風(fēng)積沙區(qū)域煤礦三維地震激發(fā)因素選取方法探索及應(yīng)用

梁哲

（河北省煤田地質(zhì)局物測(cè)地質(zhì)隊(duì)，河北 邢臺(tái) 054000）

1 概 況

煤礦三維地震采集資料的優(yōu)劣一直是衡量煤礦三維地震勘探質(zhì)量的金標(biāo)準(zhǔn)，更是決定著勘探成果能否滿足地質(zhì)勘探任務(wù)的基礎(chǔ)。在西部沙漠地區(qū)，勘探區(qū)表層往往覆蓋厚度不均的風(fēng)積沙、沙土等松散堆積物，造成施工所激發(fā)的地震波能量衰減，進(jìn)而影響地震采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量。因此，在風(fēng)積沙區(qū)域選擇合適的激發(fā)因素顯得尤為重要。

2 激發(fā)參數(shù)的選擇

煤礦三維地震的激發(fā)要保證地震波能量足夠，以便提高資料的信噪比，在此前提下盡量提高資料的分辨率。

激發(fā)井深選擇：激發(fā)井深的選擇需要綜合分析子波頻率、激發(fā)能量、是否產(chǎn)生虛反射等，一般選擇潛水面以下進(jìn)行激發(fā)深度，避免產(chǎn)生“虛反射”。潛水面以下的巖性也存在變化，不同巖性中激發(fā)效果不同，因此野外工作，需將激發(fā)深度選擇在較佳的激發(fā)巖性中。

激發(fā)藥量選擇：要采集高信噪比地震資料，須加大激發(fā)能量，突出有效波，壓制隨機(jī)噪音和次生干擾。但激發(fā)能量增加，會(huì)造成脈沖地震子波較胖，導(dǎo)致反射波主頻降低，頻帶變窄；并且，藥量增加，由于大地吸收衰減效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致高頻成份嚴(yán)重?fù)p失。因此，藥量選擇應(yīng)在保證資料一定信噪比的前提下盡量減少藥量，拓寬地震波的頻寬，得到較高主頻，以滿足地震資料分辨率的要求。

3 勘探區(qū)淺表層地質(zhì)條件概況

勘探區(qū)位于地表大面積被風(fēng)積沙、沙土覆蓋，結(jié)構(gòu)松散。風(fēng)積沙以細(xì)粒石英為主，呈波狀沙丘、沙壟及新月形沙丘等，地勢(shì)起伏不平，厚度0～75.97 m，變化范圍較大?；鶐r出露甚少?？碧絽^(qū)地表松散的沙層，較深的潛水面，對(duì)地震波能量吸收衰減作用強(qiáng)烈，該區(qū)的淺表層地震地質(zhì)條件復(fù)雜。

4 區(qū)內(nèi)風(fēng)積沙厚度調(diào)查

結(jié)合區(qū)內(nèi)鉆孔資料及現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況，全區(qū)風(fēng)積沙覆蓋層厚度分布情況如下。

總體上工區(qū)西南部，風(fēng)積沙厚度較厚，基本在18 m 以深，其它區(qū)域由南向北厚度逐漸變薄?；鶐r僅出露在溝谷兩岸及較高的山坡側(cè)壁上。個(gè)別地區(qū)在幾十米范圍內(nèi)，基巖深度有較大的變化，但無(wú)明顯規(guī)律。有鑒于此，需分段在風(fēng)積沙厚度不同的區(qū)域，開展試驗(yàn)工作，對(duì)應(yīng)確定合理的激發(fā)因素。

5 試驗(yàn)點(diǎn)位置選擇

在認(rèn)真分析該區(qū)淺表層地震地質(zhì)條件及區(qū)內(nèi)風(fēng)積沙覆蓋層厚度后，依據(jù)均勻布點(diǎn)及位置靠近鉆孔的原則，在勘探區(qū)內(nèi)布設(shè)試驗(yàn)點(diǎn)3 個(gè)，如圖1 所示，試驗(yàn)線一束。主要進(jìn)行單井的井深、藥量對(duì)比試驗(yàn)及低速帶調(diào)查。

