结晶岩地区深地震数据采集关键技术与方法

陈明春, 刘振东, 吕庆田, 杨文平, 严加永, 赵金花

1 中国地质科学院矿产资源研究所，国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室， 北京 1000372 中国地质科学院地球深部探测中心， 北京 1000373 中石化地球物理有限公司云南分公司， 昆明 6502334 中石化地球物理有限公司河南分公司， 河南南阳 473132



结晶岩地区深地震数据采集关键技术与方法

陈明春1,3, 刘振东1,2*, 吕庆田1,2, 杨文平4, 严加永1,2, 赵金花1,2

1 中国地质科学院矿产资源研究所，国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室， 北京 1000372 中国地质科学院地球深部探测中心， 北京 1000373 中石化地球物理有限公司云南分公司， 昆明 6502334 中石化地球物理有限公司河南分公司， 河南南阳 473132

深反射地震是了解深部地质结构的主要手段，获取高品质的数据是给出合理地质解释的基础.在结晶岩地区，由于地层成层性差、非均质性严重，地震散射效应明显，导致地震波场复杂，同时结晶岩为非理想弹性体,不利于地震波能量转换，有效反射能量弱，信噪比低.加之深反射地震的目标层较深且受环境噪声干扰严重，高频信号衰减快，地震资料主频较低.这些因素使得在结晶岩区难以获得高品质的地震资料，为探索提高该类地区深反射地震资料质量的方法和技术，本文依托长江中下游成矿带2009—2014年深反射地震数据采集工作，在精细设计、严格施工的基础上，从激发和接收入手，开展了“轴向不耦合激发”、“宽频接收”和“宽线观测”等技术方法试验研究.结果表明，这些方法技术措施提高了下传弹性波能量，展宽了接收地震信号的频带，提高了覆盖次数和信噪比，有效改善了地震原始资料的品质和成像效果.研究结果对今后结晶岩地区深地震反射数据采集工作具有重要的实用价值和参考意义.

结晶岩； 深地震反射； 采集； 长江中下游成矿带； 激发； 接收

1 引言

在成矿带深部构造和深部过程的研究中，深地震反射剖面探测技术扮演着其他地球物理方法所不可替代的角色（Milkereit et al., 1992）.近年来，随着反射地震技术的巨大进步及对成矿系统研究的深入,反射地震技术已广泛应用在成矿背景探测、金属矿勘查与评价中，金属矿集区（多为硬岩区或结晶岩区） 反射地震研究取得了重大进展（Salisbury et al.，1996；吕庆田等，2004，2005，2011）.但在结晶岩出露地区，受地表复杂的地震地质条件影响，反射地震资料信噪比低，野外采集中面临着许多技术问题（Eaton et al.,2003;吕庆田等，2010；Malehmir et al.,2012），制约了后续相关研究的进展.主要表现为：（1）近地表结构复杂，结晶岩地区常存在于地形起伏变化较大的造山带，地表出露岩性多变，特别是表层出露高速岩石不利于激发，导致原始地震资料能量弱、噪声大、各种干扰严重，信噪比低.（2）地质构造复杂，结晶岩地区往往经历过强烈的岩浆活动和构造运动，岩浆侵入现象普遍，成层性差，对地震波屏蔽作用明显，矿体（不规则地质体）散射严重，下伏地层反射信息获取困难.（3）地震成像困难，由于结晶岩地区复杂的地表和地下地质条件，地震波场复杂，且地震资料品质非一致性引起的静校正问题突出.（4）探测目标浅、中、深层兼顾，由于研究需要，深反射地震通常兼顾浅、中、深层地质构造信息，采集方法技术设计困难.

