三维地震在地质物探中的应用

刘 昊

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

随着各类工业化生产技术的不断发展，对于煤炭等基础的化石燃料资源的需求量也在进一步扩大。我国的地质资源存储十分丰富，在进行物探分析的过程中也需要依靠更具精确度的方式来保证对国内基础化石资源储量的有效预估，也可以更好地利用三维地震的技术手段辅助技术人员掌握煤炭层的实际分布情况，科学应对各类复杂的地质条件。三维地震技术在勘察分析时主要依靠不同物质对波的反射影响，可以较好地还原地貌形态，有效促进了地质勘查行业的现代化发展。

1 三维地震勘察技术的基本原理

在地质物探的过程当中应用三维地震勘查技术，能够更好地确定矿层深度和分布位置，便于技术人员根据探测到的数据结果和图形结构制定科学的矿层开采方案。在三维地震勘察的过程当中需要提前对待测区域做好物理监测点的准备工作，即下挖一定深度的探测井并放置炸药，用模拟地震波的方式检测在不同地质深度和成分组成情况下对波的回弹情况，也可以利用多点测量和时间差分析的方式对勘察的精度不断进行优化提升。在三维地震勘查技术的应用过程当中可以通过图形模拟的方式对地层结构进行有效还原，使技术人员能够采用更加直观的分析判断方式确定矿层的分布状态，且相较于二维的信息分布更具参考价值。

2 三维地震勘探工作的流程分析

2.1 数据信息采集

在三维地震勘查工作的开展过程当中对于地理信息数据的有效收集是后续图像分析的重要前提，在采集之前需要提前对每一个物理点做好预处理工作，定量计算好炸药的埋设深度和用量后进行有效的波强探测。在信息采集的过程当中，细微的偏差都有可能会影响到对矿层面积分布区域的精确判断，要求在不同的地貌地形条件之下采用更具针对性的波长探测仪器，包括了检波器和其他常见的探测设备，且在基础的勘察测量完成之后还需要进行二次复检以确保数据的真实有效[1]。检波器等需要提前安装在待测区域内进行信息的稳定收集，但要注意避免在药品包过程当中产生的冲击波影响。

2.2 地震数据处理

在对采集到的数据信息进行处理分析的过程当中需要根据波强和探测时间进行有效还原，根据不同物理检测点回传的探测信息进行有针对性的预处理，将相邻位置处的探测波强信号按照时间差进行对比叠加，尽量避免其产生信号偏移的影响。在这种叠加处理的过程当中能够更好地更好地还原出三维立体的地层结构分布情况，这也是三维地震勘查技术应用的主要优点。为避免在野外复杂条件下产生的数据信号存在偏差问题，需要在采集完成后立即对其进行野外校正，恢复振幅信号后通过滤波和积分的方式完成整个处理过程，使众多物理探测点反馈出的郭强信号能够得到统一的处理分析。

2.3 地震资料解释

在对地震波的信息进行解读分析的过程当中，需要参考对应的资料才能更好的明确该区域的地层结构分布和矿层资源状况。在资料解释的过程当中，需要充分考虑到不同地质结构和地层特点带来的动力学影响问题，使技术人员在对矿层厚度和分布情况进行分析判断的过程当中更具参考性[2]。在地震资料解释的过程当中，必须要将所有探测到的反射波进行形制统一后才能够展开对比分析，这也是保证对其分析时间、提升信号参考性和降低信噪比的重要环节，能够更加精确地分析出当前矿层所在的深度和周边的岩土分布状态。

3 三维地震勘察技术的基本应用分析

三维地震技术的研究和应用是一项通过严谨的数学计算和分析探测后形成的科学论断，在判断地质构造的实际情况上具有较高的精确性，且通过双城时间的测算与构造能够有效实现三维计算和分析，也是目前世界上地质构造探测当中最优的技术和设备之一。在对三维地震技术的分析和判断过程当中可以有效区分较为复杂的山脊和围岩，其应用性能较为优越，在许多行业内都有广泛的应用[3]。在地质构造的分析过程当中可以更好地为地质物探和地理学研究等提供详细的数据资料，也有利于减轻技术人员在前期资料收集方面的工作量，是目前我国地质勘测行业当中较为先进的技术发展领域之一。

4 三维地震勘察与地质物探的应用分析

4.1 岩溶探测分析

在对地下资源进行开采建设的过程中必须要详细掌握地质结构状态后才能够更好地确定钻孔的位置，一旦遇到岩溶区域进行开孔很有可能会造成陷落问题产生一定的安全隐患。技术人员要能够精确判断不同反射波和地质条件之间的对应性，如在黄土覆盖条件下的结构强度较弱，需要使用更小的地震波进行激发即可，而在一些岩石区域的成孔条件较好，在选择激发波时要经过严格计算后确定来保障探测精度。在进行岩溶探测波的解释当中可以提取振幅、倾角等参数进行剖面图的确定，若发现有倾角变化激增则说明该地质条件内呈现出孔洞情况，大概率存在陷落柱。在地质条件的数据过程当中，也能更好为后续的三维地震技术应用形成一定的判断前提，对于一些本身结构强度不大、容易出现坍孔的区域能够提前明确并制定对应的成孔方案，使勘探工作更加有效。

