基于“卓越計(jì)劃”的煤田地震勘探教學(xué)模式

[摘 要]煤田地震勘探技術(shù)的普及應(yīng)用，要求物探專業(yè)與相關(guān)的地質(zhì)專業(yè)學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)不能停留在理論方面，提高編制工程設(shè)計(jì)、野外數(shù)據(jù)采集、室內(nèi)處理及解釋技術(shù)的能力才能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需求。鑒于此，把本專業(yè)課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式改為動(dòng)手解決問(wèn)題及創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式。

[關(guān)鍵詞]煤田 地震勘探 觀測(cè)系統(tǒng) 工程設(shè)計(jì) 卓越工程師

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2015）08-0146-02

“煤炭黃金十年”大大地推動(dòng)煤炭地質(zhì)事業(yè)的發(fā)展，尤其是煤田地震勘探技術(shù)的應(yīng)用和煤田三維地震勘探技術(shù)的普及推廣，為煤礦開采提供了更為有效的勘探手段和可靠的地質(zhì)依據(jù)。[1]同時(shí)也推動(dòng)了煤田地震勘探課程教學(xué)的改革與發(fā)展。我校資源勘查工程、地質(zhì)工程、水文及水資源工程、地球信息科學(xué)與技術(shù)及煤與煤層氣工程先后增加了煤田地震勘探教學(xué)內(nèi)容或煤田三維地震勘探課程。[2]受“卓越計(jì)劃”啟發(fā)，就傳統(tǒng)的煤田地震勘探教學(xué)談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

一、細(xì)化專業(yè)理論教學(xué)，掌握知識(shí)點(diǎn)

針對(duì)二維地震勘探觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)，主要知識(shí)點(diǎn)包括以下幾方面：其一，深刻理解觀測(cè)系統(tǒng)概念、設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)及相關(guān)參數(shù)的計(jì)算公式。其二，理解地面的觀測(cè)方式與地下勘探的反射點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系，掌握利用綜合平面圖示法繪制觀測(cè)系統(tǒng)圖的要領(lǐng)，目的是對(duì)已知的觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)通過(guò)圖示的方法表達(dá)觀測(cè)系統(tǒng)中炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)和排列的所有道，并確定滿覆蓋次數(shù)起止位置，會(huì)計(jì)算滿覆蓋次數(shù)的范圍。其三，設(shè)計(jì)的觀測(cè)系統(tǒng)在生產(chǎn)中如何實(shí)施。

（一）勘探深度與勘探的排列長(zhǎng)度之間的關(guān)系

勘探排列長(zhǎng)度與勘探深度一般是0.5～1.5倍的關(guān)系，視具體情況而定，主要依據(jù)以下計(jì)算公式來(lái)確定排列的參數(shù)。

設(shè)激發(fā)點(diǎn)移動(dòng)道數(shù)為r，覆蓋次數(shù)為n，儀器接收道數(shù)為N，S為與觀測(cè)系統(tǒng)有關(guān)的常數(shù)，單邊激發(fā)S=1，雙邊激發(fā)S=2；則有

r=NS / 2n

這里著重強(qiáng)調(diào)以下幾點(diǎn)：

1.雙邊激發(fā)就是一個(gè)排列不動(dòng)的情況下先后分別在兩端激發(fā)；

2.中間激發(fā)時(shí)S=2；儀器接收道數(shù)為N，與排列長(zhǎng)度有關(guān)，排列長(zhǎng)度≈目的層埋深；

3.煤田二維地震勘探在淺層地震地質(zhì)條件好的地區(qū)一般覆蓋次數(shù)n=12次；

4.煤田地震勘探目的層比較淺，故道距一般采用10米。

（二）地面觀測(cè)點(diǎn)與地下勘探目的層反射點(diǎn)之間的關(guān)系

大家知道地震勘探就是在地面進(jìn)行人工炸藥激發(fā)地震波向地下傳播，遇界面反射回地表，檢波器接受到信號(hào)傳輸儀器記錄下來(lái)。那么地面觀測(cè)點(diǎn)與地下界面的反射點(diǎn)之間的關(guān)系就是觀測(cè)系統(tǒng)。綜合平面圖是反映觀測(cè)系統(tǒng)關(guān)系的表達(dá)方式。

綜合平面圖示法是沿測(cè)線標(biāo)出若干炮點(diǎn)和第一個(gè)排列的檢波點(diǎn)。將檢波點(diǎn)投影到過(guò)炮點(diǎn)的45度線上，過(guò)任一個(gè)檢波點(diǎn)做垂線，垂線相交的炮線條數(shù)，即該CDP點(diǎn)的疊加次數(shù)。[3]

概念比較抽象，采用綜合平面圖示法畫出相應(yīng)的地下反射點(diǎn)就一目了然了。偏移距為0，采集道為12道3次覆蓋觀測(cè)系統(tǒng)圖如圖1所示。第一個(gè)反射點(diǎn)與地面測(cè)點(diǎn)橫向位置一致，地面測(cè)點(diǎn)間距就是道距10米，而地下反射點(diǎn)CDP間距是5米。

從圖1不難看出，測(cè)線50米處是滿3次覆蓋起點(diǎn)，放6炮所觀測(cè)滿3次覆蓋的范圍是75米。通過(guò)觀測(cè)系統(tǒng)的制作可以了解到反射點(diǎn)CDP間距是5米，是接收道距10米的一半。

