煤田高密度三维地震勘探数据采集高效资料整理方法

李 江>

(中煤科工集团 西安研究院有限公司，陕西 西安 710077)

1 引 言

随着地质目标的日趋复杂化，常规地震勘探对小断层，隐蔽性地质体的勘探程度已无法满足矿井安全开采的精细化要求。全数字高密度三维地震勘探可以获得宽频带，宽方位和高采样密度的地震数据，更有利于复杂地质体的成像和小断层的解释，近年来在煤矿采区地质勘探中取得了良好的应用效果[1-3]。数据采集作为全数字高密度三维地震勘探的基本工作，其作业方式正朝着大数据量和高效率采集的趋势发展[4]，因此，在保证数据质量的前提下，如何提高地震数据采集的效率越来越重要[5]。施工组织设计是全局性的施工技术和工作纲要，直接指导各项工作的有序进行，科学合理的施工组织设计，成为提高野外数据采集效率的关键。全数字高密度三维地震勘探数据采集具有多线多道接收的特点，野外作业一次排列工作量大，而当前煤田系统各单位全数字高密度勘探设备有限，数据采集时通常采用测线滚动循环利用，因此，布线速度是影响施工效率的重要因素。放炮效率是整个数据采集效率的集中体现，最大程度地缩短放炮间隔时间，同时提高放炮物理点合格率，减少错炮，是提高采集效率的有效途径。地震数据采集的工作班报是野外工作最重要的基础资料之一，一般需耗费大量的时间进行班报填写、整理与校对[6]。面对日放炮数量倍增的全数字高密度采集，以往常规地震勘探班报记录方式显然无法适应全数字高密度采集的进度要求，内业整理工作也不能在短时间内完成，这些都将影响全数字高密度地震勘探的数据采集效率。

针对地表复杂障碍物的观测系统设计，本文通过利用测量和变观实测数据模拟放炮来制作SPS，以此引导放炮。在地震勘探班报整理方面，通过读取地震数据道头信息获得地震数据的采集参数和观测系统参数，从而快速生成地震勘探工作班报模板；借助EXCEL中VLOOKUP函数进行班报内容自动化填写，通过一系列工作方法的优化与综合应用，可以有效提高高密度三维地震勘探数据采集的效率。

2 高密度地震勘探数据采集特点

2.1 采用数字检波器

数字检波器的应用是全数字高密度三维地震勘探的主要特点之一。数字检波器各技术参数一致性好，在0～800 Hz范围内全频段接收，振幅保真性好，无相位畸变与频率衰减，具有较大的动态范围和高灵敏度，可以直接输出数字信号，避免了输出传输中的外界电磁干扰和串音，抗干扰能力强[7]。DSU1型数字检波器机构牢固、密封性好，是煤田常用的数字检波器之一，但全数字高密度三维地震勘探单炮采集所用道数多，导致数据采集放线工作量大大增加。

2.2 宽方位采集

常规三维地震勘探观测系统横纵比一般小于0.5，全数字采高密度采集其观测系统具有较大的横纵比，一般接近于1，为宽方位或全方位采集，横向上可观测到更大的方位角(图1)。宽方位采集面元属性一致性好，有利于压制近地表散射干扰，提高地震资料信噪比；宽方位采集横向覆盖次数过渡带变化较为平缓，它比窄方位角更容易跨越地表障碍物和地下阴影带[8,9]。因此，全数字高密度地震勘探宽方位采集的地震数据极大地增强了识别断层、裂隙和地层岩性变化的能力[10]。当前煤矿采区全数字高密度地震勘探的宽方位采集通常是通过增加接收线数和增大接收排列片宽度来实现的，这种采集方式设备资源占用量大，成本也相对较高。

图1 观测系统偏移距/方位角玫瑰图对比Fig.1 Comparison of offset/azimuth rose diagram of observation system

2.3 小面元采样

常规三维地震勘探面元大于10 m×10 m，当前煤矿采区全数字高密度三维地震勘探其面元为5 m×5 m或更小，这种小面元采集极大地提高了地震数据的横向分辨率，可以满足地下小的地质体精确成像的要求，非常有利于对小断层、陷落柱的控制和解释[11]；另外，高空间采样密度也避免了低频干扰波的空间假频，对干扰波的无假频采样更有利于信噪分离，提高干扰波的压制效果[12]。但是，全数字高密度的空间采样导致地震数据量剧增，给地震数据实时传输，存储带来问题。

