淮北煤田某区三维地震勘探设计分析

徐 平

（安徽省煤田地质局物探测量队，安徽宿州234000）

淮北煤田某区三维地震勘探设计分析

徐 平*

（安徽省煤田地质局物探测量队，安徽宿州234000）

本区属淮北煤田，测区地势平坦，高差变化不大，海拔标高为26m左右，但有村庄分布、人工开挖的沟渠较多，给采集带来一定的困难。

地震地质条件；采集前的研究工作；观测系统；施工参数

1 地震地质条件

1.1 表层地震地质条件

测区地势平坦，高差变化不大，海拔标高为26m左右，但有村庄分布、人工开挖的沟渠较多，南部有天然浍河，局部地段对地震波的激发和接收会产生负面影响。

地表除村庄、建筑物、沟河渠外，其余大部分均被麦田覆盖，目前地面麦苗高约30cm。施工难点主要是勘探区南部的浍河，由西北向东南流经本测区，其次是自然村，对于地表障碍物的影响，将采用庄内GPS实测、庄内插炮、变观恢复性放炮、加密炮点等方法进行施工。对于浍河及其两岸，施工时用防水检波器接收，减少丢道。岸边淤泥激发时，根据淤泥厚度，尽量避开淤泥或是增加药量，确保激发效果。

1.2 浅层地震地质条件

本区潜水面一般为3～4m，激发层多为松软的粘土层或泥砂层，激发条件总体良好，但个别地段流砂严重，给打孔、下药造成一定困难。尤其是浍河两岸及河套地段流砂层增厚激发效果明显变差，在一定程度上会影响采集质量。

1.3 深层地震地质条件

从本区煤层和构造的情况分析，煤层与围岩密度和速度差异大，是产生地震反射波的良好条件。上部主要可采煤层的反射波T7、T8波能量较强，波形突出，相位稳定。10煤层虽比较稳定，但受上部煤层的屏蔽吸收影响，能量较弱，给连续追踪及断层识别造成一定困难，深层地震地质条件总体较好。

2 采集前的研究工作

本次勘探的主要目的是查明主要煤层落差不小于5m的小断层，这就要求有较高的地震分辨率。一般情况下，主频越高，频带越宽，分辨率越高。分辨率主要取决于有效波的视频及频带宽度。本区由于目的层埋藏深，存在7、8、10煤层信噪比较低，10煤层反射波能量弱等问题。为此，在设计编制、野外采集及资料处理方面保证信噪比的同时提高分辨率。采用以下技术措施：

（1）仪器使用428或ARIES遥测数字地震仪，该设备是当代地震采集系统中较先进的设备，有利于提高地震勘探数据采集质量。

（2）检波器类型及频率的选择。勘探范围内中煤组8煤层的埋深为-800～-1550m，该区目的层埋藏较深，所以做60Hz和100Hz频检波器对比试验。

（3）对于地表浍河、村庄等障碍物的影响，将采用庄内GPS实测、庄内插炮、变观恢复性放炮、加密炮点等方法进行施工。

（4）采用高速固体成型炸药，井中激发，选择良好激发层位，加大激发能量，以保证深部10煤层反射波的能量。同时要避免刮风微震和检波器松动引起的野外高频干扰。

（5）采用较高覆盖36次叠加，压制干扰，提高深层反射波的信噪比。

3 试验结论

将上述各试验记录对比并结合时间剖面分析，从能量、信噪比、分辨率、有效波受干扰程度及经济效益综合考虑，最佳参数选择如下：

井深定为：11m（村内、障碍物附近12m）；

药量定为：2.0kg（村内、障碍物附近适当降低）；偏移距为：10m；

检波器频率：100Hz两串两并；

观测系统选择：考虑到煤层赋存深浅变化对资料采集的影响，本次三维地震勘探采用规则束状8线10炮不对称激发的观测系统进行野外采集，以取得最佳三维地震勘探效果，覆盖次数选择36次。

4 观测系统

三维地震勘探是一种的面积接收技术，其特点是利用炮点网格的灵活组合而获得分布均匀的地下数据点网格及所要求的覆盖次数。三维观测系统参数选择正确与否，将直接影响野外采集质量、施工效率、资料处理效果及勘探成果精度。

4.1 施工面积的确定

地质任务要求的勘探边界是地下地质体的勘探范围，测区内煤系地层存在一定的倾角，且为一宏观上的单斜构造，为了满足偏移要求，地面的勘探边界应向下倾方向延伸一定距离L，由施奈尔定律可知：