■

圖1 12道3次覆蓋觀測(cè)系統(tǒng)圖

（三）觀測(cè)系統(tǒng)在工程勘探中的移動(dòng)方式

地震勘探野外數(shù)據(jù)采集施工是按放炮的順序，對(duì)于一個(gè)固定的觀測(cè)系統(tǒng)排列，簡(jiǎn)單理解看似整體搬家一樣，炮和排列的相對(duì)位置不變，而實(shí)際施工起來(lái)為了省時(shí)省力，施工采用滾動(dòng)的方式，放完一炮，相應(yīng)下一炮的接收排列往施工前方滾動(dòng)，收起后面不用的地震道，增加前面的備用道。

通過(guò)以上知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，把知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)就形成了對(duì)二維地震勘探由觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)到工程實(shí)施過(guò)程的了解。

二、勘探工程觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)二維地震勘探觀測(cè)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，學(xué)生們基本上理解和掌握了觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念、參數(shù)和步驟。如果不聯(lián)系實(shí)際或解決具體的地質(zhì)問(wèn)題，就難以與生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合起來(lái)，所以理論學(xué)習(xí)結(jié)束后應(yīng)布置課程設(shè)計(jì)一次，讓同學(xué)們針對(duì)煤礦生產(chǎn)需求做一個(gè)煤田二維地震勘探的觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，讓他們知道學(xué)有所用之道。

實(shí)例：某煤礦開采過(guò)程中，煤層（埋深500米，煤厚6米）突然缺失，無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)，請(qǐng)問(wèn)采用什么技術(shù)手段解決這一地質(zhì)問(wèn)題？請(qǐng)?zhí)峁┛尚行苑桨浮?/p>

課程設(shè)計(jì)初步方案：生產(chǎn)礦井煤層突然缺失初步判斷為前方出現(xiàn)斷層（斷距應(yīng)大于6米）導(dǎo)致煤層缺失，如何判斷斷層性質(zhì)、斷距大小最有效的技術(shù)手段應(yīng)為二維地震勘探方法，因?yàn)槟壳暗卣鹂碧街饕褪墙鉀Q地質(zhì)構(gòu)造問(wèn)題。那么根據(jù)已知煤層埋深可以分析判斷以下觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)：

1.根據(jù)目的層埋深可以判斷排列長(zhǎng)度是500米左右，由于煤層埋深淺，一般采用道距10米，滿覆蓋次12次就可以解決地質(zhì)構(gòu)造問(wèn)題，那么根據(jù)炮間距與覆蓋次數(shù)的計(jì)算關(guān)系式，初步確定排列長(zhǎng)度為480米比較適宜。

2.在地層傾角不大或是單斜地層時(shí)，最好采用單邊下傾激發(fā)，這里S=1。

3.如果要確定地下煤層缺失區(qū)構(gòu)造，至少地面要勘探1000米（滿12次覆蓋），并且測(cè)線布置方向垂直構(gòu)造走向。

4.采用綜合平面圖示法畫出觀測(cè)系統(tǒng)圖可知這次地震勘探施工參數(shù)如下：加上附加段測(cè)線長(zhǎng)度為1580米，偏移距為0，道距10米，48道采集道，總計(jì)地震生產(chǎn)物理點(diǎn)51個(gè)，測(cè)點(diǎn)159個(gè)。

總之，通過(guò)理論學(xué)習(xí)，了解觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是二維地震勘探工程觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，覆蓋次數(shù)、接收道數(shù)的多少?zèng)Q定炮點(diǎn)移動(dòng)道數(shù)的多少，即決定炮間距，同時(shí)也決定地震勘探的工作量的大小；掌握綜合平面圖示法，可以位置畫出觀測(cè)系統(tǒng)圖，可直觀地看出目的層界面上地震觀測(cè)次數(shù)，并可判斷滿覆蓋次數(shù)的起止和范圍及觀測(cè)系統(tǒng)生產(chǎn)實(shí)施過(guò)程的滾動(dòng)方式。

三、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)“卓越計(jì)劃”培養(yǎng)模式的實(shí)施，應(yīng)試教學(xué)過(guò)渡為動(dòng)手解決問(wèn)題能力培養(yǎng)模式，不僅了解了二維地震勘探原理、概念、基本的觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)、計(jì)算公式及能解決什么樣的地質(zhì)問(wèn)題，而且了解了針對(duì)煤礦生產(chǎn)遇到的具體問(wèn)題，采用二維地震勘探方法是如何設(shè)計(jì)制作觀測(cè)系統(tǒng)，并能夠應(yīng)用于生產(chǎn)的。這樣，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)煤田地震勘探的興趣及創(chuàng)新能力，增強(qiáng)了為勘探服務(wù)的信念。

[ 注 釋 ]

[1] 楊雙安.煤田三維地震勘探技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景[J].物探與化探，2004（28）：51-52.

[2] 云美厚.“應(yīng)用地球物理學(xué)”課程整合教學(xué)嘗試[J].中國(guó)地質(zhì)教育，2013（87）：44-46.

[3] 張勝業(yè)，潘玉玲.應(yīng)用地球物理學(xué)原理[M].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，2004：57-68.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]