3 高效作业方法

3.1 SPS引导放炮

在地震勘探数据采集作业中，一般按照设计炮、检点关系设置炮点的接收排列，这种方法简单方便，易于操作。但是受地表障碍物的影响，实际野外作业中炮点常有偏离设计点位置的现象，当按设计接收排列放炮时，偏离的炮点就会形成错炮或偏炮，造成数据采集质量问题。在常规三维地震勘探中，由于炮排距、炮线距大，变观炮点相对较少，遇到变观问题仪器操作人员可以现场更改放炮清单避免产生错炮，或者将错炮进行记录，在室内资料整理时予以更正。但是全数字高密度三维地震勘探一般炮点密集，遇到障碍物时变观炮点较多，现场更改炮点接收排列工作量较大，而且在地震仪里面操作及其不便，严重影响放炮效率。通过对428XL遥测地震仪的采集参数设置和观测系统数据结构进行分析，提出了制作实测炮点SPS引导放炮的策略。在炮点激发之前，通过测量工作和炮孔钻眼等工作，对于变观炮点已有记录，将这些数据进行整理，得到实际的炮点坐标，然后通过观测系统设计软件进行模拟放炮[13]，可输出标准的SPS文件，再将它导入428XL地震仪采集系统，可形成更新后的炮点接收排列数据。这一过程充分利用了炮孔测量、钻眼等实测数据，模拟放炮操作方便，生成的SPS包含了变观后炮点的观测系统信息，可以有效指导地震数据采集，避免产生错炮，同时不用在现场更改炮点接收排列，大大提高了野外放炮的质量和效率。

3.2 工作班报模板的快速生成

数据采集的工作班报是一项重要的基础资料，煤田地震勘探规范要求的数据采集工作班报格式及填写内容见表1，数据采集环节会投入大量的人力和时间进行班报填写、整理与校对。3.2节中的SPS炮点含有观测系统，但是野外放炮顺序是随机的，一般在放炮时给炮点赋予相应的文件号，这在工作量较少的情况下可以实时记录班报，但全数字高密度三维地震勘探工作量一般较大，日放炮数量常在上千炮，显然在放炮的同时进行班报记录将严重影响放炮效率。为了节省时间，通常在现场放炮时记录当日编号、文件号、炮点桩号、起止道位置等参数。但是这样仍需每放一炮，然后等待完成当前炮的文件号和观测系统的记录，同样影响地震采集的放炮效率。

表1 三维地震工作班报格式及内容Table 1 Format and contents of 3D seismic work shift report

对地震仪采集的地震数据记录格式进行分析，其中道头数据里包含着文件号、观测系统、采集参数等参数，其道头信息扫描显示见表2，它完全包含了工作班报中观测系统的相关内容；另外，数据扫描不受单炮数量的限制，多炮数据可快速完成道头数据提取。因此，通过对数据进行扫描，实时输出道头数据列表，对其进行整理，即可形成工作班报模板，且完成班报观测系统内容填写。这样，在野外数据采集现场缩短了填写班报时间，极大地提高了数据采集的效率。

表2 428XL地震仪记录的地震数据道头列表

3.3 班报批量整理

对比表1中各项内容，经过对记录文件号和观测系统等内容的自动生成，工作班报中还有激发井深、药量和雷管等内容需要填写。按照野外施工的顺序，井深数据由监孔人员记录，通过对炮孔钻眼深度进行实测获得井深数据；药量、雷管等数据由放炮人员记录，按照实际用量和型号予以记录形成爆炸班报；最后将监孔记录和爆炸班报交由工作班报记录人员进行填写，可见这几项工作正是数据采集内业整理最耗时的工作。首先，各种记录的炮桩顺序并非是一致的，因此，对于工作班报中某一个炮点，其对应的井深、药量则需要分别从众多监孔记录和爆炸班报中逐一查找；其次，前期各种记录并非一人所能完成，多人记录存在记录方式、格式的差异，同样给班报记录人员查找相应内容带来不便。全数字高密度地震勘探每日工作量大，单炮采集数量多，如果按常规数据采集的班报整理方法，很难在作业现场整理完当前炮资料和工作班报。在多项全数字高密度三维地震勘探的生产实践中，探索出了高效的工作班报整理工作方法。首先，对井深、药量和雷管等数据单独进行整理，形成以炮点为索引的野外班报记录电子数据库。这一项工作没有炮点顺序的要求，可以快速完成数据录入。然后借助Excel电子表中VLOOUP(lookup_value，table_array，col_index_num，range_lookup)函数[14,15](表3)，在2.3节工作班报的基础上，以炮点桩号为参照地址，以班报数据库为搜索区域将各种信息链接到工作班报中，实现井深、药量和雷管等数据的自动化查找与填写。

表3 VLOOUP函数语法规则

4 结 论

通过对全数字高密度三维地震勘探数据采集特点的分析和勘探实践，探索出了几点提高数据采集质量和班报整理的高效方法：

1)充分利用工程测量和炮孔测量、钻眼数据，及时更新炮检点坐标，通过观测系统模拟生成SPS文件引导放炮，可以避免错炮，有效提高数据采集的质量和效率。

2)通过读取地震数据道头信息，获得地震数据的采集参数和观测系统参数，可以即时生成地震勘探工作班报模板。

3)借助Excel表中VLOOKUP函数的匹配搜索功能，实现班报内容的自动查找与填写。