反射地震技术在石油勘探领域应用虽然比较成熟，但与金属矿集区同样面临复杂地表地震勘探的困难.尽管国内外针对复杂地表地区进行了大量地震勘探理论、方法、技术研究和实践，包括野外采集、资料处理和解释环节，但在硬岩地区地震采集仍有许多世界级难题需要解决.长江中下游地区广泛发育岩浆岩、火山岩和石灰岩，大范围结晶岩出露地表，此类地区的地震野外采集都有共同的难点.近些年，吕庆田、董树文、高锐等以矿集区和深部地壳探测为主要目标，在多个硬岩地区开展了大量的实验和研究工作，取得了丰硕的成果（吕庆田等，2005，2007，2010，2014b；Lü et al.，2013,2015a，2015b;Liu et al.,2012）.但由于深部探测和矿集区探测的特殊性（董树文等，2010；吕庆田等，2011；Malehmir et al.,2012）,应用于石油勘探的地震技术并不能完全照搬，在野外数据采集上需要有创新、改进和发展.作者所在的研究团队近几年在长江中下游成矿带开展了针对深部和矿集区目标的反射地震探测工作，为提高采集质量和效果，同期开展了野外硬岩出露区地震采集方法技术研究试验，在精细设计和严格施工的基础上，提出了“轴向垫层不耦合激发”、“宽频接收”和“宽线观测”采集方法等，取得了较为明显的采集效果，提高了原始采集数据的质量.本文对这几年所做的野外试验工作和取得的经验成果进行总结.

2 研究区深地震反射采集概况

研究区域位于长江中下游地区，著名的长江中下游成矿带位于其中，构造上处于华北板块、扬子板块和华夏块体的结合带.是我国东部重要的Cu、Fe、Au多金属矿产资源基地.为探测该区深部动力学过程及成矿条件，吕庆田等（2004，2005）、董树文（2010）、高锐（2010）等在此区域开展了地震反射探测研究，获取了区内几个火山岩盆地和矿集区的深部资料.

2009年，在“深部探测技术与实验研究”（SinoProbe）专项和中国地质调查局“三维地质调查试点”项目的支持下，深部探测研究团队在长江中下游成矿带的庐枞、宁芜、铜陵、贵池四个矿集区以及三个地质廊带进行了深地震反射探测工作（图1）.

为了提高反射地震资料品质，在长江中下游地区开展了多期次的针对激发（包含不同地区岩性的激发井深、激发药量、激发药型等试验）、接收（包含检波器组合方式、检波器类型等试验）和观测系统（包含接收道距、宽线等试验）技术和方法研究试验工作，共完成20个点试验和2个试验段，取得了预期效果，采集到的原始资料品质得到较大提高，处理后剖面浅部和深部地壳结构成像清楚（刘振东等，2012；Lü et al.，2013，2015a，2015b）.大量的激发试验表明，在火山岩区、花岗岩区和灰岩区以较大药量、深井激发为主；第四系胶泥区以试验井深（潜水面下）和较小药量激发为主，井深12～18 m、药量6～12 kg；为获得矿集区5～10 km深度高分辨率反射地震资料，硬岩区井深16～28 m、药量12～18 kg；在地壳尺度的深反射地震中，结晶岩和石灰岩区激发井深24～30 m、药量20～30 kg.此外，在野外工作中采用轴向激发岩性优选、水泥闷井、硬质地面钻孔埋置检波器、水田区水桶压实埋置检波器等方法,提高了采集地震资料的质量.

图1 长江中下游区域地质图和深地震反射剖面部署位置示意图

3 采集关键技术和方法试验

地震的激发和接收是影响地震资料品质的重要因素.在近几年的地震反射采集项目中，在激发技术、新型检波器应用和观测方式上进行了积极探索，取得了较好的效果.试验了“轴向不耦合激发”技术，增加了地震波下传能量；采用新型检波器进行“宽频接收”，提高了地震资料分辨率；采用“宽线观测”采集方法，在有限成本下提高了有效覆盖次数.这些方法技术，明显改善了结晶岩区低信噪比地震资料的成像效果.

