三维地震勘探在我国的应用

三维地震勘探在我国的应用

0山区三维地震勘探的必要性三维地震勘探将地震方法扩展到三维，现场数据采集在一定范围内，并在一定范围内进行观察。它与通常采用的二维地震勘探方法相比较,突破了二维地震勘探在数据采集时单线观测,在资料解释时横向上多以地质规律进行推测判断的局限,因此大大地提高了地震资料的解释精度和解释成果的可靠性。近年来,三维地震勘探以其特有的优势,在全国范围内得到迅速推广,特别是采区勘探,大多以三维地震勘探的形式展开。但这些三维地震勘探多在地震地质条件较好,地势平坦的地区进行。为各地生产矿井的合理布置与掘进提供了准确可靠的地质资料,给矿区带来了巨大的经济效益。而山区地震勘探由于受到各种条件的制约,三维地震勘探近几年才在山区普遍开展。由于山区地形复杂,交通困难、浅层地震地质条件较差等因素的影响,要解决山区三维地震勘探,首先要解决的是三维观测系统的设计、地震波的激发及接收系统设备轻便化的问题,其次要研究山区地震波的波场及其传播的规律。1999年以来,黑龙江省煤田地质物测队在鸡西矿务局正阳煤矿和二道河子煤矿开展了两个区块的山区三维地震勘探,开山区地震勘探之先河,勘探面积约为3km1施工方法的研究1.1地球物理特征1.1.1低水面及高沟深坎陡区由于勘探区属于典型的侵蚀作用形成的山区,因此地形极为复杂,沟谷发育,且多为沟深坎陡,区内的相对高差较大,常见施工无法通过密集林带,见图1。1.1.2地震激发层位不含水表层多为黄土、风化岩和乱石、流沙、砾石等山洪冲积和坡积物、除少部分沟谷处地震激发层位含水外,大多地段地震激发层位不含水。沟谷处多以山洪冲积的流沙、砾石和乱石为主,山坡多以黄土覆盖,从下～上黄土覆盖层厚度激剧变薄,山岗上多以风化岩覆盖,或风化岩与基岩相间分布,基岩裸露区风化十分严重,坡积地段随处可见,坡积物成分复杂,结构松散。这些均给地震波的激发带来了很大的困难。1.1.3煤系和药物地层沉积的差异由于正阳煤矿和二道河子煤矿属于鸡西煤田火成岩不发育的地区,煤系地层沉积较稳定,煤层发育,煤层和围岩之间的物性差异十分明显,目的煤层的反射波在全区内可以连续追踪。而山西属石炭、二叠海相地层,沉积环境稳定。因此,深层地震地质条件属良好1.2脚和丘陵地段针对山区地形复杂浅层地震地质条件差的特点在成孔时采取了多种手段,不同的地段采取了不同的成孔方法。在山脚和沟谷地段、流沙、砾石层覆盖地段,采用车载钻机用螺旋钻钻进,下药叉下药的方法进行施工;在山坡黄土直接覆盖在基岩上的地段,采用空压机进行成孔;在基岩直接出露地表的地段,采用凿岩机、手搬钻机等工具,通过大量的成孔方法的对比试验工作,取得了一套较为完善的山区成孔方法,解决了山区地震波激发的难题。1.3观测系统的设计和参数的选择1.3.1地段观测方式由于山区地形较为复杂,且常见野外施工无法通过的密集林带。因此,在野外观测系统的设计过程中,在个别地段采用特观的方式进行野外施工,如双“L”型观测系统、蛛网状观测系统、双侧爆炸观测系统等。在特殊观测系统设计时,通过激发区映像,根据反射的一致性,以人机交互的方式进行设计,这样可以实时清晰地看到炮点和检波点,并可以根据其对反射区的影响随时修改炮点和检波点,以便确定炮点、检波点和反射点的合理分布。1.3.2资料来源及叠加次数三维采集参数的选择,主要涉及到道距的选择、炮点距的选择、最小炮检距的选择、最大炮检距的选择、最大非纵距的选择和空间采样间隔的选择等。其中道距和炮距的选择和二维数据采集相同,当排列一定时,炮距的选择和叠加次数有关。而三维地震勘探对叠加次数的要求并不高,主要视区内多次波和噪音的发育情况及所采用的压制方式来确定。最小炮检距的选择和二维地震勘探类似,既要考虑近炮点道所受干扰程度,又要考虑到最浅目的层的埋深。最大炮检距的选择与共面元内弥散半径、反射系数、动校正拉伸、速度等分析精度等有关;最大非纵距的选择与测区的地层倾角,地层速度、目的层埋深等多个参数有关,其关系为:Ymax=(2Tφ———地层倾角;T空间采样间隔的选择,既要使其不产生空间假频,又要满足探测精度。因此,根据测区的已知地质资料和波场调查所得结论,该区采用了如下采集参数(以山西阳泉煤矿三维地震为例):观测系统采用了便捷的12线6炮制束状测系统和特观相结合的方式进行施工。1.3.3检波器及测波器参数通过对自然频率为40Hz、60Hz、100Hz和加速度检波器的对比试验,最后选择了6个自然频率方60Hz的检波器。由于属山区勘探,地形变化较大;地表物质不均匀,采用纵向、横向或面积组合都不适宜,特别是受地形影响,无法将检波器组合图形放在最佳耦合,并且检波器的埋置必须保证在实测的检波点上,这样确保了野外地震采集的质量。2观测方式控制面波干扰由于山区地形复杂、基岩出露,山区地震勘探存在诸如无法成孔,或炮孔浅,干扰波大等诸多因素的影响,针对这一情况采取了如下方法来克制这些困难,以确保野外资料的采集质量。(1)采用规则观测系统和特殊观测系统相结合,尽量满足叠加次数,保证共反射点在全区内的均匀分布。(2)在基岩埋藏较浅地段,采用空压机成孔,尽量保证在岩石中激发;在基岩出露地段,用凿岩机成孔;在孔浅处采用组合井进行施工,避免了大药量引发干扰大的影响。(3)针对山区面波干扰大的情况,在理论允许的情况下,尽量选择最大的最小炮检距,以控制面波干扰。(4)由于山区施工产生的飞石,岩石碎片对设备和人员的威胁较大,因此在尽量选择最大的最小炮检距之外,采用了端点下倾发炮的方式进行施工,来避免飞石和岩石碎片对设备和人员的伤害。3利用初至折射静校正技术由于山区地形变化较大,低速带变化剧烈,无法查清;且井深变化较大。因此在资料处理时,特别注重了井深校正和地形校正工作,并利用初至折射静校正手段,很好地解决了低降速带对地震资料的影响。在正阳煤矿,二道河子煤矿和山西个大煤矿均取得了良好的处理