晋东南复杂山区三维地震勘探采集应用研究

2017-11-16孙希杰王静

科技视界 2017年18期

孙希杰++王静

【摘要】针对晋东南山区地形起伏大，地表岩性横向变化大且目的层埋深较浅的三维地震勘探技术难点，采取提前测量、实测炮点、充分试验及优化观测系统等措施，获得了较可靠的野外采集资料，从而保证在此基础上的处理、解释可取得了较高精度的地质成果。

【关键词】山区；复杂地标；三维地震；采集

0 前言

自1993年在谢桥矿首次开展煤矿采区三维地震勘探以来，三维地震勘探在优化矿井设计、合理布置采区及保障安全生产方面发挥了重要作用[1-2]。煤田三维地震已经广泛应用于平原区、缓丘陵区、黄土区、沼泽区、沙漠区、戈壁区及复杂山区[3]。相比于平原区，复杂山区地震勘探地形复杂、交通困难，人员通行及作业艰难，地表岩性横向变化大，从而造成激发及接受条件差[4]。

1 勘探区概况

1.1 勘探区地形、地貌

勘探区位于沁水煤田东南部高平矿区，属长治断陷堆积盆地。勘探区基本为西低东高的低中山、丘陵地貌，标高范围950～1140m（图1）。区内地表大部分为基岩及坡积物覆盖区，植被茂密且地形陡峭；少部分黄土覆盖区，地形较平坦。

1.2 地层

根据勘探区内钻孔及邻区地质资料，发育地层自上而下为：第四系（Q）、第三系上新统（N2）；三叠系下统刘家沟组（T1l）；二叠系上统石千峰组（P2sh）、上石盒子组（P2s），下统下石盒子组（P1x）、山西组（P1s）；石炭系上统太原组（C3t），中统本溪组（C2b）；奥陶系中统峰峰组（O2f），上马家沟组（O2s）。

1.3 煤层

勘探区内主要含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，总厚度153.18m，含煤12层，煤层总厚度12.61m。全区稳定可采煤层为山西组的3#煤层与太原组的15#煤层，主采3#煤层埋深范围为240～320m，厚度为3.65～4.25m。

1.4 地球物理特征

勘探区地表高差变化大，除少部为黄土覆盖区，其余多植被茂密且地形较陡，这对野外施工的测量选点、测线布置及检波器的埋置等有一定的影响；地表松散沉积物对地震波吸收引起的衰减作用强烈，导致低、降速带纵横向变化较大。表、浅层地震地质条件较差。

主要煤层沉积稳定，结构简单，厚度较大，煤层与其顶底板波阻抗差异明显，可以形成较强的煤层反射波。区内煤层层数较多，对断层的性质、落差和视倾角解释比较有利。深层地震地质条件良好。

图1 勘探区地形起伏形态图

2 技术难点

2.1 接收条件差

勘探区地形起伏大，且山坡较陡，道路稀少，车辆很难全部到位；地表除东北部及南部为农田外，其余均为茂密植被，荆棘密布，人员通行及布线困难，部分陡峭地段有作业安全隐患，以上因素对炮检点测量及资料采集造成了较大的影响。

2.2 激发条件差

勘探区表层岩性及速度横向变化较大，分为基岩出露区、坡积物区及黄土覆盖区。没有统一的稳定激发层位，成孔条件比较复杂，采取单一的成孔方式很难达到较好的采集效果。

2.3 目的层埋深浅且精度要求高

本次勘探主要目的层3#煤层埋深240～320m，施工中炮点偏移过大就有开天窗的可能；地质任务要求查明直径≥15m的陷落柱及落差≥5m的断层，且平面位置摆动及准确率均有较高的要求。

3 技术对策

3.1 提前测量，炮点实测及沿测线修路

测量人员及时进场，做好控制测量后，抓紧进行放样测量，采集中变观炮点及时进行实测；试验结束后正式开工前，专人沿测线在山上密林中提前修路，以便于正式开工进行采集时人员行走方便及提高施工效率。

3.2 优选试验点，充分试验

表层横向岩性及速度变化均较大，统一采用固定的激发井深难以获得理想的资料，只有采用适当的激发井深及好的激发岩性才可以取得较高品质的原始资料。在黄土覆盖区、基岩出露区及坡积物覆盖区分别优选试验点，进行井深、药量试验，并提前做好小折射、微测井、波场调查等工作，对表层结构及干扰波进行调查[3]；采用洛阳铲、风钻及水磨钻三种成孔方式。

3.3 采取合理观测系统

在充分试验的基础上，综合考虑目的层埋深、地球物理特征及地形起伏，采用合理的观测系统——10线8炮制束状观测系统（图2），主要参数为：接收道数为84×10=840道，接收线数为10条，接收道距为10m，接收线距为40m，排列长度为830m，中点放炮（距排列两端长度均为415m），束距为200m，偏移距为120m，炮点距为20m和60m，炮排距为70m，最大非纵距为310m，最大炮检距为522m。地面采样间隔为10m×40m，CDP网格为5m×10m的，叠加次数为24次（横向4次，纵向6次）。仪器参数：Aries数字遥控地震仪，TEBS-60HZ数字检波器接收，仪器参数选用采样间隔1ms、记录长度1.5s。

4 试验工作

4.1 波场调查

山区地震勘探中的干扰大致可分为环境干扰和激发后的伴生与次生干扰两大类[5]。进行波场调查的目的是确定有效波和干扰波的特征，进而采取措施压制干扰。通过对本区波场调查记录的分析对比，本区发育的干扰波主要有声波、面波、和随机的高频干扰。其中面波频率较低；有些单炮上干扰较强，有些炮干扰较弱（图3）。相对采取的措施：面波在资料处理过程中通过分频扫描可以消除，风吹草动等产生的高频干扰，可以通过对检波器进行挖坑埋置进行消除。

4.2 小折射

由于勘探区内地形起伏较大，且解释精度要求较高，因此必须进行表层结构调查，以保证静校正量的求取更加准确。此外，可以进一步指导激发井深的選择。在勘探区南北两处分别进行了小折射试验，北部黄土覆盖较厚，低速带平均厚度约为10m，低速层速度450m/s，风化岩速度980m/s；南部黄土覆盖较薄，低速带平均厚度约为6m，低速层速度450m/s，风化岩速度1300m/s。

图2 10线8炮制观测系统示意图

图3 波场调查单炮记录

图4 典型试验单炮记录

图5 试验线时间剖面图

4.3 点试验

在基岩出露区、坡积物覆盖区及黄土覆盖区采取不同的成孔方式分别进行了井深、药量及最大非纵距试验。最终确定基岩出露区及坡积物覆盖区采用风钻成孔，井深3m，药量1kg；黄土覆盖区采用洛阳铲及水磨钻成孔，井深16m或至基岩面，药量2kg（图4）。煤层埋深较浅，最大非纵距不宜超过330m，本次观测系

统采用310m最大非纵距是较为合理的。

4.4 试验线

根据点试验确定的激发因素（井深、药量）和接收因素进行线试验，通过初步叠加处理获得品质较高的试验段剖面，从中可清晰看到勘探区发育的目的层反射波，其波组特征较明显，说明本次施工参数的选择是合理的（图5）。

5 结论

我国煤田三维地震勘探已经向西部地区、复杂地表及复杂构造方向发展。本次三维地震勘探，通过合理施工、严控质量，取得了高品质的野外资料；通过初步处理获得了质量较好的试验段初叠剖面；对下一步做好地震数据精细处理、解释，从而取得较高精度的地质成果提供了可靠的保证。

【参考文献】