3.1 激发技术试验

（1）饱和药量

结晶岩、石灰岩等硬岩具有速度高、密度大和成层性差的特点，与沉积岩、围岩形成了强波阻抗差界面，对地震波具有强烈的屏蔽作用.常规激发方法难以有效穿透结晶岩，导致下伏地层反射信号能量弱，影响了目标层的成像效果.

硬岩勘探中，影响炸药震源激发的因素包括炸药类型、装药量、装药结构和激发条件等.如果不考虑成本，增加药量是增加激发能量的最有效手段，采用大药量激发不但增加作用力，也增加了爆炸的作用时间.但对单井来说，对于某种炸药和岩石，当药量增加到一定程度之后存在一个“饱和药量”，当超过此药量后，接收到的反射能量增加不明显，而干扰则增强（杨贵祥，2005；杨勤勇等，2009）.这是因为药量过大时,爆炸产生冲击波对岩壁的压力超过了岩石的抗压强度，造成岩石破碎，爆炸的大部分能量消耗在破碎带内, 真正转化成弹性波向地下传播的能量相对减小（于亚伦，2004；刘国霖，2009；姜鹏飞等，2009）.

在长江中下游结晶岩区（图1试验点）做了药量激发试验，固定18 m井深，分别用4、8、14、30 kg药量进行了激发，采用固定增益显示，图2中可以看出，4、8 kg药量激发能量弱，面波强，信噪比低，14、30 kg药量激发能量基本相当，排列的最远端能量充足.从14 kg到30 kg，随着药量的增加，反射能量增加幅度不明显.表明当药量增加到一定程度达饱和状态时，再增加药量并未明显增加弹性波能量，与前述认识结果一致.

上述问题可以通过多井组合来增大药量，提高有效激发能量从而提高下传弹性波的能量，但会大大增加施工成本.

（2）轴向不耦合垫层激发技术

为提高单井炸药震源的有效下传能量，有必要探索一种经济有效的激发方法，从而改进激发方式以提高有效激发能量，其中延长震源的作用时间显得更为关键.

炸药与井孔围岩存在两种耦合，即阻抗耦合和几何耦合，阻抗耦合是指炸药阻抗（密度与爆速乘积）与围岩阻抗（围岩密度与波速乘积）之比，几何耦合是指药柱与井孔之比，又包括径向耦合和轴向耦合两种形式.通常情况下，爆炸震源均采用多节药柱井中触底式封闭爆炸，由于药柱外径小于炮井的内径，因此药柱与井壁之间常常有空气、水或泥浆填充，这种状态称为径向不耦合状态，而药柱与井底常呈直接紧密接触，称为轴向耦合状态.

图2 不同药量原始单炮记录,统一固定增益显示

Nieholls（1962）研究认为药柱与围岩在阻抗耦合和几何耦合时产生的能量最大.张奇和王廷武（1989）认为岩石与炸药波阻抗越匹配，爆炸能量利用率越高.因此，通过测试，在结晶岩区根据不同岩性及波阻抗，选择合理的高爆速（4000～6000 m·s-1）和高密度炸药.

根据国内外对岩土介质在爆炸冲击下动力学性能的实验和研究认为，爆炸压力波（冲击波）对炮井周围岩土加载速度和载荷连续作用的时间会改变岩体力学性能（于亚伦，2004），如：岩体内应力的峰值随加载速度的增大而增大；岩体的应变量随加载速度的降低（载荷连续作用的时间延长）而增大.这些动态条件下岩体力学性能的改变表明，当加载速度增大时，岩体内应力的峰值有可能大于岩体原来的抗压强度，这样会扩大炮井周围的破碎区和破裂区，因而会浪费大量的能量；而降低加载速度，延缓载荷连续作用的时间会增大岩体的应变量，这样一方面可以减少能量的损失，另一方面通过增大岩体的变形量可以提高炸药作有效功的能力（钟明寿等，2011）.

