基于高精度卫星遥感的极复杂地区三维地震勘探应用技术

牛争华

（山东省煤田地质局物探测量队，山东 济南 250104）

青龙煤矿属于国家总体规划云贵大型煤炭基地黔北矿区黔西区，工业广场占地面积0.303 km2，规划设计120 万t/a，服务年限54 a。井田面积为20.650 3 km2，截至2019 年12 月31 日，青龙煤矿采矿许可证范围内保有资源储量26 840.4 万t（含高硫煤资源储量6 444.2 万t），是贵州重要的能源基地，也是西电东输的发源地。在这里具有巨大的勘探开发需求，但是由于黔西地区的地形条件和地质条件非常差，长期以来很少做三维地震勘探工作。针对本工区极复杂地形条件，创新发明并应用了一种基于高精度卫星遥感的复杂地区三维地震勘探应用技术，不仅提高了施工质量和施工进度，同时还有助于施工安全。

1 勘探区概况

1.1 地形地貌

青龙井田地形条件总体上受区域性地质构造和岩性控制，地貌属高原低山丘陵地貌。地面最高海拔标高+1 474.20 m（营盘山），最低海拔标高+1155 m（中寨驮煤河一带），最大相对高差319.20 m。大部分区域海拔标高+1250～ +1350 m，相对高差100～150 m，黔西县城海拔标高+1 219.8 m。井田内地势总趋势呈南东高、北西低，东部及南部较平缓，西及西北部地势起伏较大，切割剧烈。井田内的地形与岩性、构造、风化剥蚀相关，碳酸盐岩地层呈溶蚀洼地峰丛[2]地貌，碎屑岩地层则表现为长梁山、冲沟发育，西北部较陡峻，溶斗、溶沟等喀斯特地貌较发育。

1.2 区域地层

青龙井田勘探区内及周边出露的地层（表1）自老至新有：龙潭组（P31），长兴组（P3c），三叠系下统夜郎组（T1y）、茅草铺组（T1m）和第四系（Q）。二叠系中统茅口组（P2m）、二叠系上统峨嵋山玄武岩组（P3β）在三采区内及周边未有出露。区内钻孔揭露的地层自老至新有：二叠系中统茅口组（P2m）灰岩、峨嵋山玄武岩组（P3β）凝灰岩、龙潭组（P3l）含煤碎屑岩、长兴组（P3c）灰岩、三叠系下统夜郎组（T1y）灰岩。按岩性组合，龙潭组（P3l）划分为P3l1和P3l2两段，夜郎组（T1y）划分为沙堡湾段（T1y1）、玉龙山段（T1y2）、九级滩段（T1y3）。

2 地震地质条件

2.1 浅层表层地震地质条件

该勘探区地形条件总体上受区域性地质构造和岩性控制，矿井地貌属高原低山丘陵地貌，地面标高约1250～1350 m，相对高差一般为100～150 m。矿井内地势总趋势呈南东高，北西低。测区浅层多为石灰岩，在沟谷地段有土层覆盖。近地表岩性横向、纵向变化较快，造成近地表低降速带剧烈变化，使得地震资料静校正工作难度较大。这些问题的存在对地震资料的成像[3]也造成较大的影响，因此浅表层地震地质条件复杂。

2.2 中、深层地震地质条件

该勘探区目的层走向近南北，倾角一般5°～15°，构造形迹表现主要为北东走向褶皱和断裂带，并有少量近东西向及北西～南东向断裂，少量NWW 和近EW 走向的构造。褶皱主要是宽阔的不对称背、向斜。主采煤层16、17、18 号煤层，其中16、18 煤层属较稳定煤层，17 煤层属不稳定煤层。根据钻孔揭露，除三采区周边的Z1-1 钻孔峨眉山玄武岩组揭露3.80 m 厚度外，三采区内其他钻孔仅在煤系底部铝土层与茅口组灰岩间发现有深绿色峨嵋山玄武岩的痕迹，没有厚度，除此之外无其他岩浆活动，采区煤系不受岩浆活动[4]影响，具有能够形成煤层反射波的条件。煤系内灰岩发育，对煤层反射波有较大影响。区内间距较小的薄煤层多表现为复合反射波，受限于地震反射波分辨率，识别间距较小煤层存在困难，因此深层地震地质条件一般。

3 地震工程布置

该三维地震野外施工采用规则的束状三维观测系统，以束为单位施工，测线按北东方向布设。自西南向东北按序编号，依次为第1 束、第2 束……第14 束，每束滚动5 条线，每束线内有10 条接收线。根据地质条件，排列长度设计为72 道，线距40 m，道距10 m，生产物理点3220（图1）个。该三维地震勘探工程设计的CDP 面元为5 m×10 m，满覆盖次数为30 次，满覆盖面积3.1 km2。

图1 炮点布置图

4 测量坐标导入高精度卫星地图

首先要将卫星地图[5]软件进行七参数设置。七参数应根据工区所处区域，并结合测量所选用的坐标系统进行设置。既在选定坐标类型、中央子午线的条件下进行DX:DY:DZ:RX:RY:RZ:PPM 七个参数的设置，其目的是为了使导入的测量坐标数据精准度更高。将炮点测量坐标进行属性编辑后，使数据包含名称、平面坐标、海拔、地物描述等所用信息（表2）后导入高精度卫星地图（图2）。KML/KMZ 文件，然后加载到手机里面，就可以借助手机导航方便快速找到任务书中的每个炮点位置进行下药和放炮施工，从而解决了在山区密林等复杂地区找点困难的问题，保证了施工效率的同时还保证了施工安全。

表2 炮点测量坐标

图2 基于高精度卫星地图的炮点显示

5 施工应用

在高精度卫星地图下可以看到实测的炮点位置，点击每一个炮点里面都会显示该炮点的坐标、地物描述等信息，关键是可以让技术管理人员从电脑上清晰看到整个工区的炮点的准确位置，进而根据炮点附近地形交通实际条件来科学合理地安排钻机成孔[6]，从而避免了盲目安排钻机而导致钻机施工搬运时间长、间歇时间长等问题，极大地提高了施工效率。同时对成孔条件差、障碍物多的地方，在高清卫星地图上可以直观地看出来，技术管理人员就可以提前采取应对措施来保证施工质量，在后续的三维放线施工中，同样采取这个办法。

钻机每天成孔后，都可以通过上述方法在高清卫星地图上显示出来（图3）。图中小旗就是已经成孔的炮点，这样就可以对全区成孔的炮点进行全面掌握，每台钻机的成孔质量、成孔位置都可以清楚地显示在高精度地图上，每个成孔的偏差都可以直观地看出来，进行进一步的技术处理。

更重要的是在后续成批量下药和放炮中，可将全区成孔的炮点位置从高精度卫星地图中输出

图3 钻机成孔图

6 结论

基于高精度卫星遥感的极复杂地区三维地震勘探应用技术，是将高精度卫星遥感前沿技术和三维地震勘探紧密结合并加以创新应用的典范。该方法是将地震勘探主要生产要素和高精度卫星遥感成像通过技术方法紧密地结合在一起，有效解决了三维地震勘探在极复杂地区，如山地、密林、城镇等施工效率低，勘探质量难以保证的实际问题，特别是在大批量快速精确勘探施工方面，具有独一无二的技术优势，已经成为三维地震勘探野外数据采集不可或缺的先进方法，在历次三维地震勘探施工中均起到了巨大作用，获得了较大经济价值。同时，该方法在保障人员和设备等生产安全方面也起到了显著作用，具有进一步挖掘和被应用的前景，为以后在极复杂地区开展煤田、油气勘探工作提供了借鉴经验。