三維地震在地質(zhì)物探中的應(yīng)用

劉 昊

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

隨著各類(lèi)工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于煤炭等基礎(chǔ)的化石燃料資源的需求量也在進(jìn)一步擴(kuò)大。我國(guó)的地質(zhì)資源存儲(chǔ)十分豐富，在進(jìn)行物探分析的過(guò)程中也需要依靠更具精確度的方式來(lái)保證對(duì)國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)化石資源儲(chǔ)量的有效預(yù)估，也可以更好地利用三維地震的技術(shù)手段輔助技術(shù)人員掌握煤炭層的實(shí)際分布情況，科學(xué)應(yīng)對(duì)各類(lèi)復(fù)雜的地質(zhì)條件。三維地震技術(shù)在勘察分析時(shí)主要依靠不同物質(zhì)對(duì)波的反射影響，可以較好地還原地貌形態(tài)，有效促進(jìn)了地質(zhì)勘查行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。

1 三維地震勘察技術(shù)的基本原理

在地質(zhì)物探的過(guò)程當(dāng)中應(yīng)用三維地震勘查技術(shù)，能夠更好地確定礦層深度和分布位置，便于技術(shù)人員根據(jù)探測(cè)到的數(shù)據(jù)結(jié)果和圖形結(jié)構(gòu)制定科學(xué)的礦層開(kāi)采方案。在三維地震勘察的過(guò)程當(dāng)中需要提前對(duì)待測(cè)區(qū)域做好物理監(jiān)測(cè)點(diǎn)的準(zhǔn)備工作，即下挖一定深度的探測(cè)井并放置炸藥，用模擬地震波的方式檢測(cè)在不同地質(zhì)深度和成分組成情況下對(duì)波的回彈情況，也可以利用多點(diǎn)測(cè)量和時(shí)間差分析的方式對(duì)勘察的精度不斷進(jìn)行優(yōu)化提升。在三維地震勘查技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中可以通過(guò)圖形模擬的方式對(duì)地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效還原，使技術(shù)人員能夠采用更加直觀的分析判斷方式確定礦層的分布狀態(tài)，且相較于二維的信息分布更具參考價(jià)值。

2 三維地震勘探工作的流程分析

2.1 數(shù)據(jù)信息采集

在三維地震勘查工作的開(kāi)展過(guò)程當(dāng)中對(duì)于地理信息數(shù)據(jù)的有效收集是后續(xù)圖像分析的重要前提，在采集之前需要提前對(duì)每一個(gè)物理點(diǎn)做好預(yù)處理工作，定量計(jì)算好炸藥的埋設(shè)深度和用量后進(jìn)行有效的波強(qiáng)探測(cè)。在信息采集的過(guò)程當(dāng)中，細(xì)微的偏差都有可能會(huì)影響到對(duì)礦層面積分布區(qū)域的精確判斷，要求在不同的地貌地形條件之下采用更具針對(duì)性的波長(zhǎng)探測(cè)儀器，包括了檢波器和其他常見(jiàn)的探測(cè)設(shè)備，且在基礎(chǔ)的勘察測(cè)量完成之后還需要進(jìn)行二次復(fù)檢以確保數(shù)據(jù)的真實(shí)有效[1]。檢波器等需要提前安裝在待測(cè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行信息的穩(wěn)定收集，但要注意避免在藥品包過(guò)程當(dāng)中產(chǎn)生的沖擊波影響。

2.2 地震數(shù)據(jù)處理

在對(duì)采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理分析的過(guò)程當(dāng)中需要根據(jù)波強(qiáng)和探測(cè)時(shí)間進(jìn)行有效還原，根據(jù)不同物理檢測(cè)點(diǎn)回傳的探測(cè)信息進(jìn)行有針對(duì)性的預(yù)處理，將相鄰位置處的探測(cè)波強(qiáng)信號(hào)按照時(shí)間差進(jìn)行對(duì)比疊加，盡量避免其產(chǎn)生信號(hào)偏移的影響。在這種疊加處理的過(guò)程當(dāng)中能夠更好地更好地還原出三維立體的地層結(jié)構(gòu)分布情況，這也是三維地震勘查技術(shù)應(yīng)用的主要優(yōu)點(diǎn)。為避免在野外復(fù)雜條件下產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號(hào)存在偏差問(wèn)題，需要在采集完成后立即對(duì)其進(jìn)行野外校正，恢復(fù)振幅信號(hào)后通過(guò)濾波和積分的方式完成整個(gè)處理過(guò)程，使眾多物理探測(cè)點(diǎn)反饋出的郭強(qiáng)信號(hào)能夠得到統(tǒng)一的處理分析。