近年来的有关研究（杨贵祥,2005；宗琦和孟德君,2003；宗琦等,2005；姜鹏飞等,2009；杨勤勇等,2009；钟明寿等,2011）表明，选择合适的炸药与井壁不耦合状态可以提高激发能量、增加炸药爆炸的作用时间，可以达到改善地震激发效果的目的.这与前述研究结果一致.

但目前有关几何耦合的研究大多集中在径向不耦合装药方面，而开展轴向不耦合装药激发的研究相对很少.宗琦等（2005）、钱立坤等（2011）曾开展过水和空气垫层的理论模拟研究工作应用于工程爆破，认为垫层的作用增长了底部冲击波的作用时间，改善了爆炸能量做功的效果.我们研究分析认为，由于地震勘探需要的是弹性波而非周围岩石的破碎，爆炸能量转换弹性波是向下传播的，因此轴向不耦合装药激发在结晶岩区可能更为重要，为此开展了“轴向不耦合”装药研究并进行了激发试验.

根据冲量和动量定理，一个质点在外力的作用下，其动量发生变化，动量的瞬时变化率即该时刻物体所受的外力，根据爆炸动力学中动量守恒定理可知，在结晶岩石中，作用于该介质上的冲量I等于介质受到扰动后的动量变化，即（于亚伦，2004）：

=（x-x1）·A·（ρ0+dρ）（u-o）,

（1）

式中u为扰动的速度，o为扰动初始速度等于零，p0为初始（在x1位置）的压强，（p0+dp）为扰动后（在x位置）的压强，A为扰动介质的截面积，（x-x1）和Δt分别表示扰动传播的距离和所用的时间，ρ0为介质的初始密度，dρ为密度变化量.

从式（1）不难看出，如果我们设法降低冲击波加载的速度，增加连续作用的时间Δt，必然会增加冲量I，而冲量的本质是一种作用在介质上的力.在介质的弹性范围内，力F的缓慢增加会使介质的变形量增大，这样便提高了炸药作有效功的能力.假设功为W，弹性介质的弹性系数为K，对压缩波（一维纵波）而言，其变形量为x，则

（2）

从式（2）不难看出，x增大时，W会增大，这样便会大大增加向下传的能量.

由于我们接收的是纵波，因此在药柱的轴向上进行垫层，使其变为不耦合激发.其垫层的材料和长度要选择得合理，材料选择砂岩等阻抗匹配、有利于弹性转换的细碎岩石或人工材料，这样会使爆炸能量更均匀分布，减少破坏作用和爆炸噪声.野外试验选择三叠系灰岩区做轴向垫层不耦合缓冲激发试验.缓冲材料垫层长度为30、45、60 cm与正常不加缓冲材料，激发井深20 m，药量10 kg，均采用泥浆闷井.

图3显示正常装药激发与垫层缓冲激发的效果对比.为便于对比能量关系和信噪比情况，图中采用相同固定增益显示.可以看出，单炮均呈现硬岩地区低信噪比资料特征，正常激发的炮面波稍强、信噪比稍低；缓冲材料垫层激发比正常激发炮能量强，45 cm长度垫层比30 cm和60 cm垫层激发能量要强，2～3 s间见到同相轴较强的有效反射层.说明在硬岩中采用缓冲垫层激发，改变了药柱和井孔岩石的耦合条件，对地震波能量下传取得积极的改善作用.

上述试验说明，炸药与井底不耦合状态下，爆炸冲击力强、作用时间更长，爆炸能量有利于转换为弹性波能量下传.

图3 正常激发与轴向垫层不耦合装药激发单炮对比，固定增益显示

我们在野外的几期试验证明，闷井介质对激发有较大的贡献.采用潮湿含水泥土、稠泥闷井、灌水闷井激发的单炮资料能量强，在钻井过程中还发现，工区内山地硬岩成井后，井内可积水几米至十几米，水的存在极大地改善了激发条件，激发单炮资料较好，因此得到经验，成井后三天再下药及闷井，可收到较好效果.以上说明含水饱和度的增加改善了药柱与井壁岩石的耦合关系，合适的径向充填介质有利于爆炸能量转化为弹性波能量.

