三維地震勘探在我國(guó)的應(yīng)用

0山區(qū)三維地震勘探的必要性三維地震勘探將地震方法擴(kuò)展到三維，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集在一定范圍內(nèi)，并在一定范圍內(nèi)進(jìn)行觀察。它與通常采用的二維地震勘探方法相比較,突破了二維地震勘探在數(shù)據(jù)采集時(shí)單線觀測(cè),在資料解釋時(shí)橫向上多以地質(zhì)規(guī)律進(jìn)行推測(cè)判斷的局限,因此大大地提高了地震資料的解釋精度和解釋成果的可靠性。近年來(lái),三維地震勘探以其特有的優(yōu)勢(shì),在全國(guó)范圍內(nèi)得到迅速推廣,特別是采區(qū)勘探,大多以三維地震勘探的形式展開(kāi)。但這些三維地震勘探多在地震地質(zhì)條件較好,地勢(shì)平坦的地區(qū)進(jìn)行。為各地生產(chǎn)礦井的合理布置與掘進(jìn)提供了準(zhǔn)確可靠的地質(zhì)資料,給礦區(qū)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。而山區(qū)地震勘探由于受到各種條件的制約,三維地震勘探近幾年才在山區(qū)普遍開(kāi)展。由于山區(qū)地形復(fù)雜,交通困難、淺層地震地質(zhì)條件較差等因素的影響,要解決山區(qū)三維地震勘探,首先要解決的是三維觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、地震波的激發(fā)及接收系統(tǒng)設(shè)備輕便化的問(wèn)題,其次要研究山區(qū)地震波的波場(chǎng)及其傳播的規(guī)律。1999年以來(lái),黑龍江省煤田地質(zhì)物測(cè)隊(duì)在雞西礦務(wù)局正陽(yáng)煤礦和二道河子煤礦開(kāi)展了兩個(gè)區(qū)塊的山區(qū)三維地震勘探,開(kāi)山區(qū)地震勘探之先河,勘探面積約為3km1施工方法的研究1.1地球物理特征1.1.1低水面及高溝深坎陡區(qū)由于勘探區(qū)屬于典型的侵蝕作用形成的山區(qū),因此地形極為復(fù)雜,溝谷發(fā)育,且多為溝深坎陡,區(qū)內(nèi)的相對(duì)高差較大,常見(jiàn)施工無(wú)法通過(guò)密集林帶,見(jiàn)圖1。1.1.2地震激發(fā)層位不含水表層多為黃土、風(fēng)化巖和亂石、流沙、礫石等山洪沖積和坡積物、除少部分溝谷處地震激發(fā)層位含水外,大多地段地震激發(fā)層位不含水。溝谷處多以山洪沖積的流沙、礫石和亂石為主,山坡多以黃土覆蓋,從下～上黃土覆蓋層厚度激劇變薄,山崗上多以風(fēng)化巖覆蓋,或風(fēng)化巖與基巖相間分布,基巖裸露區(qū)風(fēng)化十分嚴(yán)重,坡積地段隨處可見(jiàn),坡積物成分復(fù)雜,結(jié)構(gòu)松散。這些均給地震波的激發(fā)帶來(lái)了很大的困難。1.1.3煤系和藥物地層沉積的差異由于正陽(yáng)煤礦和二道河子煤礦屬于雞西煤田火成巖不發(fā)育的地區(qū),煤系地層沉積較穩(wěn)定,煤層發(fā)育,煤層和圍巖之間的物性差異十分明顯,目的煤層的反射波在全區(qū)內(nèi)可以連續(xù)追蹤。而山西屬石炭、二疊海相地層,沉積環(huán)境穩(wěn)定。因此,深層地震地質(zhì)條件屬良好1.2腳和丘陵地段針對(duì)山區(qū)地形復(fù)雜淺層地震地質(zhì)條件差的特點(diǎn)在成孔時(shí)采取了多種手段,不同的地段采取了不同的成孔方法。在山腳和溝谷地段、流沙、礫石層覆蓋地段,采用車載鉆機(jī)用螺旋鉆鉆進(jìn),下藥叉下藥的方法進(jìn)行施工;在山坡黃土直接覆蓋在基巖上的地段,采用空壓機(jī)進(jìn)行成孔;在基巖直接出露地表的地段,采用鑿巖機(jī)、手搬鉆機(jī)等工具,通過(guò)大量的成孔方法的對(duì)比試驗(yàn)工作,取得了一套較為完善的山區(qū)成孔方法,解決了山區(qū)地震波激發(fā)的難題。1.3觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和參數(shù)的選擇1.3.1地段觀測(cè)方式由于山區(qū)地形較為復(fù)雜,且常見(jiàn)野外施工無(wú)法通過(guò)的密集林帶。