試驗(yàn)點(diǎn)1：位于厚風(fēng)積沙覆蓋區(qū)，鉆孔附近。

試驗(yàn)點(diǎn)2：位于較厚風(fēng)積沙覆蓋區(qū)，鉆孔附近。

試驗(yàn)點(diǎn)3：位于較薄風(fēng)積沙覆蓋區(qū)，附近無(wú)鉆孔分布。

圖1 試驗(yàn)點(diǎn)位置分布示意圖Fig.1 Position distribution of test points

6 試驗(yàn)方案

按照此次煤礦三維地震采集施工設(shè)計(jì)的要求，針對(duì)本區(qū)的采集技術(shù)難點(diǎn)系統(tǒng)安排試驗(yàn)內(nèi)容，主要是單井的井深、藥量對(duì)比試驗(yàn)。

（1） 基礎(chǔ)因素。

①儀器型號(hào)：428XL 數(shù)字地震儀。

②采樣間隔：0.5 ms。

③儀器前放增益（dB）：12。

④記錄長(zhǎng)度：1.0 s。

⑤接收排列：布設(shè)3 條線，每條線60～100道，偏移距10 m，道間距10 m。

⑥檢波器組合形式：3 串2 并。

⑦藥量：1.5 kg。

（2） 試驗(yàn)參數(shù)。

依據(jù)風(fēng)積沙層厚度分布情況，3 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)位的試驗(yàn)參數(shù)具體設(shè)計(jì)如下。

①試驗(yàn)點(diǎn)1（勘探區(qū)南部厚風(fēng)積沙覆蓋區(qū)、單井激發(fā)）。

井深（藥量1.5 kg）：8、12、14、16、18、20 m。

藥量：1.2、1.5、2.1 kg。

②試驗(yàn)點(diǎn)2（勘探區(qū)中部較厚風(fēng)積沙覆蓋區(qū)、單井激發(fā)）。井深（藥量1.5 kg）：9、11、13、15、17 m。藥量（井深17 m）：0.6 、0.9 、1.2 、1.8 、2.1 kg。

③試驗(yàn)點(diǎn)3（勘探區(qū)北部較薄風(fēng)積沙覆蓋區(qū)、單井激發(fā)）。

井深（藥量1.5 kg）：7、9、11、13 m。

藥量（井深13 m）：0.9 kg。

④低速帶調(diào)查。

在試驗(yàn)點(diǎn)位上進(jìn)行低速帶觀測(cè)，以了解淺層速度變化規(guī)律，作為確定激發(fā)井深和激發(fā)層位的參考依據(jù)。低速帶觀測(cè)排列采用相遇時(shí)距曲線折射法觀測(cè)，24 道接收，排列長(zhǎng)度187 m，道距1，2，2，3，3，5，5，10，10，15，25，25，25，15，10，10，5，5，3，3，2，2，1，偏移距為2 m。排列方向?yàn)闁|西向，西小東大，如圖2 所示。激發(fā)井深0.5 m，藥量0.3 kg，采樣率0.25 ms，記錄長(zhǎng)度1.0 s，采用現(xiàn)場(chǎng)地震折射處理系統(tǒng)處理解釋。

6.1 點(diǎn)試驗(yàn)資料分析

3 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)共計(jì)施工物理點(diǎn)27 個(gè)。試驗(yàn)點(diǎn)分析如下。

對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)3 進(jìn)行分析，該實(shí)驗(yàn)點(diǎn)成孔5 個(gè)，2個(gè)13 m 孔見藍(lán)綠色砂質(zhì)泥巖，11 m 孔見粘土，9 m 孔見藍(lán)綠色砂質(zhì)泥巖，7 m 孔為沙層?？紤]炸藥爆炸半徑的影響，實(shí)驗(yàn)孔的間距在3 m 左右?？梢妼?shí)驗(yàn)點(diǎn)3 附近基巖深度變化較劇烈。