（3）激发岩性

炮孔位置的岩性与激发效果有关，不同的井深可能使药柱顶端位于不同的岩性段内.为了研究药柱顶端位于井孔内不同岩性处爆炸的地震波响应情况，我们在野外试验选择了一个合适的点位，对比了药柱在不同岩性中的激发效果，以确定在地表存在几种岩性薄层情况下选择最佳的激发岩性位置，换句话说，即打多深的孔装药才能使爆炸位置位于有利的岩性段，而不是简单地采取钻深孔激发，此种情况下激发岩性的选择更为重要.

选择试验点的出露岩性为泥岩，其下伏地层为石灰岩.岩性录井0～3 m表土、3～15 m泥岩，15 m以深为灰岩.激发井深依次为12、15、17、20 m，均用药量10 kg.分别对应激发位置的岩性为泥岩、泥岩（泥岩-灰岩界面之上）、泥岩-灰岩交界处（药柱1/2在泥岩、1/2在灰岩）、灰岩.

图4为不同井深对应不同岩性激发的炮集固定增益显示，可以看出，4个试验炮相同偏移距段浅层能量差异不大，其中12、17 m井深激发炮集面波较重，15、20 m炮面波稍弱，信噪比相对较高.排列远端深部（2～2.5 s），12、17 m井深的信号弱，15、20 m井深分别对应于灰岩顶泥岩中激发和灰岩中激发的炮，能够看到有效的反射信息，说明12 m井深激发深度太浅，波的横向传播使得向深部传播的能量减少（图4a、4b中的红箭头所指处初至能量较图4c、4d中的相同偏移距位置能量强，说明了波的能量在浅部向横向传播多），后两者向下传播的能量强.图5是对15 m井深泥岩中激发和20 m井深灰岩中激发单炮数据经球面振幅补偿后的对比分析，15 m井深激发炮（图5b）在排列小号端1～1.5 s、排列大号端1.5～2.5 s均能见到连续性较好的反射同相轴（红框内）；20 m井深激发炮（图5a）频率较高，反射信息不明显，说明在灰岩高速高密度介质中激发产生的地震波频率高，高频成分在传播过程中很快被吸收衰减，从而导致下传能量不足，信噪比较低.17 m井深药柱部分在泥岩、部分在灰岩中激发，无论有效能量还是信噪比都较低（图4b），说明炸药在两种岩性不同的介质中激发是不可取的.

图4 同一炮点位置不同井深对应不同岩性原始单炮记录，固定增益显示

图5 同一炮点位置不同深度岩性层位（泥砂岩，灰岩）中激发单炮经球面振幅补偿后相同增益

以上结果说明，在泥砂岩（或其他岩性）和石灰岩互层存在的情况下，通过钻孔过程中的岩屑观察，及时调整井孔深度方案，选择在界面以上的泥砂岩单一岩性中激发，不能为追求深井而在石灰岩（结晶岩）中激发或跨泥岩石灰岩界面激发.

3.2 宽频接收技术

（3）

幅频特性:

（4）

相频特性：

（5）

其中：X0（ω）为输出量的傅氏变换；A（ω）为振动加速度（输入量）的傅氏变换；ζ为临界阻尼比（4%）；ω0为固有频率.

如图6，压电加速度检波器线性工作频段可在5～300 Hz，相频特性在5～1000 Hz内基本为零相位；动圈线性工作频段在17～200 Hz，相频特性在全频段为非线性，存在一定的位移.因为一个振动系统所产生的谐波失真主要是由系统中的弹性器件（弹簧）的非线性产生的波形畸变形成的，而系统中阻尼元件的非线性，也会产生波形畸变.因此，性能良好的压电加速度检波器（表1）在“高精度、高分辨率勘探”更具优势（Liu et al.，2012）.

