張慧利，張 琳，劉 平

(河南省航空物探遙感中心，河南 鄭州 450000)

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炸藥震源和可控震源在厚礫石層覆蓋區(qū)中的試驗對比研究

張慧利，張 琳，劉 平

(河南省航空物探遙感中心，河南 鄭州 450000)

隨著勘探區(qū)地震地質(zhì)條件的日益復(fù)雜，如何解決由于地形高差大、卵礫石層發(fā)育、潛水面較深等原因造成的原始數(shù)據(jù)質(zhì)量較差的情況，這些常見問題成為地震勘探施工的關(guān)鍵。此外，在地震地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)，由于受成井困難、施工效率低、能量及高頻衰減嚴重等因素的影響，采用常規(guī)的炸藥震源激發(fā)很難取得理想效果。本次研究區(qū)通過炸藥震源與可控震源的試驗對比研究，認為在井炮很難實現(xiàn)的復(fù)雜地區(qū)，采用可控震源組合激發(fā)等一系列切實可行的技術(shù)措施，可以取得良好的激發(fā)效果，獲得高信噪比的原始記錄，為后續(xù)的地震地質(zhì)解釋工作奠定堅實的基礎(chǔ)。本次研究，為同類地區(qū)的地震勘探施工提供了參考。

地震勘探；炸藥震源；可控震源；厚礫石層

1 引 言

目前，隨著地質(zhì)礦產(chǎn)勘探范圍的不斷縮小，勘探難度也隨之增大。地震勘探方法作為地質(zhì)礦產(chǎn)勘查的一種重要手段，如何在地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)獲得較好的原始數(shù)據(jù)成為整個地震解釋的首要問題。在實際生產(chǎn)中常用的震源類型有兩種，炸藥震源和可控震源。這兩種震源各有優(yōu)缺點，炸藥震源的優(yōu)點是頻帶寬、激發(fā)能量和勘探深度大(幾千米)；缺點是在復(fù)雜條件下(如松散的干黃土層、沙礫石層)成井困難、施工效率低、能量及高頻衰減嚴重，影響勘探深度及信噪比，另外對環(huán)境有一定的破壞作用?？煽卣鹪吹膬?yōu)點是激發(fā)能量和頻率可控，地表激發(fā)不用成井，受復(fù)雜表淺層條件(如松散的干黃土層、沙礫石層)影響小，生產(chǎn)效率高，對環(huán)境的破壞作用非常?。蝗秉c是激發(fā)能量和勘探深度有一定的限度[1]。本次研究區(qū)淺表層地震地質(zhì)條件復(fù)雜，利用生產(chǎn)前不同震源的試驗分析各自的優(yōu)劣，結(jié)果表明，在上覆第四系松散沙、砂土、礫石層巨厚的特殊環(huán)境下，為了提高勘探質(zhì)量和效率，減少對環(huán)境的破壞，與炸藥震源相比，可控震源的勘探效果更好。

2 勘查區(qū)概況

本勘查區(qū)位于太行山東麓，為丘陵向平原過渡地帶，地勢西南高東北低，相對高差116 m，“V”型沖溝發(fā)育，沖溝邊坡為臺階式下降，臺階高2～3 m，局部達10 m，地表條件給機械車輛的搬遷造成困難；勘查區(qū)地表多為黃土、卵礫石層或鈣質(zhì)膠結(jié)泥巖，淺部不同深度也多存在卵礫石層，潛水面較深，一般在30 m以下。復(fù)雜地表條件及淺部存在的卵礫石層都給炸藥激發(fā)成孔施工造成困難，見圖1。

本勘查區(qū)主要可采煤層為二1煤，厚度大且穩(wěn)定，煤層與圍巖有很大的波阻抗差異，可形成強度突出，連續(xù)穩(wěn)定的T2波；新近系和基巖的接觸面一般也有較明顯的波阻抗差異，且上下地層呈不整合接觸，也可形成特征明顯的反射波(T0波)。

圖1 表淺層地質(zhì)情況Fig.1 Near surface seismic-geologic condition

因此，本區(qū)深層地震地質(zhì)條件較好。

總的來說，勘查區(qū)淺層地震地質(zhì)條件差，而深層地震地質(zhì)條件較好，具備地震勘探的物理前提。

3 炸藥震源和可控震源的試驗對比

基于勘查區(qū)淺表層地形地質(zhì)條件復(fù)雜的情況，在正式施工前進行了充分的試驗工作，主要是在同一位置進行炸藥激發(fā)和可控震源激發(fā)試驗對比，試驗點具體位置見圖2。

