浅谈复杂地表条件下三维地震勘探技术的应用

杨彦明，庞小宇

(内蒙古伊泰京粤酸刺沟矿业有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 017209)

0 引言

酸刺沟矿井位于准格尔煤田南部的黑岱沟与十里长川之间[1]，自1954年以来，华北地质局、内蒙古煤田地质局、内蒙古煤田地质勘探公司等多家单位在井田及相邻区域展开了航空地形、地质填图、测绘、钻探、剖面测量、岩矿测试等一系列详细工作，并提交了不同等级的储量报告[2-4]。现代三维地震勘探在探测断层、褶曲、陷落柱、采空区、火成岩分布等地质异常区中发挥着重要作用，是煤田地质勘探的主要手段之一[5]。复杂地表条件下的三维地震勘探技术也在不断探索与实践中取得越来越好的勘探效果[6]。

1 勘查区概况

酸刺沟井田地处黄土高原，属高原侵蚀性丘陵地貌。地形起伏较大，沟谷切割深。地表植被稀疏，覆盖率低，水土流失严重。本次三维地震勘探区内村庄稀少但水窖、窑洞较多，交通、水源不便，对地震勘探的测网布置与野外施工造成了较大困难，三维地震资料质量也因此受到一定程度影响，地表条件复杂。勘探区内石炭二叠系含煤地层由灰岩、砂岩、泥岩与煤层互层构成，由于砂岩与泥岩之间波阻抗差异较小，内部反射层稀少；而煤层与顶底板之间波阻抗差异较大(反射系数大于0.5)，可形成较好的煤层反射波。综上所述，本次三维地震勘探的表层和浅层的地震地质条件较差，中深层地震地质条件较好[7-8]。

2 野外数据采集

2.1 勘探技术参数

本次勘探工作通过采集参数的室内技术论证，将采集、处理和解释相结合；理论研究和现场试验相结合，选出最佳的施工参数。

设备采用加拿大产ARIES遥测数字地震仪；采样率1 ms；记录长度1.0 s；采用60 Hz检波器接收。采集参数选择低截频率0 Hz，高截频率500 Hz的接收方式；采用8线5炮制观测系统，道距10 m，576道接收，中点激发。CDP网格5 m×10 m，24次叠加次数。根据钻孔资料，地震勘探测线选择垂直地层倾向布设。此外，在障碍物附近缺炮区域采用恢复性放炮方式，并做出部分加密道，尽量弥补覆盖次数降低及不均匀对数据体的影响[9-10]。

2.2 野外实验结论

通过区内9处点试验，得到以下施工结论。

厚黄土覆盖区：采用人工洛阳铲成孔，打到硬土层或湿砂土层，确保药柱在硬土层、湿土层内激发。从大部分单炮记录上看，T4、T6波能量都较强，连续性好。井深15 m左右时，单井激发，药量2.5 kg；在村庄或地形复杂等区域适当偏移及改变药量。

薄黄土覆盖区：钻孔层位打到基岩面、风化岩或硬土层，确保药柱在基岩面或硬土层内爆炸激发。对比了井深5～12 m的单井、双井组合激发效果，每井药量分别为1 kg、1.5 kg、2 kg、2.5 kg，记录显示T4、T6反射地震波能量都较强。

坡积物覆盖区：在半坡积物地段，成孔相对困难。分别进行了2～6 m不同井深的井试验，成孔深度要求达到基岩面。主要做了对比试验及药量对比试验。激发记录都较好，药量1 kg、1.5 kg、2 kg记录也都较好。

基岩出露区：使用人工凿坑，深0.5 m，药量1.5 kg、2 kg，记录对比来看，2 kg激发时能量强于1.5 kg激发，但是声波干扰更大，且整体不如在黄土中的激发效果，可以采用坑炮或变观方法。

施工情况：本次共施工线束30束，生产物理点10 703个，其中甲级品7 672个(71.68%)，乙级品3 023个(28.24%)，废品8个(0.08%)，符合规范要求；另外有试验物理点149个，全部合格，总物理点10 852个。高品质的原始资料为以后的数据处理与成果解释打下良好基础。