L=h·tanα

式中：α——目的层倾角；

h——目的层埋深。

根据已知资料，深部采区西部边界目的层倾角约10°，深度中煤组-800～1550m，为保证深部边界主要煤层的覆盖次数，地震勘探范围需要向深部延伸。

4.2 采样间隔

（1）时间采样间隔：本区地震勘探采用多道数字地震仪，1ms采样率，全频带接收，从而能高保真地接收较宽频带的有效波，为提高分辨率提供前提条件。

（2）空间采样间隔：空间采样是指在地面上离散采集地震信号，其相邻采集点的距离为空间采样间隔。三维空间采样间隔包括检波点距和检波线距。根据采样定理，为了使检波点距的选择不产生空间假频，空间采样间隔Δs应小于或等于最小视波长λ*的一半。

s≤λ*/2=V/（2fm•sinα）

CDP网格设计按下式计算：

式中：Dx、Dy——纵、横采样间隔；

VRMS——均方根速度；

fmax——有效波最高频率；

θx、θy——沿纵、横方向上地震射线入射到地面的角度。

在时间剖面上θx、θy近似以界面倾角Φx、Φy代替。因此考虑要分辨较小的断块及准确控制断层的摆动，将CDP网格取为10m×10m。

检波点、线距的确定：由地下CDP网格确定，Δx＝2Dx＝20m，Δy=4Dy=40m。

4.3 覆盖次数的确定

（1）纵向覆盖次数Nx的确定。纵向覆盖次数Nx与二维观测系统计算方法相同，可按Nx=N/2K进行计算。每线接收道数N=90，滚动道数K=5，则Nx=9。

（2）横向覆盖次数的确定。横向覆盖次数利用变换多项式的方法进行计算，设炮点为s、检波点为g，共中心点为c，三者的关系式可写成褶积形式：

c=s·g

则Z变换式为：C（z）=S（z）G（z）

经计算得到，Nx=4。

（3）三维覆盖次数的确定。三维覆盖次数等于纵向覆盖次数与横向覆盖次数的乘积，即：

N=Nx×Ny

本区三维地震勘探的覆盖次数为36次（4×9）。

4.4 炮排间距的确定

对于已选定的规则三维观测系统，炮点垂直线束呈线状规则排列，炮点沿线束方向移动的道数，即炮线间距为：

式中：n——地震仪总道数（720道）；

b——线束内接收线数（8条）。

Nx=9，ΔX=20m，所以ΔXs＝100m。

4.5 极限炮检距的确定

在三维地震勘探中，沿接收线方向的炮检距称纵向炮检距X，沿垂直接收线方向的炮检距称为横向炮检距Y，于是炮检距：

最大炮检距Xmax的选择既要考虑到求取速度的精度及压制多次波的效果，也要考虑到动校正拉伸畸变对高频信号的影响及反射系数的变化。

为了保证最浅目的层有足够的叠加次数Nmin，避免声波干扰，则最小炮检距：

Xmin＜MIN（Xf,Xa）－（Nmin－1）ΔX

式中：Xf——初至切除所限定的最浅目的层对应的最大炮检距；

Xa——拉伸畸变所限定的最浅目的层对应的最大炮检距，它有：

式中：V——最浅目的层对应的迭加速度；

to——对应的反射时间；

D——拉伸百分比。

根据本区的资料，取Xmin＝14.14m。

4.6 炮检距及其分布

炮检距的分布直接影响着三维地震勘探的成败，炮检距分布不均匀，会导致倾斜信号、震源噪声及一次波发生混叠，影响速度分析精度。36次高覆盖可改善炮检距的分布。

方位角分布也十分重要，宽方位角可保证CDP面元周围的信息都参与叠加，窄方位角很难检测到地层倾角及各向异性引起的变化，同时会产生静校正偶合问题。

从图1可以看出，8线10炮比8线8炮炮检距分布均匀。

图1 炮检距分布对比图

从图2可以看出，8线10炮比8线8炮方位角宽。

图2 方位分布对比图

综合分析：8线10炮比8线8炮观测系统占有明显的技术优势，因此本次三维地震勘探采用8线10炮观测系统。通过对以往资料的分析，根据地质任务要求,采用8线10炮观测系统，增大横向偏移距，扩大了资料采集的观测角。

5 施工参数

观测系统类型：规则束状8线10炮不对称激发

接收道数：90×8＝720（道）；

接收线数：8条；

接收道距：20m；

接收线距：40m；

叠加次数：4×9＝36（次）（横向4次，纵向9次）；

等效地面采样间隔：20m×20m；

CDP网格：10m×10m；纵向最大炮检距：990m；

横向最大炮检距：310m；

最大炮检距：1037.4m；

纵向最小炮检距：10m；

横向最小炮检距：10m；

最小炮检距：14.14m；

炮点网度：100m×20m（3煤500m以浅采用80m× 20m）；

检波点网度：20m×40m；

仪器因素：428XL数字地震仪；

采样率：1ms；

采样长度：2.5s；

检波器组合形式：100Hz检波器；

激发因素：

震源：单井激发TNT高速成型炸药。

井深：11m（村内、障碍物附近12m）；

药量：2.0kg（村内、障碍物附近适当降低）。

本次三维地震勘探借鉴了邻区的地震工作经验，优化了采集参数，选择了适合的观测系统，注重各个环节，严格野外质量管理，保证了整个测区CDP及覆盖次数的均匀分布，完成了资料采集任务，原始资料优良。

[1]武磊彬，等.淮北矿业集团公司孙疃深部三维地震勘探设计[R].2011.

[2]魏振岱.安徽省煤炭资源赋存规律与找煤预测[M].北京：地质出版社，2012.

P631.4

A

1004-5716（2016）12-0153-04

2016-01-15

2016-01-27

徐平（1974-），男（汉族），安徽霍邱人，工程师，现从事物探设备管理工作。