2.3 地震資料解釋

在對(duì)地震波的信息進(jìn)行解讀分析的過(guò)程當(dāng)中，需要參考對(duì)應(yīng)的資料才能更好的明確該區(qū)域的地層結(jié)構(gòu)分布和礦層資源狀況。在資料解釋的過(guò)程當(dāng)中，需要充分考慮到不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地層特點(diǎn)帶來(lái)的動(dòng)力學(xué)影響問(wèn)題，使技術(shù)人員在對(duì)礦層厚度和分布情況進(jìn)行分析判斷的過(guò)程當(dāng)中更具參考性[2]。在地震資料解釋的過(guò)程當(dāng)中，必須要將所有探測(cè)到的反射波進(jìn)行形制統(tǒng)一后才能夠展開(kāi)對(duì)比分析，這也是保證對(duì)其分析時(shí)間、提升信號(hào)參考性和降低信噪比的重要環(huán)節(jié)，能夠更加精確地分析出當(dāng)前礦層所在的深度和周邊的巖土分布狀態(tài)。

3 三維地震勘察技術(shù)的基本應(yīng)用分析

三維地震技術(shù)的研究和應(yīng)用是一項(xiàng)通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)計(jì)算和分析探測(cè)后形成的科學(xué)論斷，在判斷地質(zhì)構(gòu)造的實(shí)際情況上具有較高的精確性，且通過(guò)雙城時(shí)間的測(cè)算與構(gòu)造能夠有效實(shí)現(xiàn)三維計(jì)算和分析，也是目前世界上地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)當(dāng)中最優(yōu)的技術(shù)和設(shè)備之一。在對(duì)三維地震技術(shù)的分析和判斷過(guò)程當(dāng)中可以有效區(qū)分較為復(fù)雜的山脊和圍巖，其應(yīng)用性能較為優(yōu)越，在許多行業(yè)內(nèi)都有廣泛的應(yīng)用[3]。在地質(zhì)構(gòu)造的分析過(guò)程當(dāng)中可以更好地為地質(zhì)物探和地理學(xué)研究等提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)資料，也有利于減輕技術(shù)人員在前期資料收集方面的工作量，是目前我國(guó)地質(zhì)勘測(cè)行業(yè)當(dāng)中較為先進(jìn)的技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域之一。

4 三維地震勘察與地質(zhì)物探的應(yīng)用分析

4.1 巖溶探測(cè)分析

在對(duì)地下資源進(jìn)行開(kāi)采建設(shè)的過(guò)程中必須要詳細(xì)掌握地質(zhì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)后才能夠更好地確定鉆孔的位置，一旦遇到巖溶區(qū)域進(jìn)行開(kāi)孔很有可能會(huì)造成陷落問(wèn)題產(chǎn)生一定的安全隱患。技術(shù)人員要能夠精確判斷不同反射波和地質(zhì)條件之間的對(duì)應(yīng)性，如在黃土覆蓋條件下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較弱，需要使用更小的地震波進(jìn)行激發(fā)即可，而在一些巖石區(qū)域的成孔條件較好，在選擇激發(fā)波時(shí)要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格計(jì)算后確定來(lái)保障探測(cè)精度。在進(jìn)行巖溶探測(cè)波的解釋當(dāng)中可以提取振幅、傾角等參數(shù)進(jìn)行剖面圖的確定，若發(fā)現(xiàn)有傾角變化激增則說(shuō)明該地質(zhì)條件內(nèi)呈現(xiàn)出孔洞情況，大概率存在陷落柱。在地質(zhì)條件的數(shù)據(jù)過(guò)程當(dāng)中，也能更好為后續(xù)的三維地震技術(shù)應(yīng)用形成一定的判斷前提，對(duì)于一些本身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不大、容易出現(xiàn)坍孔的區(qū)域能夠提前明確并制定對(duì)應(yīng)的成孔方案，使勘探工作更加有效。

4.2 城市斷裂探測(cè)

