厚層黃土覆蓋區(qū)地震數(shù)據(jù)采集方法研究

陳立卿 王冰艷

摘要：寧夏固原地區(qū)為厚層黃土覆蓋的山區(qū)，黃土層厚度達270m左右，其淺部干燥的黃土層速度低、厚度大，對地震波的激發(fā)和接收極為不利。根據(jù)該地區(qū)特點，通過大量的試驗工作，確定了最佳的地震數(shù)據(jù)采集方法和參數(shù)，取得了較好的地震原始資料，最終查明了主要可采煤層的賦存情況和構(gòu)造發(fā)育情況。為礦井建設(shè)、生產(chǎn)提供了可靠的地質(zhì)資料。

關(guān)鍵詞：厚層黃土；地震波；數(shù)據(jù)采集

在煤田地質(zhì)勘探中，采用鉆探、測井、地震等多種手段進行綜合勘探，可以降低勘探費用、提高勘探精度和可靠性。然而，在厚層黃土覆蓋區(qū)地震原始資料較差，勘探效果還不盡理想。針對這一狀況，我們在寧夏固原地區(qū)對厚層黃土覆蓋區(qū)地震數(shù)據(jù)采集方法進行了專題研究，以期解決這一難題。

1. 概況

寧夏固原地區(qū)某煤礦為黃土剝蝕丘陵地形，海拔標高+1720～+1860m之間，相對高差140m左右。由于區(qū)內(nèi)黃土垂直節(jié)理發(fā)育，往往于溝谷兩岸形成直立陡壁，加上水流的沖刷，溝谷縱橫切割，形成黃土梁、塬、峁、谷、脊、柱等各種黃土地區(qū)的微地貌景觀。地表條件極為復雜，因此表層地震地質(zhì)條件較差。

區(qū)內(nèi)全部被第四系黃土掩蓋，地表無基巖出露，經(jīng)鉆孔揭露，其地層由老至新依次為：奧陶系中統(tǒng)平?jīng)鋈?、三疊系上統(tǒng)延長群、侏羅系、白堊系下統(tǒng)六盤山群、第三系和第四系。第四系黃土層厚度270m左右，其淺部干燥的黃土層速度低、厚度大，低速帶速度平均400m/s、厚度在6.52～17.6m之間變化較大；降速帶的速度平均為570m/s、厚度在0～65.1m之間變化很大；第四系高速層的速度平均為1860m/s，對地震波的激發(fā)和接收極為不利。所以淺層地震地質(zhì)條件很差。

區(qū)內(nèi)含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組，為一套內(nèi)陸湖泊三角洲沉積，全區(qū)發(fā)育。主要可采煤層5號煤層厚度為6.7m～14.43m，埋藏深度為300m～1100m；8號煤層厚度為2.66m～14.02m，埋藏深度為300m～1150m。煤層傾角一般在9°～30°。煤層與圍巖密度和速度差異較大，有明顯的波阻抗界面，能夠產(chǎn)生能量較強的反射波。因此，深層地震地質(zhì)條件較好。

2. 地震波激發(fā)、接收因素的試驗

針對該區(qū)不同的表、淺層地震地質(zhì)條件及深層地震地質(zhì)條件，選擇8個有代表性的點位進行了試驗。

2.1 試驗工作的基本參數(shù)

儀器型號：Aram-Aries多道遙測地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

記錄格式：SEG-Y。

采樣間隔：1ms。

記錄頻帶：全頻帶。

記錄長度：2s。

前放增益：30 db。

震源：高爆速成型炸藥柱，瞬發(fā)電雷管引爆，井中激發(fā)。

接收道數(shù)：240道。

道距：10m。

偏移距：0m。

發(fā)炮方式：中點激發(fā)。

2.2 試驗內(nèi)容

2.2.1 激發(fā)因素試驗

井深：8m～85m。

藥量：1kg～6kg。

組合井數(shù)：2～12。

組合藥量：每口井1kg、2kg。

2.2.2 接收因素試驗

前放增益：24、30db。

回放濾波：20、25Hz。

檢波器：TZBS-60型高頻檢波器、TZBS-28型低頻檢波器。

檢波器埋置：地表、0.5m深坑。

試驗遵循單因素變化的原則。

2.3 試驗結(jié)果

目的層反射波有：第四系底界反射波—TQ波，時間在130ms～360ms，其能量較強、連續(xù)性較好、視頻為60Hz左右；5號煤層反射波—T5波，時間在310ms～860ms，其能量較強、連續(xù)性較好、視頻為40Hz左右；8號煤層反射波—T8波，時間在340ms～890ms，其能量較強、連續(xù)性較好、視頻為40Hz左右。

主要干擾有：面波能量較弱，速度為380m/s左右，視頻20Hz左右，對近道目的層反射波有一定影響，它與目的層反射波有明顯的速度、頻率差異；直達波能量較強，速度為1700m/s左右，視頻90Hz左右，對遠道目的層反射波干擾較大；淺層多次反射——折射波能量較強，速度為1900m/s左右，視頻50Hz左右，對遠道目的層反射波干擾較大；以及微弱的高頻微震隨機干擾。