圖2 小折射低速帶調(diào)查觀測(cè)系統(tǒng)示意圖Fig.2 Survey and observation system of low velocity zone with small refraction

（1） 井深試驗(yàn)（固定藥量1.5 kg）。

圖3 3 號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)井深對(duì)比試驗(yàn)單炮Fig.3 Single shot for well depth comparison test at No.3 test point

共計(jì)獲得4 張?jiān)囼?yàn)記錄，如圖3 所示。從記錄看井深13 m（基巖面） 在單炮整體面貌上能量較強(qiáng)、頻率較高。應(yīng)用KLSeis 地震資料分析軟件對(duì)所獲記錄進(jìn)行定量分析，如圖4 所示。

圖4 試驗(yàn)點(diǎn)3 井深能量分析、頻譜分析、信噪比分析Fig.4 Well deep energy analysis,spectrum analysis and signal to noise ratio analysis at No.3 test point

結(jié)果表明，井深13 m 能量最強(qiáng)，主頻較高，信噪比最高。

（2） 藥量試驗(yàn)（固定井深13 m）。

單炮藥量0.9 kg、1.5 kg。共計(jì)獲得2 張藥量對(duì)比試驗(yàn)記錄。從單炮記錄看藥量1.5 kg 能量較強(qiáng)，0.9 kg 頻率較高。應(yīng)用KLSeis 地震資料分析軟件對(duì)所獲記錄定量分析，得出結(jié)論：1.5 kg 能量較強(qiáng)、0.6 kg 頻譜最寬，信噪比差距不大。

綜合分析認(rèn)為，在較薄風(fēng)積沙覆蓋區(qū)激發(fā)層位砂質(zhì)泥巖，井深13 m，藥量1.5 kg，可獲得較高的單炮質(zhì)量。

試驗(yàn)點(diǎn)1、2 開展井深、藥量試驗(yàn)分析工作，得出結(jié)論厚風(fēng)積沙覆蓋區(qū)激發(fā)層位致密細(xì)沙層，井深18 m，藥量2.1 kg。較厚風(fēng)積沙覆蓋區(qū)激發(fā)層位17 m 或基巖面，藥量1.5 kg。

6.2 低速帶解釋

低速帶調(diào)查是利用小折射法，主要以不等道距觀測(cè)相遇時(shí)距曲線方法解釋。根據(jù)低速帶解釋結(jié)果：試驗(yàn)點(diǎn)3 處低速層地震波傳播速度為370 m/s，厚度約6.5 m，降速層地震波傳播速度為2 253.0 m/s。井深均在低速帶以深。

7 試驗(yàn)結(jié)果

通過點(diǎn)試驗(yàn)的定量、定性分析，確定此次煤礦三維地震勘探激發(fā)因素。

（1） 勘探區(qū)南部單井激發(fā)，激發(fā)層位致密細(xì)沙層，井深18 m，藥量2.1 kg。

（2） 勘探區(qū)中部單井激發(fā)，激發(fā)層位17m 或基巖面，藥量1.5 kg。

（3） 勘探區(qū)北部單井激發(fā)，激發(fā)層位13 m 或粘土層、基巖面，藥量1.5 kg。

8 結(jié) 語(yǔ)

在沙漠風(fēng)積沙覆蓋層厚度差異大的勘探區(qū)，根據(jù)覆蓋層厚度分區(qū)域開展激發(fā)藥量、激發(fā)井深試驗(yàn)工作，運(yùn)用KLSeis 地震資料分析軟件對(duì)所獲試驗(yàn)單炮的能量、頻譜、信噪比進(jìn)行定量、定性分析，結(jié)合低速帶調(diào)查，能夠確定勘探區(qū)合理激發(fā)井深、藥量，達(dá)到提高單炮分辨率，拓寬頻帶的效果，從而確保獲得具有較高信噪比和分辨率的地震原始資料，為查明勘探區(qū)地質(zhì)構(gòu)造和煤層賦存形態(tài)，完成地質(zhì)任務(wù)奠定基礎(chǔ)。