表1 压电加速度检波器与动圈速度检波器的性能比较Table 1 Performance comparison of piezoelectric acceleration geophone and moving-coil velocity geophone

用上述的压电检波器和常规动圈检波器进行了实际数据同步采集对比试验，对所获得地震资料进行相同参数和流程处理后，得到了两种检波器的叠加剖面，见图7.

对两种剖面的能量关系、主频和信噪比定性分析，加速度检波器叠加剖面（图7b）在信噪比和视分辨率上较速度检波器叠加剖面（图7a）优势明显，特别是CDP1000～1165、TWT800 ms以上.剖面0～2000 ms，加速度检波器叠加剖面的地震反射层间信息更丰富、视主频较高、频带较宽，更有利于揭示矿集区内地层结构关系和陡倾角地层成像.其频谱分析也显示压电加速度检波器在地震信号有效频带内能量衰减慢，对高频响应好.试验结果表明，鉴于目前可开采的矿体主要赋存于2 km以浅范围，在矿集区内采用宽频接收扩宽优势频带，有利于提高地震资料保真度和分辨率、改善地震成像效果，更有利于结晶岩区的金属矿勘探.

3.3 高密度宽线观测采集技术

结晶岩覆盖区地层倾角大、断裂多，各种散射发育，加之侵入岩体的屏蔽作用影响，下伏地层反射信号较弱，地震资料呈现典型低信噪比特征.除了通过激发、接收方法技术和工艺的改进，仍需增加覆盖次数进一步提高地震剖面信噪比.在庐枞和铜陵矿集区试验采集了宽线地震剖面，采用平行的双线接收，覆盖次数由90次增加到180次，取得了较好的效果.试验采集方法为：观测系统2L1S720R （2线1炮720道，180次覆盖）、道距20 m、接收线距40 m、炮点距80 m.对所获得的地震资料采用相同的流程和参数分别进行了单线和宽线处理，叠加剖面见图8.

对图8两个叠加剖面的信噪比定性分析，与单线叠加相比，宽线叠加优势明显，反射同相轴连续性更好，层间反射信息更丰富.这是由于宽线观测增加了有效覆盖次数，同时相当于扩大了面元，从而提高了信噪比.在CDP200～300段，地表为结晶岩，下伏地层反射叠加效果改善明显.

对宽线采集数据进行了简单退化处理（即等间距抽取炮改变覆盖次数进行处理，见表2），形成不同覆盖次数的叠加剖面，如图9.可以看出，反射信息随着覆盖次数的增加而逐渐丰富，信噪比也随之增加，30～120次覆盖叠加信噪比依次明显提高，120次和180次覆盖剖面面貌基本相当.

表2 观测系统退化处理参数表

上述结果表明，在结晶岩地区通过增加接收线来增加覆盖次数，从而提高叠加剖面反射波能量和信噪比是可行的，且相对于增加炮数，增加接收线实施多线接收是经济有效的选择.

图6 两种检波器的（a）幅频曲线和（b）相频曲线（蓝色为压电检波器，绿色为动圈检波器）

图7 两种检波器采集数据的叠加剖面和频谱（Liu et al.，2012）

图8 不同观测系统的叠加剖面（局部）

图9 不同覆盖次数叠加剖面（局部）

图11 庐枞矿集区火山岩区深地震反射单炮记录

图12 处理后的庐枞矿集区Lz09-05偏移剖面（红色+号为岩体）

4 采集效果

在以上结晶岩区关键激发技术研究试验的基础上，结合逐点井深设计、接收试验和基于地质目标的观测系统优化设计，进行了多个典型矿集区和地质廊带深地震反射数据的采集，取得了较高质量的原始资料和较好的剖面地质效果.下面从单炮和处理剖面说明采集效果.