在城市發(fā)展的過(guò)程中會(huì)逐漸向外層擴(kuò)展，不斷促進(jìn)城市的現(xiàn)代化水平。在新區(qū)規(guī)劃的過(guò)程中必須要提前結(jié)合地質(zhì)資料展開(kāi)詳細(xì)的分析和探究，避免斷裂帶、凹陷區(qū)造成重大損失。在進(jìn)行城市斷裂探測(cè)的過(guò)程中必須要對(duì)檢測(cè)波進(jìn)行嚴(yán)格控制，明確需要進(jìn)行探測(cè)的反射波，減少各類(lèi)干擾波對(duì)實(shí)際參數(shù)獲取帶來(lái)的影響性。三維檢測(cè)技術(shù)能夠有效保障探測(cè)過(guò)程中的檢測(cè)密度，在應(yīng)用時(shí)要根據(jù)不同區(qū)域的地理分布情況選擇合適的觀測(cè)方向，確保地表探測(cè)的條件能夠滿(mǎn)足對(duì)斷裂帶走向的精確判斷[4]。在提升探測(cè)精度的過(guò)程中可以對(duì)面元尺寸進(jìn)行有效分割，在單位面積內(nèi)提升檢測(cè)數(shù)量能夠獲取更多的反射波信息，對(duì)于一些高頻的反射信號(hào)也能夠?qū)崿F(xiàn)有效捕捉，嚴(yán)格控制坍孔深度和測(cè)量誤差。

4.3 礦層位置確定

在進(jìn)行三維地震技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，主要是通過(guò)對(duì)反射波強(qiáng)度的接收和測(cè)試來(lái)確定不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)分布，能夠更好地幫助技術(shù)人員判斷礦層位置形成有效估計(jì)。在勘察的過(guò)程當(dāng)中可以將主要精力集中在便于開(kāi)采的礦層結(jié)構(gòu)當(dāng)中，礦層和周邊的泥土砂石在銜接區(qū)域內(nèi)會(huì)形成波阻差異化的現(xiàn)象，對(duì)于判斷礦層區(qū)域的具體位置有較強(qiáng)的輔助性作用。通過(guò)對(duì)礦層周邊斷層位置的確定能夠更好地判斷出對(duì)地震波的反射位置，而波的反射是一個(gè)連續(xù)變化的過(guò)程，在發(fā)射波并進(jìn)行雙程時(shí)間勘察的過(guò)程當(dāng)中，能夠更好地確定礦層的分布形態(tài)，這對(duì)于判斷總儲(chǔ)量也具有積極意義。

4.4 鐵路斷層探測(cè)

鐵路建設(shè)在前可研階段和勘察階段進(jìn)行工程物探，能夠?yàn)榫€路的規(guī)劃及設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)。由于野外的地形環(huán)境特征較為復(fù)雜，還可能會(huì)穿越一些丘陵地貌分布區(qū)域等，在外層山脊的丘壑和褶皺的影響之下很容易對(duì)地質(zhì)分布情況產(chǎn)生影響，因此在進(jìn)行三維地震波的激發(fā)時(shí)必須要保證一定的深度，特別是在前期進(jìn)行地鉆工作時(shí)可能會(huì)達(dá)到30m左右的深度[5]。在進(jìn)行物探的過(guò)程當(dāng)中，技術(shù)人員必須要提前明確不同方向上波的傳播速率會(huì)存在一定的差距，而這種各向異性也導(dǎo)致了反射波探測(cè)的不穩(wěn)定性，必須要通過(guò)多次探測(cè)和波阻計(jì)算的方式明確結(jié)果，通過(guò)連續(xù)跟蹤和對(duì)比分析的方式不斷提升數(shù)據(jù)信息的可靠性。

