煤田二维地震勘探炸药震源和可控震源的对比研究
2015-03-21杨斌
摘 要：在煤田勘探预查和普查阶段主要采用二维地震勘探方法。地震勘探原理是使用仪器接收人工激发地震波在不同介质中产生的衍生波。人工激发地震波方式目前比较成熟得有炸药震源、可控震源、气枪震源等，在陆地上比较常用的激发方式是炸药震源和可控震源。笔者就两种激发方式的应用，对比分析两种方法的优劣。
关键词：煤田勘探 二维地震 炸药震源 可控震源
中图分类号：P631 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（a）-0242-02
1 从激发原理上分析
采用炸药震源激发，利用炸药在爆炸的瞬间把激发信号传播出去。炸药震源所产生的地震信号为持续很窄的脉冲信号，信号频谱较宽，激发能量较强，激发时受岩性影响能量不容易控制。
采用可控震源激发，利用可控震源所产生一段较长时间的连续震动信号，信号频率成分有限，激发能量为受控制的非周期信号。
炸药震源的优点：成孔和装药可以提前进行且是瞬间激发，施工效率高。炸药震源记录的反射信息可以直接使用。
炸药震源施工的缺点：炸药震源对激发点周围岩性破坏性强烈，施工危险系数高。炸药震源产生的有效信号容易受外界干扰。
可控制源的优点：可控震源所产生的信号可认为是已知的，有利于通过计算改善地震资料品质；可控震源相关处理对信号有较强的滤波作用，受外界信号干扰较小；可控震源输出能量大小可调且震动能量为持续时间较长连续信号，对激发点岩性破坏较小。
可控震源的缺点：可控震源激发震动时间较长，施工效率较慢。可控震源得到的地层反射信号不能直接使用，要经过一系列的相关处理以后才能转化为近似炸药震源取得的信号。
对比两种震源的激发原理，两种震源的优缺点比较明显。首先，从施工效率上来看，炸药震源的施工效率要优于可控震源，对于工期比较紧张的不建议使用可控震源激发。其次，从抗干扰分析来看，可控震源要优于炸药震源，对于电源干扰严重地区、和多风区域和多机械振动区域建议使用可控震源。最后，从破环程度分析来看，炸药震源比可控震源对周围建筑破坏性大，在铁路、输油管道等公共设施附近和一些危险品附近建议使用可控震源激发。
2 从设备限制和其它因素分析
2.1 炸药震源
炸药震源对应不同外界因素（山地、沼泽、沙漠、河滩等各种地形）可以使用不同钻具和不同炸药，炸药震源基本能适应各种地形，适用范围广泛。
对于煤田勘探中常用的固态成型炸药，对成孔要求较高，在松散干燥的沙漠区域和松散的卵砾石层成孔困难。另外炸药审批手续繁琐且审批时间耗时长，需要特殊工作人员使用和存贮炸药。使用炸药的危险系数较高。
2.2 可控震源
可控震源施工简单，相对于炸药震源要先成孔，装药后才可以激发，可控震源需要的人工比炸药震源要少很多。与炸药震源相比，煤田勘探中可控震源激发需要的费用比较低。
可控震源震动需要震动板与地面较好的耦合，对于起伏不平的坚硬岩层耦合效果差，对于起伏较大的基岩出露区域，如果地表倾角超过30°，容易发生震源翻车现象。对于地表出现冲沟与较窄的河道，震源无法行进。可控震源由于生产工艺限制，产生信号的频率有着极限要求，一般最低频率不能低于5 Hz，最高频率不超过120 Hz，超过这个极限很难达到。可控震源只能在地表激发，不能避开松散的表浅层，有效地下传信号会大幅度衰减。
3 从实际施工效果分析
以下剖面是在宁夏中卫市甘塘地区进行的两种不同施工方法对比，炸药震源对应的时间剖面采用的是初叠剖面，速度拾取精度不高；可控震源是对应1 km长度的试验段剖面，速度拾取精度较高。（见图1）
段试验地表为第四系沙土。炸药震源采用施工参数：井深采用6 m，药量采用3 kg单井激发，接收排列采用144道60 Hz检波器接收。可控震源施工参数：采用2台kz-28吨位可控震源组合激发，震动台次：2台×10次，扫描长度10 s，扫描频率：20～100 Hz，驱动电平：70%，扫描方式：升频扫描，斜坡：0.3，接收排列采用144道60 Hz检波器接收。
从实际施工效果分析，选择合适的施工参数，可控震源获取的原始资料信噪比不低于炸药震源，浅部区域可控震源优于炸药震源，可控震源获得的时间剖面反射波连续性好且能量强。产生这种结果的原因可能是当地多风，外界干扰较大造成的。
4 结语
从两种不同的激发方式对比，选择合适的施工参数，相对于炸药震源，采用可控震源激发，需要的人工少，费用低，破坏性小，安全性高，能获取到信噪比不低于炸药震源激发原始资料，但对地形和地表条件要求较高。相对于可控震源，炸药震源施工效率高，对地形和地表条件要求都可以采用不同的钻机来克服，目前还是煤田勘探主要激发方式。
参考文献
[1] 许彩琦，杨斌.宁夏中卫市小红山勘查区西部煤炭资源普查二维地震普查报告[D].银川：宁夏地球物理地球化学勘查院，2014.
[2] 林君.电磁驱动可控震源地震勘探原理及应用[M].北京：科学出版社，2004.