4.1 采集单炮效果

图10为宁芜矿集区结晶岩区深地震反射采集的单炮记录，采用井深28 m、药量24 kg，轴向垫层装药，粘土闷井，放置约10天后激发，观测系统14400-40-0-40-14400-40 m.部分地段工业干扰较大.近炮检距面波强.总体上看，整张记录面貌较好，反射波组较丰富，能量较强，信噪比较高.从初至上看，远偏移距段能量依然较强，最远偏移距端（约14.5 km）初至清楚；深部12 s上下可以看到较强Moho反射能量.说明震源下传能量足够强，激发措施得当.

图11显示的是庐纵矿集区火山岩出露区的单炮记录，采用井深18 m、药量14 kg，粘土闷井，放置约6天后激发，观测系统7190-10-0-10-7190-20 m.图中可以看出，原始单炮存在静校正问题，初至能量较强，单炮视频率较高，随机干扰和高频噪声发育.0.5 s以上、1 s附近均见到浅层有效反射，2.5、3.5、6.2 s上下见到多组有效反射.4.5、7.0 s附近中、下地壳反射波组明显，9.5～10.5 s处出现较强来自Moho面的反射波组.3～4 s附近无明显反射同相轴，疑为上中地壳的空白反射区.

4.2 剖面效果

对采集的地震数据进行了处理，主要处理步骤包括：层析静校正、振幅补偿、多域噪声衰减、反褶积、速度分析、剩余静校、叠加，叠前时间偏移速度分析和叠前时间偏移，并对地表起伏、工业噪声、深部速度求取等影响因素进行了针对性处理.详细的处理流程和参数见Lü等（2013）.

处理得到的地震剖面反射信息丰富、信噪比较高，地壳结构较为清晰（图12）.剖面中可以看到，上、中、下地壳反射波丰富，Moho反射波组在10 s上下，特征明显，A处沉积盆地反射特征明显，信噪比高，U和V处火山岩呈透明（杂乱）反射，C、E、F、G处壳内伸展、挤压、构造变形等特征清楚，弧形和穹隆反射特征明显，壳内多处呈现透明反射区.H、I等疑似岩浆房反射突出（吕庆田等，2014b；Lü et al.,2015a,2015b）.这些清晰图像为地质解释研究提供详实资料，为进一步研究断裂带、深部构造变形、地壳结构、壳内岩浆活动和揭示深部过程提供可靠证据.

5 结论

在长江中下游地区进行地震采集困难重重，包括人为的、天然的、经费原因、方法技术原因等.最近几年，项目组克服困难，在不断探索研究试验中完成了长江中下游成矿带区域的如图1所示的十几条深地震反射测线，正是在这些野外采集技术支撑下得到了高质量的原始数据，处理后得到了可靠的成像剖面，为地质解释提供了清晰图像.通过对这些剖面的系统研究，已经有了或正在有一些重要进展和发现（Lü et al., 2013，2015a，2015b；吕庆田等，2011，2014a，2014b），并发表在国内外专业期刊，还有更多的研究在进行.通过在长江中下游地区大量的采集技术方法研究和攻关试验，总结形成了一套适合结晶岩矿集区复杂地表、对改善结晶岩区地震数据品质起到关键作用的野外采集技术方法，除了常规地震采集技术以外，将取得采集效果、提高资料质量的主要关键技术和方法归纳如下：

（1） 研究试验了适合硬岩地表的“轴向垫层不耦合激发”和径向泥浆填井封井技术，有效改善了炸药与围岩的耦合关系，增加了激发能量的下传，提高了单孔炸药爆炸能量的利用率.

（2） 采用高灵敏度检波器“宽频接收”，保护了结晶岩反射波信号的高频成分，使接收信号的频带更宽，保真度更高，等于从数据的源头上提高了地震资料的信噪比和分辨率.

