Goody GIS在复杂地表区三维地震特殊观测系统设计中的应用

孙希杰

(中煤科工集团 西安研究院有限公司，陕西 西安 710077)

自1993年在谢桥矿采区三维地震勘探技术首次应用推广以来，其已成为煤田勘探的主要手段，三维地震勘探在构造提前探测、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[1-4]。但是复杂地表条件一直是三维地震勘探的一大难点[5]，一般在复杂地表区遇到大面积的村镇、公路、铁路及河流等障碍物时，观测系统的设计通常采用常规变观方法加以弥补。常规变观通常是技术人员现场操作，主要考虑覆盖次数、地表障碍物情况，通过采用恢复性放炮、障碍物两端加密激发点、加大偏移距放炮或加大接收排列强行跨越障碍物的方法，来达到满足覆盖次数的目的，这种方法随意性太强，没有充分考虑方位角、炮检距的分布合理性，易产生地震资料空白，更重要的是由于障碍物下构造不清会给矿井开采设计造成不利影响。随着地表复杂程度的增加和勘探精度要求的提高，人工现场临时变观方法已无法满足各种要求，因此有必要开展新方法的研究[6-10]。

1 Goody GIS的优势

Goody GIS是基于Google Earth开发的一款应用软件，支持高清卫星影像图、导航数据导入导出以及地形等高线图绘制等功能。以往三维特殊观测系统设计需参考大量的地形图，而地形图一般成图年代早，已不能反映地表实际情况。已校正测量七参数的Goody GIS软件的误差不超过2m，精度完全满足三维地震的要求。利用其提供的卫星影像图、地形等高线图进行特殊观测系统设计，可避开障碍物或接收条件较差的地段，优选激发点、检波点，避免重复布置，使设计更具目的性、针对性，对实地测量也有很高的指导作用，能提高施工效率，且取得良好的经济效益[7]。

2 应用实例

2.1 勘探区概况

XJL勘探区位于鲁西南黄河冲积平面，地形平坦，面积为5.5km2。新生界覆盖层厚度较大，约为660m，主要含煤地层为太原组和山西组，其中主采的3煤层埋深850～1100m。勘探区内主要障碍物为中北部的WGT村(面积约为1.2km2)，南部的国道、铁路(全封闭式)、河流及ELM与CF村(图1)。

图1 勘探区障碍物示意

2.2 观测系统参数

针对勘探区主要目的层埋藏深，经充分试验，采用10线10炮制束状观测系统，中间激发。采用20m×40m的地面采样间隔，10m×10m的CDP网格，覆盖次数为5×6=30次(横向5次，纵向6次)。观测系统的主要参数为：接收道数为108道/线×10线=1080道，接收线数为10条，接收道距为20m，接收线距为40m，排列长度为2160m，束距为200m，激发点距为20m和60m，炮排距为180m，最大非纵距为350m，最大炮检距为1125.8m。单井激发，井深为14～20m，药量为2.0kg(村庄、河流及铁路附近采用深井、小药量)。仪器采用加拿大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2s。

2.3 采集技术难点

村庄、铁路、公路及河流造成地震施工中激发点、检波点布设困难、分布不均，甚至严重缺失。中北部WGT村面积约1.2km2，村庄内房屋稠密，道路主要为近东西向，与南北向测线垂直，少量检波点位偏移大，大量检波点缺失，严重影响接收效果。勘探区南部铁路为全封闭铁路，仅在勘探边界东西两侧通往ELM与CF村处各有一处涵洞，公路为国道，车流量大、车速快，且大型货车较多，若每束施工时10条接收线全部直接通过公路与铁路，则看护难度较大且易损毁设备，进而影响施工进度。以上难点，如仅靠常规的三维地震观测系统与障碍物两侧加密激发点、恢复性放炮等常规变观方法，无法取得连续、完整的地震资料，且易造成局部地震资料空白，从而导致资料解释精度偏低[11-12]。