因此,在野外觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中,在個(gè)別地段采用特觀的方式進(jìn)行野外施工,如雙“L”型觀測(cè)系統(tǒng)、蛛網(wǎng)狀觀測(cè)系統(tǒng)、雙側(cè)爆炸觀測(cè)系統(tǒng)等。在特殊觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),通過(guò)激發(fā)區(qū)映像,根據(jù)反射的一致性,以人機(jī)交互的方式進(jìn)行設(shè)計(jì),這樣可以實(shí)時(shí)清晰地看到炮點(diǎn)和檢波點(diǎn),并可以根據(jù)其對(duì)反射區(qū)的影響隨時(shí)修改炮點(diǎn)和檢波點(diǎn),以便確定炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)和反射點(diǎn)的合理分布。1.3.2資料來(lái)源及疊加次數(shù)三維采集參數(shù)的選擇,主要涉及到道距的選擇、炮點(diǎn)距的選擇、最小炮檢距的選擇、最大炮檢距的選擇、最大非縱距的選擇和空間采樣間隔的選擇等。其中道距和炮距的選擇和二維數(shù)據(jù)采集相同,當(dāng)排列一定時(shí),炮距的選擇和疊加次數(shù)有關(guān)。而三維地震勘探對(duì)疊加次數(shù)的要求并不高,主要視區(qū)內(nèi)多次波和噪音的發(fā)育情況及所采用的壓制方式來(lái)確定。最小炮檢距的選擇和二維地震勘探類似,既要考慮近炮點(diǎn)道所受干擾程度,又要考慮到最淺目的層的埋深。最大炮檢距的選擇與共面元內(nèi)彌散半徑、反射系數(shù)、動(dòng)校正拉伸、速度等分析精度等有關(guān);最大非縱距的選擇與測(cè)區(qū)的地層傾角,地層速度、目的層埋深等多個(gè)參數(shù)有關(guān),其關(guān)系為:Ymax=(2Tφ———地層傾角;T空間采樣間隔的選擇,既要使其不產(chǎn)生空間假頻,又要滿足探測(cè)精度。因此,根據(jù)測(cè)區(qū)的已知地質(zhì)資料和波場(chǎng)調(diào)查所得結(jié)論,該區(qū)采用了如下采集參數(shù)(以山西陽(yáng)泉煤礦三維地震為例):觀測(cè)系統(tǒng)采用了便捷的12線6炮制束狀測(cè)系統(tǒng)和特觀相結(jié)合的方式進(jìn)行施工。1.3.3檢波器及測(cè)波器參數(shù)通過(guò)對(duì)自然頻率為40Hz、60Hz、100Hz和加速度檢波器的對(duì)比試驗(yàn),最后選擇了6個(gè)自然頻率方60Hz的檢波器。由于屬山區(qū)勘探,地形變化較大;地表物質(zhì)不均勻,采用縱向、橫向或面積組合都不適宜,特別是受地形影響,無(wú)法將檢波器組合圖形放在最佳耦合,并且檢波器的埋置必須保證在實(shí)測(cè)的檢波點(diǎn)上,這樣確保了野外地震采集的質(zhì)量。2觀測(cè)方式控制面波干擾由于山區(qū)地形復(fù)雜、基巖出露,山區(qū)地震勘探存在諸如無(wú)法成孔,或炮孔淺,干擾波大等諸多因素的影響,針對(duì)這一情況采取了如下方法來(lái)克制這些困難,以確保野外資料的采集質(zhì)量。(1)采用規(guī)則觀測(cè)系統(tǒng)和特殊觀測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合,盡量滿足疊加次數(shù),保證共反射點(diǎn)在全區(qū)內(nèi)的均勻分布。(2)在基巖埋藏較淺地段,采用空壓機(jī)成孔,盡量保證在巖石中激發(fā);在基巖出露地段,用鑿巖機(jī)成孔;在孔淺處采用組合井進(jìn)行施工,避免了大藥量引發(fā)干擾大的影響。(3)針對(duì)山區(qū)面波干擾大的情況,在理論允許的情況下,盡量選擇最大的最小炮檢距,以控制面波干擾。(4)由于山區(qū)施工產(chǎn)生的飛石,巖石碎片對(duì)設(shè)備和人員的威脅較大,因此在盡量選擇最大的最小炮檢距之外,采用了端點(diǎn)下傾發(fā)炮的方式進(jìn)行施工,來(lái)避免飛石和巖石碎片對(duì)設(shè)備和人員的傷害。3利用初至折射靜校正技術(shù)由于山區(qū)地形變化較大,低速帶變化劇烈,無(wú)法查清;且井深變化較大。因此在資料處理時(shí),特別注重了井深校正和地形校正工作,并利用初至折射靜校正手段,很好地解決了低降速帶對(duì)地震資料的影響。在正陽(yáng)煤礦,二道河子煤礦和山西個(gè)大煤礦均取得了良好的處理