4.5 調(diào)節(jié)物探精度

為有效調(diào)節(jié)三維地震觀測(cè)，需要科學(xué)選擇數(shù)據(jù)信息的采集點(diǎn)保證數(shù)據(jù)的全面可靠。在三維地震技術(shù)的測(cè)試過(guò)程當(dāng)中可以采用單井的試驗(yàn)方式完成激發(fā)，井深預(yù)制和炸藥使用時(shí)必須要保證和前期的地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘察之間形成一定的匹配性，避免造成反射波的檢測(cè)障礙或產(chǎn)生安全隱患。在一些復(fù)雜地質(zhì)條件的勘察當(dāng)中需要對(duì)待測(cè)區(qū)域進(jìn)行有效細(xì)化，對(duì)于保障檢測(cè)結(jié)果的可靠性具有重要影響。如在丘陵區(qū)域內(nèi)因?yàn)榈匦螚l件復(fù)雜且存在較大范圍的高程差變化，在進(jìn)行反射波的接收探測(cè)時(shí)使用普通的檢波器很容易出現(xiàn)誤差，特別是在對(duì)波強(qiáng)進(jìn)行判斷時(shí)的可靠性偏弱，需要采用更精確的設(shè)備參與測(cè)量，提前做好勘察規(guī)劃和設(shè)備配置[6]。同時(shí)，在勘察完成后需要對(duì)探測(cè)的物理網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行二次復(fù)查，其占比需要超出1%并保證隨機(jī)分布，能夠更好地驗(yàn)證數(shù)據(jù)結(jié)果的參考性。

4.6 判斷煤炭?jī)?chǔ)量

在確定好礦層的分布區(qū)域和斷層位置后就可以開(kāi)展較為精確的儲(chǔ)量計(jì)算與分析工作，這也是地質(zhì)物探當(dāng)中較為重要的環(huán)節(jié)之一，更有利于提升對(duì)當(dāng)前區(qū)域內(nèi)資源儲(chǔ)備情況的全面掌握。技術(shù)人員可以通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比的方式來(lái)確定該區(qū)域的礦層落差，通過(guò)三維模擬的方式繪制出對(duì)應(yīng)的分布圖樣，為儲(chǔ)量計(jì)算形成更加可靠的參考。在儲(chǔ)量計(jì)算時(shí)需要按照不同礦層深度、煤炭質(zhì)量進(jìn)行有效區(qū)分，如淺層煤和深層煤的地質(zhì)勘查之間有明顯的不同，這對(duì)于資源開(kāi)采方案的確定也會(huì)產(chǎn)生很大的影響。在整個(gè)待測(cè)區(qū)域內(nèi)完成三維地震的波數(shù)分析后需要將已探明的區(qū)域進(jìn)行明確標(biāo)注，分別進(jìn)行編號(hào)和分類(lèi)，能夠更好地說(shuō)明該區(qū)域內(nèi)的有效開(kāi)采位置。

4.7 地震勘察不足

在應(yīng)用三維地震勘查技術(shù)對(duì)礦區(qū)進(jìn)行分布探測(cè)的過(guò)程當(dāng)中還存在有一些技術(shù)上的不足，如有一些異常的波反射區(qū)無(wú)法有效進(jìn)行技術(shù)解釋和分布還原，這也是由于三維地震勘查技術(shù)發(fā)展年限較短且對(duì)復(fù)雜的地下分布結(jié)構(gòu)不夠了解而造成的，還需要繼續(xù)強(qiáng)化技術(shù)投入以便確定不同的重大地質(zhì)現(xiàn)象。在三維地震數(shù)據(jù)的采集和分析過(guò)程當(dāng)中對(duì)于儀器設(shè)備的工作有一定的依賴(lài)性，這也造成了該技術(shù)在全國(guó)進(jìn)行推行和應(yīng)用當(dāng)中的不足，技術(shù)人員在對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行解析時(shí)也會(huì)存在專(zhuān)業(yè)能力參差不齊的現(xiàn)象。三維地震監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)十分突出，但在未來(lái)還需要進(jìn)行完善和優(yōu)化才能更好地滿(mǎn)足在復(fù)雜地形下的地質(zhì)工程物探應(yīng)用和其他行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，在三維地震勘察的過(guò)程中要提前明確勘查區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件分布，特別是對(duì)于存在地下水和河道的區(qū)域要做到準(zhǔn)確的測(cè)量和分析，確定在對(duì)地震波和底層結(jié)構(gòu)分析時(shí)的準(zhǔn)確性。根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果能夠有效判斷出土層、沙礫和礦層等不同的結(jié)構(gòu)，技術(shù)人員需要著重關(guān)注礦層和泥沙銜接區(qū)域的精確判斷，特別是在波阻差上會(huì)有明顯的變化，能夠更好地保證對(duì)礦層分布情況的有效掌握。在煤炭?jī)?chǔ)量的判斷中需要依靠層間距、落差分布等進(jìn)行合理推斷，以三維化的形式確定勘測(cè)結(jié)果。