（3） 复杂地表地区，高覆盖次数可有效提高地震资料信噪比，采用“宽线观测”的采集方法在有限增加野外成本的基础上提高了覆盖次数，叠加处理后明显提高了资料的信噪比，改善了成像质量.

结晶岩地区除了复杂的地震地质条件等客观原因和技术原因外，人文因素、工业干扰、HSE限制和工程投资也是影响资料采集结果不可忽视的因素.

致谢 感谢中石化地球物理有限公司云南分公司257、258地震队、河南分公司2236地震队和工程技术人员付出的辛勤工作，感谢吉林大学董世学教授在野外采集技术中给予的指导和帮助，感谢董树文研究员、高锐研究员、史大年研究员、于晟研究员、王椿镛研究员、黄宗理研究员在野外工作中给予的支持和质量把关！感谢审稿专家提出的修改意见！

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（本文编辑 何燕）

Key techniques and method for deep seismic data acquisition in hard-rock environment

CHEN Ming-Chun1,3, LIU Zhen-Dong1,2*, LÜ Qing-Tian1,2, YANG Wen-Ping4, YAN Jia-Yong1,2, ZHAO Jin-Hua1,2

1InstituteofMineralResources,ChineseAcademyofGeologicalSciences,MLRKeyLaboratoryofMetallogenyandMineralAssessment,Beijing100037,China2ChinaDeepExplorationCenter—SinoProbeCenter,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037,China3SINOPECGeophysicalCorporationYunnanBranch,Kunming650233,China4SINOPECGeophysicalCorporationHenanBranch,HenanNanyang473132,China

Deep reflection seismic survey is the main method to explore the deep geological structure, in which the high quality data is the basis of reasonable geological interpretation. Due to very irregular and heterogeneous strata in hard-rock environment, the seismic scattering effect is obvious, leading to complexity of the seismic wave field. On the other hand, as non-ideal elastic media, hard-rock rigidity is not conducive to elastic wave energy conversion, so explosive energy is too limited to transfer to elastic waves. Low frequency characteristics of seismic data associated with the deeper exploration target can be seriously disturbed by environmental noise, resulting in low signal-to-noise ratio in hard-rock environment. Based on the seismic reflection data acquisition in the middle and lower reaches of the Yangtze River metallogenic belt from 2009 to 2014, this work focused on how to improve seismic raw data quality and signal-to-noise ratio with fine design and careful implementation in hard-rock environment. We have conducted a series of experiments on new methods such as “longitudinal non-coupling exploding”, “wide band receiving” in the very low SNR region and “wide line acquisition” to improve seismic data quality. The results show that these techniques can enhance the energy of elastic waves propagating downward, expand frequency bands of received seismic signals, and raise coverage times and SNR, which effectively improve the quality of raw data and imaging profiles. It provides the experience and reference for deep seismic data acquisition in hard-rock environment in the future.

Hard-rock; Deep seismic reflection; Data acquisition; Middle and lower reaches of the Yangtze River metallogenic belt; Explosive; Receiving

国家科技支撑计划项目（2011BAB04B01）、国家科技专项（SinoProbe-03）和地质调查项目（1212011220243，1212011220244）联合资助.

陈明春，男，1978年生，高级工程师，主要从事物探技术方法研究.

*通讯作者 刘振东，男，1968年生，博士，教授级高工，主要从事反射地震勘探研究.E-mail：lzd777@163.com

10.6038/cjg20151217.

10.6038/cjg20151217

P631

2015-11-03，2015-12-02收修定稿

陈明春, 刘振东, 吕庆田等. 2015. 结晶岩地区深地震数据采集关键技术与方法.地球物理学报，58（12）:4544-4558,

Chen M C, Liu Z D, Lü Q T, et al. 2015. Key techniques and method for deep seismic data acquisition in hard-rock environment.ChineseJ.Geophys. （in Chinese）,58（12）:4544-4558,doi:10.6038/cjg20151217.