圖2 試驗點位置示意圖Fig.2 Sketch map of test point position

3.1 炸藥激發(fā)試驗

1)使用的儀器設(shè)備：使用德國產(chǎn)408UL數(shù)字地震儀和威海雙峰電子集團有限公司生產(chǎn)的60 Hz檢波器進行數(shù)據(jù)采集。

2)觀測系統(tǒng)參數(shù)：60道接收，排列一端激發(fā)，道距20 m，24次覆蓋觀測系統(tǒng)，檢波器采用2串2并組合，堆放；記錄長度2.5 s，采樣間隔1 ms。

3)炸藥激發(fā)試驗：主要進行井深、藥量、多井組合試驗，單井深從1.8 m到8 m，單井藥量從1 kg到4 kg，組合個數(shù)從單井到4井組合，圖3～圖6是比較典型的試驗單炮記錄。

通過炸藥震源試驗可以看出，雖然采取了不同的井深，藥量，單井或多井組合，但是得到的原始記錄高頻干擾嚴重，目的層不突出，因此認為，當(dāng)勘查區(qū)潛水面較深，淺地表存在卵礫石、松散沙土，成井困難，激發(fā)條件差時，采用炸藥激發(fā)獲得的目的層反射波不強，很難達到勘探目的[2]。

圖3 單井深1.8 m、單井藥量1 kg、2井組合Fig.3 Single well depth 1.8 m, single dose 1 kg, 2 wells a group

圖5 井深8 m、藥量4 kg、單井Fig.5 Well depth 8 m, dose 4 kg, single well

圖4 單井深3 m、單井藥量2kg、4井組合Fig.4 Single well depth 3 m, single dose 2 kg, 4 wells a group

圖6 單井深4 m、單井藥量2 kg、3井組合Fig.6 Single well depth 4 m, single dose 2 kg, 3 wells a group

3.2 可控震源試驗

本勘查區(qū)經(jīng)炸藥激發(fā)后未能獲得滿意的原始數(shù)據(jù)，因此在同類地區(qū)進行了可控震源的試驗。震源試驗采用單一因素變化原則，進行了掃描頻率、振動臺次、掃描儀長度和驅(qū)動電平試驗[3]。通過對比選取準確的采集參數(shù)，以最大限度地提高可控震源地震勘探分辨率及地震記錄的信噪比。

3.2.1 固定震源掃描頻率15～99 Hz，掃描長度12 s

試驗振動臺次：1×10、1×12、1×14；2×8、2×10、2×12，見圖7。

試驗表明，固定震源掃描頻率和掃描長度相同的情況下，當(dāng)試驗振動臺次為2×10時，單炮記錄信噪比較高。

3.2.2 固定掃描頻率15～99 Hz，振動臺次2×10

試驗掃描長度： 10 s、12 s、14 s，見圖8。

試驗表明，固定震源掃描頻率和振動臺次相同的情況下，試驗掃描長度為12 s時，單炮記錄高頻干擾噪聲較小。

3.2.3 固定掃描長度12 s和振動臺次2×10

試驗掃描頻率：15～99、20～116、25～121 Hz，見圖9。

試驗表明，固定掃描長度和振動臺次相同的情況下，試驗掃描頻率15～99 Hz時，單炮記錄背景干擾能量較弱，目的層比較連續(xù)。

3.2.4 固定掃描長度12 s和振動臺次2×10，試驗掃描頻率15～99 Hz

試驗驅(qū)動電平：40%、50%、60%、70%，見圖10。

試驗表明，固定掃描長度、振動臺次和試驗掃描頻率相同時，試驗驅(qū)動電平為70 %時，單炮記錄干擾波較弱，有效波能量較強。

通過可控震源試驗對比可以看出，掃描頻率：15～99 Hz，掃描長度12 s，振動臺次2×10，驅(qū)動電平為70 %，獲得的單炮記錄初至清晰，信噪比較高，目的層反射波清晰連續(xù)。在地表條件復(fù)雜、礫石層較厚的區(qū)域，相對炸藥震源，可控震源激發(fā)的單炮記錄有效波突出、連續(xù)，信噪比較高[4]。

