三维地震观测系统在山西吕梁山脉测区的设计

冯伟

摘 要：随着三维地震勘探技术在煤田的深入应用，为大型矿井建设，综采工作面的布局、巷道布置与开拓提供了精确细致的地质构造信息，以其高分辨率、高精度的优势查明采区细微地质构造。在吕梁山脉测区，地形复杂，数据采集难度大，为了获取优质的地震数据资料，需要综合考虑地质任务地形地貌以及设备仪器等各项因素，灵活合理地设计三维观测系统。

关键词：三维地震 吕梁山脉 观测系统

中图分类号：P63 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（c）-0005-03

观测系统是指面积测量时，检波线布设与炮线布设的方案。在设计观测系统时，要注意在一个炮点道集内均匀分布的地震道，炮检距从小到大均匀分布，能够保证同时接受浅、中、深各个目的层信息。三维地震观测系统是多方位的，为了准确获取各方位信息，使后续解释结果更接近地下真实地质构造情况，要使各炮检连线均匀地分布在共中心点360°的方位上，并保证足够的覆盖次数且在全测区内均匀分布，保持地震记录特征稳定，使得地震记录特征的变化仅与地质变化的因素相联系。三维地震观测系统的设计要考虑地层倾角、最大炮检距、道距干扰波类型、目的层的深度等各种因素。该文主要通过设计观测系统的基本原则，野外采集参数的分析，结合该测区的实际地质情况，灵活的设计出最优的观测系统，取得了良好的效果。

1 地质任务

（1）查明勘探区内2#煤层中落差≥5 m的断层性质、产状及延伸长度，其平面摆动误差应控制在≤20 m。解释出落差≥3 m的断点。

（2）查明勘探区内2#煤层中直径≥20 m的陷落柱。

（3）查明勘探区内2#煤层埋深及起伏形态，编制出基本等高距为2 m的煤层底板等高线图，深度误差≤2.0%。

（4）查明勘探区内2#煤层波幅≥10 m的褶曲。

2 采区自然地理环境

测区属中、高山区，地形切割强烈，沟谷发育，坡陡沟深。最高点位于西北山梁，海拔1 765 m左右；最低点为南部河流河床，海拔1 138左右，地形最大相对高差大于600 m。总的地势为西北高东南低，大多沟谷呈近南北向布属，沟谷间有黄土梁峁相隔，地形比较复杂。地表大部为黄土覆盖，灌木丛生，植被发育，沟谷中有少量基岩裸露、坡积物大量堆积，有民房、高压线等障碍物。对地震波的成孔激发、接收和连续观测十分不利（见图1）。

3 测区三维地震观测系统设计前实验工作

测区三维地震勘探是以查清细微地质构造为目标，为取得最佳激发、接受参数，设计出合理的观测系统，根据测区实际情况，设备采用法国Sercel公司生产的428XL数字地震仪器和国产频率60 Hz检波器。

3.1 点实验

以试验点为中心，沿线束方向布设96道60Hz检波器，道距10 m，在试验点上打孔激发。根据点实验结果，检波器采用60 Hz个检波器2串联2并联的方式，岩石出露地段井深3～4 m，药量1～1.5 kg；黄土覆盖更厚地段采取小折射低速带方法确定激发井深，黄土覆盖地段井深8～10 m，药量2.5～3.0 kg。

3.2 段实验

利用点试验所选择的最佳参数再进行段试验，用以验证点试验的结果。段试验线测长1 000 m，10 m为单位编号，道间距10 m。采用96道、60 Hz检波器中间激发接收。排列用1-96道，每放一炮排列向前滚动2道，即炮距20 m。

根据段实验的实验结果，抽取不同道集叠加出不同观测方法的时间剖面，进行分析对比，筛选出最佳参数及观测方案。下面是20、24次覆盖次数初叠时间剖面图（见图2）。

根据20、24次覆盖初叠时间剖面对比图（见图2），20次覆盖和24次覆盖品质均良好，目的层反射波深浅层次分明，信噪比较高，形态真实、构造现象明显，真实的反应了目的层的变化规律，都能保证地质任务的完成。本着高效、节约的原则，正常生产时采用20次覆蓋。