4.2 城市断裂探测

在城市发展的过程中会逐渐向外层扩展，不断促进城市的现代化水平。在新区规划的过程中必须要提前结合地质资料展开详细的分析和探究，避免断裂带、凹陷区造成重大损失。在进行城市断裂探测的过程中必须要对检测波进行严格控制，明确需要进行探测的反射波，减少各类干扰波对实际参数获取带来的影响性。三维检测技术能够有效保障探测过程中的检测密度，在应用时要根据不同区域的地理分布情况选择合适的观测方向，确保地表探测的条件能够满足对断裂带走向的精确判断[4]。在提升探测精度的过程中可以对面元尺寸进行有效分割，在单位面积内提升检测数量能够获取更多的反射波信息，对于一些高频的反射信号也能够实现有效捕捉，严格控制坍孔深度和测量误差。

4.3 矿层位置确定

在进行三维地震技术的应用过程当中，主要是通过对反射波强度的接收和测试来确定不同的地质结构和物质分布，能够更好地帮助技术人员判断矿层位置形成有效估计。在勘察的过程当中可以将主要精力集中在便于开采的矿层结构当中，矿层和周边的泥土砂石在衔接区域内会形成波阻差异化的现象，对于判断矿层区域的具体位置有较强的辅助性作用。通过对矿层周边断层位置的确定能够更好地判断出对地震波的反射位置，而波的反射是一个连续变化的过程，在发射波并进行双程时间勘察的过程当中，能够更好地确定矿层的分布形态，这对于判断总储量也具有积极意义。

4.4 铁路断层探测

铁路建设在前可研阶段和勘察阶段进行工程物探，能够为线路的规划及设计提供重要依据。由于野外的地形环境特征较为复杂，还可能会穿越一些丘陵地貌分布区域等，在外层山脊的丘壑和褶皱的影响之下很容易对地质分布情况产生影响，因此在进行三维地震波的激发时必须要保证一定的深度，特别是在前期进行地钻工作时可能会达到30m左右的深度[5]。在进行物探的过程当中，技术人员必须要提前明确不同方向上波的传播速率会存在一定的差距，而这种各向异性也导致了反射波探测的不稳定性，必须要通过多次探测和波阻计算的方式明确结果，通过连续跟踪和对比分析的方式不断提升数据信息的可靠性。

4.5 调节物探精度

为有效调节三维地震观测，需要科学选择数据信息的采集点保证数据的全面可靠。在三维地震技术的测试过程当中可以采用单井的试验方式完成激发，井深预制和炸药使用时必须要保证和前期的地质结构勘察之间形成一定的匹配性，避免造成反射波的检测障碍或产生安全隐患。在一些复杂地质条件的勘察当中需要对待测区域进行有效细化，对于保障检测结果的可靠性具有重要影响。如在丘陵区域内因为地形条件复杂且存在较大范围的高程差变化，在进行反射波的接收探测时使用普通的检波器很容易出现误差，特别是在对波强进行判断时的可靠性偏弱，需要采用更精确的设备参与测量，提前做好勘察规划和设备配置[6]。同时，在勘察完成后需要对探测的物理网点进行二次复查，其占比需要超出1%并保证随机分布，能够更好地验证数据结果的参考性。

4.6 判断煤炭储量

在确定好矿层的分布区域和断层位置后就可以开展较为精确的储量计算与分析工作，这也是地质物探当中较为重要的环节之一，更有利于提升对当前区域内资源储备情况的全面掌握。技术人员可以通过数据对比的方式来确定该区域的矿层落差，通过三维模拟的方式绘制出对应的分布图样，为储量计算形成更加可靠的参考。在储量计算时需要按照不同矿层深度、煤炭质量进行有效区分，如浅层煤和深层煤的地质勘查之间有明显的不同，这对于资源开采方案的确定也会产生很大的影响。在整个待测区域内完成三维地震的波数分析后需要将已探明的区域进行明确标注，分别进行编号和分类，能够更好地说明该区域内的有效开采位置。

4.7 地震勘察不足

在应用三维地震勘查技术对矿区进行分布探测的过程当中还存在有一些技术上的不足，如有一些异常的波反射区无法有效进行技术解释和分布还原，这也是由于三维地震勘查技术发展年限较短且对复杂的地下分布结构不够了解而造成的，还需要继续强化技术投入以便确定不同的重大地质现象。在三维地震数据的采集和分析过程当中对于仪器设备的工作有一定的依赖性，这也造成了该技术在全国进行推行和应用当中的不足，技术人员在对数据结果进行解析时也会存在专业能力参差不齐的现象。三维地震监测技术的应用优势十分突出，但在未来还需要进行完善和优化才能更好地满足在复杂地形下的地质工程物探应用和其他行业内的应用。

5 结语

总之，在三维地震勘察的过程中要提前明确勘查区域内的地质条件分布，特别是对于存在地下水和河道的区域要做到准确的测量和分析，确定在对地震波和底层结构分析时的准确性。根据数据结果能够有效判断出土层、沙砾和矿层等不同的结构，技术人员需要着重关注矿层和泥沙衔接区域的精确判断，特别是在波阻差上会有明显的变化，能够更好地保证对矿层分布情况的有效掌握。在煤炭储量的判断中需要依靠层间距、落差分布等进行合理推断，以三维化的形式确定勘测结果。