圖7 固定震源掃描頻率：15～99 Hz，掃描長度12 sFig.7 Regular seismic source scanning frequency 15～99 Hz, scanning length 12 s

圖8 固定掃描頻率15～99 Hz，振動臺次2×10Fig.8 Regular scanning frequency 15～99 Hz, vibration diesels 2×10

圖9 固定掃描長度12 s，振動臺次2×10Fig.9 Regular scan length 12 s, vibration diesels 2×10

圖10 固定掃描長度12 s和振動臺次2×10，試驗掃描頻率15～99 HzFig.10 Regular scan length 12 s, vibration diesels 2×10, the test scanning frequency 15～99 Hz

4 應(yīng)用效果

在試驗的基礎(chǔ)上，最終確定使用可控震源進行數(shù)據(jù)采集，原始數(shù)據(jù)經(jīng)過精細處理獲得了目的層反射波突出，信噪比較高的時間剖面[5]，見圖11，時間剖面上600～800 ms之間強相位定位二1煤層底板反射波。對全區(qū)時間剖面進行質(zhì)量評價，Ⅰ類+Ⅱ類剖面大于80 %。通過對地震資料的綜合解釋，基本查明了勘查區(qū)內(nèi)斷層的位置及產(chǎn)狀，加強了對區(qū)內(nèi)構(gòu)造的控制。

綜合分析時間剖面，在地震剖面上目的層反射波特征明顯，能量強的位置布置了多個驗證孔位，通過鉆探驗證，二1煤層解釋誤差在5 %以內(nèi)，最小誤差僅8 m左右。

圖11 典型時間剖面的反射波特征Fig.11 Features of reflected wave in typical time section

5 結(jié) 語

在戈壁、山前厚礫石區(qū)潛水面較深，成井困難，激發(fā)巖性差，且炸藥激發(fā)能量散失嚴重，次生干擾強，無法得到較好的原始數(shù)據(jù)時，可控震源依靠施工效率高、成本低、激發(fā)頻率和振幅可以控制等特點可以彌補炸藥震源的不足。隨著勘探技術(shù)的不斷發(fā)展，針對不同勘探條件也對勘探設(shè)備和技術(shù)提出了更高要求，在復(fù)雜地震地質(zhì)條件勘探區(qū)，可控震源將得到越來越廣泛的應(yīng)用。

[1]凌云，高軍，孫德勝,等．可控震源在地震勘探中的應(yīng)用前景與問題分析[J]．石油物探，2008,47(5)：425～438．

[2]陳洪恩．厚礫石層覆蓋區(qū)地震勘探技術(shù)與效果[J]．中國煤田地質(zhì)，2000,12(2)：55～56．

[3]薛海飛，董守華，陶文朋．可控震源地震勘探中的參數(shù)選擇[J]．物探與化探，2010,34(2)：185～190．

[4]張新生．淺談可控震源在煤田地震勘探中應(yīng)用的幾點認識[J]．中國煤田地質(zhì)，2006,18(增刊)：56～57，61．

[5]丁華．可控震源技術(shù)在地震地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)的應(yīng)用[J]．河北煤炭，2007,3：21～22，29．

Comparative Study on Explosive Source Test and Vibroseis Test in Coverage Area of Thick Gravel Laye

Zhang Huili,Zhang Lin,Liu Ping

(AerogeophysicalSurrey&RemoteCenterofHenanRrovince,ZhengzhouHenan450000,China)

As the seismic geological condition is increasingly complex in exploration area, how to solve the poor quality of the raw data caused by the big terrain elevation difference, gravel layer development and deeper groundwater level become the key of seismic prospecting. In addition, in the areas with complex earthquake geological conditions, the conventional explosive source is difficult to achieve the ideal effect, because of the supplying difficulties, low construction efficiency, low energy and high frequency attenuation. Through the comparative study on explosive source and vibroseis, in complex areas that are difficult to implement, a series of practical and feasible technical measures including vibroseis combination can achieve good effects, obtain high signal-to-noise ratio of original records and provide a solid foundation for the seismic geological interpretation of the subsequent work. Lastly, this study provides reference for seismic prospecting in similar areas.

seismic exploration; explosive source; vibrator; thick gravel area

1672—7940(2016)02—0221—06

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.02.015

張慧利(1982-)，女，工程師，主要從事物探技術(shù)工作。E-mail：56180579@qq.com

P631.4

A

2015-09-23