弯线地震勘探技术在中深部找煤中的应用

李 传 辉

(山西省地球物理化学勘查院，山西 运城 044000)

弯线地震勘探技术在中深部找煤中的应用

李 传 辉

(山西省地球物理化学勘查院，山西 运城 044000)

详细介绍了弯线地震勘探的技术基础及其重要采集参数的选取原则，以河东煤田中南部弯线地震勘探为例，研究了弯线地震勘探多方法联合设计技术及在采集中所采用的重要技术措施，并结合原始单炮记录和时间剖面对应用效果进行分析。

地震勘探，弯线技术，覆盖次数

0 引言

河东煤田中南部地处黄土高原，汾河下游，为典型的黄土覆盖区，经长期风化和侵蚀再加上流水等自然应力作用，水土流失严重，树枝状冲沟十分发育，形成沟壑纵横、沟深壁陡、支离破碎的复杂地形。沟谷多呈“V”字形和“U”字形，近东西或北东—南西向为主，植被稀少，水土流失严重。

黄土覆盖层厚度的剧烈变化、地形的大幅度起伏、含水性的巨大差异及明显的各向异性，如果采用传统的直测线地震勘探方法，很难取得较佳的地震资料。根据弯线地震勘探测线灵活布设的优点，结合该区沟系发育的地形特征，弯线地震勘探技术改善了激发和接收条件，减小了初至折射多次波、面波、随机干扰和次生干扰等噪声的影响，提高了该区地震勘探技术的应用效果，因此弯线地震勘探技术在该区是一种行之有效的方法。

1 弯线地震勘探的技术基础

弯线地震勘探测线炮点和检波点非共线性的特点，决定了CDP所对应反射点的分布是分散的。由于分布离散的反射点，影响资料叠加效果和勘探精度。因此在布设勘探线时，必须在对勘探区已知的地质和物探资料进行充分分析的基础上，来分析和估算弯线采集的时间、空间条件和反射点分散度。

1.1 时间条件

理论和实践证明，只要当动校正后的剩余时差小于1/4反射波视周期时，复合波形的形状没有变化，叠加都可以使反射波得到加强。因此，从共反射面元内各道的可叠加性来考虑，离散反射点之间的最大时差应满足：

Δtmax≤T/4。

其中，Δtmax为动校正后剩余时差；T为有效波的视周期。

1.2 空间条件

共反射面元的选择应满足可叠加条件，在水平界面情况下，理论上面元尺寸可取任意大，但实际上，面元取得越大，叠加平均效应影响越大，甚至造成畸变，导致错误结果。一般在地层倾角较小的地区，面元可以适当的选大些，在满足时间条件的前提下，以能分辨小断块和短界面反射为宜，线性长度Dx不宜过大，横向宽度Dy可选大些，以利于增加叠加次数改善剖面质量。

因此一般反射面元的大小为：

其中，Δx为道间距；Δtmax为动校正后剩余时差；v为目的层以上介质的速度；φ为地层倾角；φ为测线与地层倾向间的夹角。

1.3 分散度

在弯曲测线的总体趋势发生明显转折时，一个完整的排列在转折点的两边围成一个等腰三角形，等腰三角形的高为最大分散范围。最小炮检距在转折点两边折线段上围成的等腰三角形的高为最小分散范围。两个分散范围的差即为炮检中点的分散度。

其公式可简写为：

其中，L为排列长度；θ为转折角度；l为分散度；μ为偏移距。

对反射点分散度的计算及其分布规律的分析，有利于辅助确定合适的观测系统。

因此，在施工中应尽量使用小道距、小排列、小转折角，以保证弯线的炮检中点位置分布在较小的范围内。

2 重要采集参数分析

2.1 有效叠加次数

弯线地震勘探中的叠加次数是由CDP面元内反射点的数目来决定的，它受测线的弯曲程度控制，即叠加次数等于共反射面元内具有有效叠加性的炮检中心点的个数。而所谓有效叠加性是指CDP面元叠加遵循的空间条件、时间条件。因此，弯线地震勘探中的叠加次数是一个统计数字，叠加次数是不均匀的。

为保证弯线勘探中的叠加次数，在设计时需对CDP面元中的反射点密度进行估算，在测线弯曲度较大地段，叠加次数得不到保证时，应在转折处适当加密炮点和检波点，适当缩小道距和排列长度，用减少中心点分散度的办法来增加叠加次数。

2.2 道距

直测线地震勘探中道距选择的一般要求满足：时间剖面上反射波不出现空间假频、偏移时不产生偏移噪声、叠前二维滤波要求野外记录不出现空间假频和满足横向分辨率的要求。即满足：

Δx≤vint/(2fmaxsinθ)。

其中，Δx为道间距；fmax为最高无混叠频率；vint为反射层之上的层速度。

弯线地震勘探中道距的选择，除参照直测线的要求外，还应考虑弯线叠加特点。面元沿测线方向的边长(Dx)，一般取道距的一半，因此，道距的选择应主要考虑影响叠加的时间条件、空间条件及叠加次数，同时也要考虑地下地质条件的复杂情况和压制多次反射的效果以及施工效率。

2.3 炮检距

近炮检距接收的信息，各种干扰较强，而较大炮检距所接收的信息干扰较弱，具有较高的信噪比。因此，最大炮检距的选择要综合考虑以下因素：最深目的层的埋深、有效“地震窗”、满足动校拉伸、满足速度分析精度的要求、接收排列内反射系数应相对稳定和有利于减小共反射面元内反射点的离散度等。