4 三维地震观测系统类型和参数选择

三维地震观测系统类型很多，该次勘测采用施工中最常用的地震线束观测系统，采用8线8炮，中间激发。

4.1 道间距选择

（1）时间采样间隔：考虑测区地质任务，为提高垂向分辨率，利于小断层的分辨，根据采样定理：

Δt≤1/（2fmax） （1）

该测区采用0.5 ms采样率。

（2）空间采样间：空间采样间隔Δx要求小于或等于视波长的一半，根据该测区地质任务及以往地质工作资料，该测区道距Δx=10 m。

4.2 检波点线距的选择

检波点线距的选择原则和道距选择原则一样，在地层倾角、走向、倾向清楚时，检波点线选择沿倾向方向排列，一般取道距的整数倍，具体还与地下数据点网格精度、勘探精度有关。根据本测区的实际情况，检波点线距Δy=40 m。

4.3 覆盖次数

覆盖次数N是由纵向覆盖次数Nx和横向覆盖次数Ny乘积决定的。即

N=Nx×Ny （2）

（1）纵向覆盖次数Nx的确定。根据计算方法：

Nx=M/（2K） （3）

每条测线接受道数M=100，滚动道数K=10，计算得到Nx=5。

（2）横向覆盖次数Ny的确定。根据上述段实验选定的覆盖次数以及纵向分辨率Nx的确定，可以由（2）式计算出横向覆盖次数Ny=4。

4.4 炮点网格密度

炮点网格密度依赖于纵、横向叠加次数（Nx，Ny）及排列道数（Mx，My）。纵向炮间距移动道数一般按下式计算，即

Δxs= Mx S/（2 Nx） （4）

式中，S为系数，单边激发S=1；双边激发S=2。经计算Δxs=10，即炮间距为10 m×10 m=100 m。

而横向炮间距一般根据观测系统及CDP网格确定，该测区横向炮间距为20 m，因此该测区炮点网格密度为100 m×20 m。

4.5 炮检距选择

炮检距的选择首先要考虑共面元道集内炮检距分布均匀与否，同时要考虑求取速度的精度和能量衰减问题。该测区横向最小炮间距为10 m，纵向最小炮间距为5 m。

4.6 设计观测系统

根据全区目的层埋深以及地形地貌采用两种观测系统，均为规则束状8线8炮，中间激发。测区北部接收道数为100×8=800道，单炮记录用（50+50）×8方式接收；测区南部接收道数为80×8=640道，单炮记录用（40+40）×8方式接收（见图3、4）。

4.7 特殊观测系统

测区内北部的坟地、南北方向涉及8排炮点，给正常施工带来极大的困难。经过项目组技术人员的认真分析和精确演算，采取了特殊观测系统进行施工。具体方法为：采取在村内布设检波线，在村边四周放炮激发的特殊地震勘探方式，基本达到了设计要求的CDP覆盖次数并较好地获取了目的层有效地震波，较圆满的完成了特殊地段的的地震数据采集工作。

5 结语

该测区通过选择合适的观测系统采集，取得了很好的成果。目的层反射波齐全，构造现象明显，资料真实的反映了地下地质结构特征，圆满的完成了测区三维地震勘探地质任务。因此在三维地震勘探观测系统设计时，尤其遇到复杂地形地貌，目的层埋深差别较大的情况，要综合地质任务及地形地质条件，合理灵活地设计最优化的观测系统，为后续资料处理以及解释提供准确、精细的数据信息。

参考文献

[1] 陆基孟.地震勘探原理[M].中国石油大学出版社，2001.

[2] 张爱敏.采区高分辨率三维地震勘探[M].中国矿业大学出版社，1997.

[3] 黄文彬.X地区三维地震观测系统研究[J].内蒙古石油化工，2008（17）：94-95.