3 数据处理与成果解释

3.1 数据处理

处理原则：酸刺沟煤矿三维地震勘探项目资料处理过程在详细分析原始资料的基础上，本着“高信噪比、高分辨率、高保真度”的原则对原始资料进行精细处理。为了保证地震勘探施工的质量与工期进度，在现场利用工作站对野外数据展开实时处理，并及时将野外数据质量情况反馈给项目管理层，发现质量问题及时补救，为后续的室内地震资料处理做出良好的铺垫。

处理方法：在预处理后，针对该区的具体地质任务，采用了“三高”的处理方法，在处理流程中以全三维处理技术为出发点，加强了静校正、反褶积及速度分析，实施全三维技术，获得了较好的处理效果。

静校正：结合测量成果选取勘探区段的统一基准面，拾取所有单炮初至时间并进行折射静校正处理，通过数次迭代计算得到近地表模型，并利用计算反演的厚度和速度求出高速界面到基准面的静校正量。本次三维地震勘探资料处理过程选取1 250 m的勘探区统一基准面以及3 000 m/s的替换速度。此外，由于勘探区地表高程与低(降)速带的厚度、速度存在横向差异，由此产生的地震波旅行时差将对信号的叠加效果产生一定的不利影响，导致地震波反射波同相轴频率降低、信噪比下降。数据处理较好地消除了短波长引起的时差化，确保反射层信息一致性，提升叠加剖面的品质，如图1、图2所示。

图1 静校正前单炮记录

图2 静校正后单炮记录

分辨率：本次三维地震勘探野外资料通过多种模块及参数试验，选择合理的地表一致性反褶积方法和参数，起到提高信噪比和分辨率的作用，取得良好的处理效果。此外，同时反褶积后单炮记录的频谱范围将会变宽，也有利于提高处理资料的分辨率，如图3、图4所示。

图3 反褶积前叠加剖面

图4 反褶积后叠加剖面

其它处理：开展了剩余静校正消除由于地表不均匀性给反射波带来的剩余时差；DMO叠加消除地层倾角的影响；去噪压制干扰波，突出有效波；偏移完成三维数据的准确归位等一系列野外资料处理工作，得到了完整的数据体资料。

成果评价：本次三维地震勘探资料处理过程依据地质任务以及精度要求，通过认真分析原始资料，结合已有地质资料，针对性选取处理模块、合理优化处理流程、精确选择处理参数、严控中间资料处理质量，获取了质量较好的时间剖面，为地质成果解释做出良好铺垫。

3.2 成果解释

本次三维地震勘探工作在收集已有地质成果的基础上，目的明确、设计合理、方法得当，尤其是针对勘探区内地形复杂的状况对施工参数做出合理的调整，提高了野外数据采集的质量。资料处理的流程合理，信噪比较高，得到了较高质量的数据体。此外，在成果解释阶段，采用人工解释与工作站相结合的方式，提高了成果资料解释的效率及准确度，取得可靠的地震地质成果。

煤层赋存：本次三维地震勘探成果资料主要控制了4上、5上、6上和6煤层的分布范围、埋藏深度以及煤层的整体赋存形态。

断层控制：对区内落差5 m以上的断层进行了控制，并对3～5 m的断层和断点进行了解释，确定了断层落差及产状；解释断层80条，均为正断层。本次解释断层按照可靠程度分类，可靠断层33条，较可靠断层37条，控制程度较差的断层10条。

奥灰等界面与煤层厚度：对奥灰等界面的起伏形态以及对4上、5上、6上和6煤层的厚度等都进行了解释并绘制了平面图。对区内主要煤层的厚度进行了解释，并绘制了4上、5上、6上和6煤层厚度变化趋势图。

4 结语

本次准格尔煤田酸刺沟煤矿三维地震勘探工作通过结合研究区主采煤层的赋存条件与发育特征，结合实际地质任务，确定合理的数据处理技术路线，使得处理煤层反射波的信噪比得到很大提高。在解释过程中，采用人工解释与工作站相结合的方式并深入结合研究区内钻孔资料，将时间剖面与实际钻井资料反复对比分析，确保了解释结果的正确可靠。得到的三维地震勘探成果对矿井的开发决策、巷道布置及开拓提供了有力的指导作用。