最小炮检距主要考虑满足接收到最浅目的层足够的反射信息，同时尽可能地避开声波、面波强干扰区及可能产生折射波及浅层折射波的干涉等影响因素。

3 弯线地震资料采集应用实例

勘探区位于鄂尔多斯聚煤盆地东缘，河东煤田中南部，勘探程度较低，断裂构造发育情况不详，仅知东部有紫荆山断裂。总体为近南北走向，西倾的单斜构造，构造相对简单。区内主要可采煤层为山西组2号煤和太原组9号煤，其层间距70 m～110 m，2号、9号煤层在勘探区内埋深约为1 000 m～1 500 m，煤系地层基底为奥陶系中统灰岩。

勘探区为典型的黄土高原地貌，浅表层地震地质条件复杂多变，常规的直测线地震勘探无法满足本次勘探的要求，为此，在本区采用了弯线地震勘探技术。

3.1 多方法联合弯线设计技术

为了进一步解决弯线地震反射点离散、覆盖次数不均匀、共反射面元内炮检距分布不均匀等问题，采用多种方法联合设计的采集施工流程。

1)用正、反演模型确定叠加面元的大小。

设计厚度50 m，在500 m范围内尖灭的楔形构造，其正演剖面分别用宽度为50 m，100 m，200 m，500 m四种面元叠加，再用道积分方法反演计算其厚度和范围的变化，反演结果表明，随着叠加面元的增大，误差加大。当叠加面元宽度小于200 m时，最大厚度误差约3.3 m，最大误差范围约50 m，故确定叠加面元宽度不大于200 m。利用美国绿山公司MESA野外设计软件，精确设计野外炮点位置，使共反射点集中于最小范围，并优化了CDP面元属性，使各面元间有效覆盖次数尽可能分布均匀，面元内炮检距分布尽量合理，方位角变小。

2)野外施工步骤。

野外施工分踏勘、初测、调整、采集、二次测量等步骤。

a.踏勘。开工前，首先组织物探、地质、测量、成孔、放线人员对测线进行详细实地踏勘，选好测线，确定出炮点。

b.初测。按照踏勘时实地确定的测线和炮点，测出初选炮检点的坐标及高程。

c.调整。将初测的炮检点坐标输入计算机，采用MESA野外设计软件进行模拟放炮，得到地下CMP反射点分布图。在此图上做解释线，调整炮点，使解释线上各CDP面元内的有效覆盖次数分布均匀，且方位角变小，炮检距分布较均匀，既有近炮检距，又有远炮检距。

d.采集。野外严格按照室内设计调整后的炮点打井(一般排列不再调整)放炮。

e.二次测量。野外测量紧随排列实测炮检点坐标与高程，保证偏移后的炮检点成果真实可靠。

3)灵活多变的观测系统。

黄土源沟梁区由于受地形、地物和表层地震地质条件等限制，常规观测系统难以满足勘探要求，只能根据不同地表条件，因地制宜采用灵活多变的观测系统。

本次资料采集采用单边观测系统，所选参数分别为：道间距10 m、最大炮检距1 230 m、最小炮检距40 m、覆盖次数30次。

在资料采集中，除使用单边观测系统外，还使用了对称观测系统、不对称观测系统、在测线转角两侧采用加密炮点观测系统、测深点(段)观测系统。

3.2 弯线地震资料采集的技术措施

经过对弯线地震勘探技术基础和重要采集参数的分析可知，在施工中应采取如下技术措施：

1)测线沿沟谷底部布设测线，转折角一般不超过30°，测线转折点尽量位于炮点距或检波点距处。

2)在测线弯度较大的地段，根据野外实测的拐点坐标，计算出炮检中心点的平面散点图，在实地成孔条件简单的情况下进行炮点加密的方法，提高炮检中心点密度，增加覆盖次数；在实地成孔条件复杂困难的情况下，采取变观的方法，达到增加覆盖次数的目的。

3)采用小道距、小偏移距、高采样率、高频检波器、中高爆速炸药、适中药量、单深井、组合深井等高面激发等技术措施。

3.3 效果分析

1)原始资料分析。

通过对原始资料分析，可知本区原始采集资料初至波清晰，目的层反射波组丰富、清晰，同相轴连续性好，波形比较稳定，煤层反射波组能量中～强、频率高、信噪比高；干扰波主要是一定强度的瑞雷面波、炮点声波、折射多次和随机噪声，但对目的层反射波组影响不大，说明本次地震勘探采用沿主要沟谷布设的弯曲测线施工方法正确，技术措施得力，观测系统选择合理。

2)时间剖面分析。

从试处理的时间剖面可以看出，目的层(2号、9号煤层)反射波齐全，波形稳定、能量强，频率高，同相轴连续性好，可连续追踪，完全能够反映出煤层的构造特征；其次，浅层和深层亦有较连续的反射同相轴。

[1] 包吉山，朱光明，钱宗良，等.弯曲测线多次覆盖方法[J].石油物探,1979(1)：22.

[2] 熊 翥.弯曲测线多次覆盖资料处理[J].石油地球物理勘探,1979(5)：69-71.

[3] 曹金声.地震炮点接收点偏移问题以及弯线处理中的网格问题的讨论[J].石油物探,1980(1)：26.

[4] 程 江.弯曲测线多次覆盖[J].石油地球物理勘探,1980(3)：111.

Application of crook seismic prospecting technology in medium-deep coal survey

Li Chuanhui

(ShanxiGeophysicalChemistryProspectingInstitute,Yuncheng044000,China)

The paper mainly introduces crook seismic prospecting technology base and parameters selecting principles, takes medium south crook seismic prospecting of Hedong coal field as an example, studies crook seismic prospecting joint technologies and major technological measures, and finally analyzes its application effect by combining with original single shot record and time section.

seismic prospecting, crook technology, folds

1009-6825(2015)07-0072-02

2014-12-29

李传辉(1980- )，男，助理工程师

TU435

A