条件也无济于事，所以激发有效波必须具备：频带较宽；有较高的信噪比和良好的重复性。山区复杂的地表条件，决定了要因地制宜的选择激发井位、井深和药量。

山区表层纵横向岩性及速度变化均较大，使用一个固定的激发井深难以获得理想的资料，因此勘探过程中的激发井深及激发岩性的选择非常重要，适当的激发井深及好的激发岩性可以取得较高品质的原始资料。利用小折射、微测井及岩性录井等措施做详细的表层结构调查，且要根据出露地表的情况来对表层进行划分，划分出低速层、降速层及高速层等，且画出表层结构纵剖面图，以此可以逐点进行激发井深设计。一般情况下均要设计在高度层中激发，其效果最好；如果井深达不到高速层，则要设计在降速层激发，且要考虑多井组合。

目前经验表明：炸药的速度与密度是密切相关的，即速度越高、密度也越大。选择炸药也要充分考虑激发岩性的速度和密度，为了有好的阻抗匹配，要求炸药的速度与围岩的速度越接近越好。因此，根据试验表明，在出露的老地层中激发可以选用速度较高的中密度、高密度炸药；在速度较低的风化层中激发时可以选用速度较低的中密度或低密度炸药。但是，由于密度低的炸药激发时不稳定或拒爆，因此，山地施工中大多选用密度较高的炸药。

4.3 检波器的选择与布设

检波器要有足够的灵敏度、较宽的响应频带、合适的自然频率、振幅与相位误差在规定的误差范围内。检波器的布设要与地面充分耦合好，必要时用石膏粘牢，或挖坑埋实。有时为了压制干扰、提高信噪比，需要通过试验对检波器进行组合设计。

4.4 接收道距与覆盖次数的确定

为了不产生空间假频，必须满足采样定理要求，道间距小于有效波最小视波长的二分之一。增加叠加次数，可压制随机干扰，加强相干信号，从而使信噪比得到提高。一般情况下，山区地震勘探的覆盖次数较平原地区要高。

覆盖次数的选择直接影响压制干扰波的效果，影响有效波能量，即直接影响资料的信噪比。为保证丰富的反射信息和资料处理的方便性，覆盖次数的选择需要考虑Crossline方向自动剩余静校正及速度分析精度，即必须保证纵、横向覆盖次数相对比较均衡。一般的经验是，三维勘探覆盖次数不低于二维覆盖次数的三分之二。

4.5 地表结构的调查

山地带地表由于受风化作用等作用，纵横向变化大，为给静校正提供准确的资料，以达到严密控制低速带的目的，一般采用初至折射法，相遇时距曲线观测系统。地面检波点距0.5～1.0m，12～24道接收，激发点在接收道的两端，采用雷管爆炸激发的方式。

4.6 干扰波的特性分析及压制

复杂地区地震勘探的一个重要问题是噪声问题，对复杂地区的地震勘探而言其噪声类型繁多，严重影响资料品质，因此，如何压制干扰波是复杂区地震勘探的主要问题之一。

山地地震勘探中的干扰大致可分为环境干扰和激发后的半生与次生干扰2大类。因此，要进行波场调整，并针对资料影响较大的干扰设计组合图形，压制干扰，提高资料的信噪比。根据干扰波的特征，把沿测线方向最强的一束干扰波作为主测线组合检波的压制对象或组合检波纵向组合基距的考滤对象；把垂直测线方向最强的一束干扰波作为联络测线组合检波的压制对象或组合检波横向组合基距的考滤对象；还可以通过适当的提高地震仪器低截滤波参数或使用高频检波器进行压制。

4.7 规则与不规则观测的三维联合勘探

在复杂的山地地表条件下，进行正常的规则三维勘探势必造成资料品质非常之差。为此，结合卫星图片实地踏勘，圈定特殊观测区域，整体考虑几束线之间覆盖次数的相互补偿；充分利用局部的有利地形，通过在平面任意方向上的炮点加密和炮检点灵活布设，以弥补特定观测区域目的层的有效覆盖次数，保证特殊地段地下资料的完整性。

4.8 精细的表层结构调查和分析

对于复杂地区，采用表层结构的分区调查方法：

（1）表层地质调查；

（2）小折射和常规微测井调查；

（3）超深微测井；

（4）浅层地震反射；

（5）露头微测井；

（6）露头高程调查；

（7）黄土山速度调查；

（8）非地震表层调查；

（9）地质雷达表层调查。

4.9 多种静校正方法联合应用

复杂地区由于具有地表高程起伏大、低降速带厚度变化剧烈、横向岩性和速度变化快等特点，在以往的表层资料数据库的基础上，通过小折射、微测井、地质露头调查、山体速度调查、岩性录井等手段，获取精细的表层调查资料，应用综合建模技术，建立高精度表层模型，采用以模型为主的厚层模型法和初至折射法等野外综合静校正方法，计算静校正量，以消除表层低降速带变化对资料可靠程度的影响。

5 结论

复杂山地发育的干扰波类型多种多样，需要针对不同地方的干扰波发育情况制定有针对性的压制措施；针对山地地区复杂的地形和地质特点，进行针对地质目标的观测系统设计；优选激发耦合条件，不能片面强调激发点位的均匀性，井深的选取应主要以岩性的变化为选取标准；勘探区是否适合采用可控震源激发，在实际生产中必须通过试验，根据勘探区的实际情况确定。新型震源技术的应用，是保证山地地震野外资料数据采集完整性的有效手段之一。

随着山地地震勘探的不断深入，对山地地震勘探的要求越来越高，例如山地高分辨率地震勘探和山地浅层地震勘探都已对地震采集技术提出了更高的要求。需要结合研究区的地震地质条件，进一步开展山地地震采集方法和技术的研究，为山地地震勘探提供服务。

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Analysis on DataAcquisition of Seismic Exploration in the ComplexArea

CHENG Chun-ling,DAI Jing-zhi
(Shanxi Coal Geological Exploration Institute 115, Datong Shanxi 037003,China)

The complicated seismic and geological conditions and adverse circumstances in the complex mountain terrain surface result in poor shooting and receiving conditions,low the signal-tonoise ratio of raw data,and critical static correction problem;The complex geological conditions of the complex mountain terrain make the seismic wave field unsystematic,the actual situation and basic model of exploration hypothesis differs very far,leading the seismic data imaging difficult.Focusing on above difficulties,the skill characteristics of data acquisition of seismic exploration in the complex mountain terrain are analyzed and providing some guidance for seismic exploration in the complex mountainous terrain.

complex mountain area；seismic prospecting；data acquisition

P631.4

B

1004-5716（2015）03-0115-04

2014-09-11

陈春岭（1971-），男（汉族），河南邓州人，工程师，现从事物探技术工作。