2.4 针对措施

在野外提前踏勘、测量，充分了解工区地表、地球物理条件，在结合地质任务的基础上，利用Goody GIS结合Klseis软件，做好特殊观测系统设计，施工中实时监控采集质量。

遵循“先模拟、后踏勘测量，再设计、施工”的人机交互方法，先在Klseis软件中利用Goody GIS卫星影像图片提供的高精度地表情况，在正常束状观测系统基础上模拟实现障碍物处激发点、检波点的初步定位以及接收排列的设置，后野外详细踏勘及有目的地实地测量初步定位的激发点、检波点，将其坐标导入Klseis软件中后，对原模拟激发点、检波点重新定位，并检查激发点、检波点布置及接收排列长度的合理性、有效覆盖次数分布的均匀性、炮检距及方位角分布的合理性，确保其满足设计的要求，最终实现障碍物处高效施工及良好地震野外数据的获取。具体措施如下：

(1)对于ELM这种面积较小且较松散的村庄，采用内置部分激发点和检波点、村庄周围加密部分激发点的施工方式，并对村庄内激发点、检波点实际位置进行实测并记录。

(2)对于WGT这种面积大且密集分布的村庄，首先，按正常线束施工时，采用内置实测激发点和部分检波点(沿少量南北路布设)；而后采用沿村庄内近东西向道路布设12条实测测线，村庄内部空地及周边布设实测激发点的特殊观测系统的施工方法(图2)。

图2 针对WGT采取的特殊观测系统示意

(3)对于国道及全封闭铁路之间的区域，采用10条测线中3条测线穿过国道及铁路后通过地震仪重新定义为10条测线，国道与铁路间区域内置激发点、国道北及铁路南加密激发点的环形特殊观测系统(图3)。

以上措施中尤为重要的一点是要做到所有实测激发点、检波点定位的可靠性(保证足够的卫星数量)、坐标的准确性(及时进行测点的整理及复核)、利用的合理性(对最大炮检距内的炮检点可以多次利用)。

图3 针对国道与铁路时采取的特殊观测系统

2.5 成果分析

针对不同类型的障碍物采取相应的措施，保证了勘探区平均覆盖次数25次以上，局部地段覆盖次数甚至达到40次以上，其中通过Klseis软件模拟WGT村正常施工时与采用特殊观测系统后的覆盖次数对比(图4)发现，正常施工村庄下部分区域覆盖次数仅为10次以下，采用特殊观测系统后的村庄下最低覆盖次数保证为25次，完全满足处理与解释要求。

图4 常规施工与增加特殊观测系统后WGT村覆盖次数对比

根据本区的特点，资料处理过程选用合理的参数(采用大地坐标进行归位校正)[13]，采用有针对性的处理流程，获得了较高品质的三维数据体。从时间剖面上可看出，地表障碍物处浅层缺口较小，对其下方目的层几乎没有影响，新生界底界(上部解释线)、3煤层(下部解释线)反射波同相轴连续性好，信噪比较高，断点清晰(图5)，能满足地震资料解释和报告提交要求。

图5 精细处理后障碍物处时间剖面

3 结束语

三维地震勘探野外资料采集效果直接影响后续资料处理和解释的顺利完成，而复杂地表区特殊观测系统设计则是野外资料采集成功与否的关键[14-15]。常规变观随意性强，并且没有充分考虑各参数的合理性。三维特殊观测系统设计使用Goody GIS结合Klseis软件，以高清卫星影像、实地踏勘及实地测量为基础，采用人机交互的方式，反复论证激发点、检波点位置，及接收排列长度的设计和修改对施工效率、覆盖次数、炮检距及方位角的影响，从而确定最优的设计方案。以该设计方案为指导，在复杂地表条件的野外资料采集中获得了高质量的地震原始数据，保证了资料处理和解释工作的圆满完成。