圖1為在低洼的溝谷中試驗獲得的地震原始記錄，激發(fā)、接收因素為井深12m，藥量1kg，5井組合激發(fā)，TZBS-60型高頻檢波器接收。圖中可以明顯看出：TQ波在160ms左右，T5波在320ms左右，T8波在380ms左右，目的層反射波能量較強、連續(xù)性較好，易于辨認。

圖2為在較高的山頂上試驗獲得的地震記錄，激發(fā)、接收因素為井深90m，藥量2kg，單井激發(fā)，TZBS-60型高頻檢波器接收。從圖中可以看出：TQ波在180ms左右，其能量強、連續(xù)性好；T5波在420ms左右，其能量較強、連續(xù)性較好；T8波在460ms左右，其能量較弱、連續(xù)性較差。目的層反射波較明顯，易于辨認。

綜上所述，該區(qū)只要打穿第四系低速層和降速層，在高速層中激發(fā)，既能有效地壓制各種干擾波，增強目的層反射波。溝底低洼處5井組合激發(fā)，井深12m、每口井藥量1kg；山上較高處單井激發(fā)，井深90m、藥量2kg；偏移距0m、前放增益30db、TZBS-60型高頻檢波器0m組內(nèi)距三個串聯(lián)線性組合接收可以獲得較好的地震記錄。

3. 彎曲測線的施工方法可行性分析

當直測線穿過黃土覆蓋較厚的山區(qū)，不能取得較好的地震資料時，可考慮沿著低洼的溝底采用彎曲測線的施工方法。彎曲測線的施工方法應(yīng)用前提是溝谷較多、能夠相互連接成網(wǎng)，并且溝谷內(nèi)黃土覆蓋較薄、淺井激發(fā)能夠獲得較好的地震資料。

該區(qū)中部為東西分水嶺，地勢較高，黃土覆蓋較厚，雖然沖溝較多，但不能相互連接成網(wǎng)。并且大多沖溝內(nèi)黃土覆蓋較厚、淺井激發(fā)不能能夠獲得較好的地震資料。淺井激發(fā)能夠獲得較好地震資料的溝谷僅有三座水庫附近的三條溝谷，它們延伸較短，長度均不到2km，并且相互獨立，不能相互連接成網(wǎng)。因此，采用彎曲測線的施工方法不能完成該區(qū)地質(zhì)勘探任務(wù)。

4. 段試驗工作及地震資料處理

經(jīng)過以上點試驗和綜合分析，該區(qū)采用二維直測線的施工方法較合理。為了進一步驗證點試驗所確定的工作方法的合理性，研究論證地震勘探在該區(qū)能否完成地質(zhì)任務(wù)，在D19線（10線）15號鉆孔至1001號鉆孔，長度800m，采用點試驗確定的最佳激發(fā)、接收因素，道距10m，炮距40m，中點激發(fā)，偏移距0m，兩條平行線160×2=320（下轉(zhuǎn)137頁）（上接118頁）道寬線接收，線距10m，疊加次數(shù)20×2=40次，進行了段試驗工作。

在資料處理時，采用常規(guī)處理流程，不加任何修飾性手段，分別做了不同接收道數(shù)、不同激發(fā)方向、不同偏移距的單線、寬線處理，用以確定合理、經(jīng)濟的地震數(shù)據(jù)采集方法。

圖3為經(jīng)過資料處理獲得的地震時間剖面，從圖中可以看出：TQ波在200ms左右，T5波在360ms～440ms左右，T8波在400ms～480ms左右。各目的層反射波能量強、連續(xù)性好、易于辨認。

5. 結(jié)語

通過上述的試驗和分析，可以得到以下幾點結(jié)論：

（1）在厚黃土山區(qū)，地形低洼處采用淺井5井組合激發(fā)，井深12m、每口井藥量1kg；山上較高處采用深井單井激發(fā)，井深90m、藥量2kg；可以獲得較好的地震資料。

（2）該區(qū)煤系地層以向、背斜相間出現(xiàn)為主要構(gòu)造形態(tài)，因此，在觀測系統(tǒng)的設(shè)計方面應(yīng)該以中間發(fā)炮較為適宜。

（3）40m炮間距雙線接收和20m炮間距單線接收獲得的時間剖面煤層反射波的信噪比和連續(xù)性均較好，能夠可靠地反映出煤層構(gòu)造形態(tài)。為了降低勘探費用和提高工作效率，該區(qū)采用40m炮間距雙線接收的寬線施工方法較為合理。

（4）該區(qū)采用0.5m深坑埋置TZBS-60型高頻檢波器，0m組內(nèi)距三個串聯(lián)線性組合接收，偏移距0m、前放增益30db可以獲得較好的地震資料。

（5）該區(qū)采用二維直測線的施工方法較合理。