摘要：闡述了淺層二維地震的原理及特點，通過對神府礦區(qū)地震地質(zhì)條件、淺層二維地震勘探測線布置原則、觀測系統(tǒng)設(shè)計、資料處理、資料解釋、成果等分析研究，在神府礦區(qū)地震地質(zhì)條件較為復(fù)雜的條件下，淺層二維地震探測采空區(qū)是一種可行、有效、準(zhǔn)確的方法。

關(guān)鍵詞：神府礦區(qū);淺層二維地震;探測;采空區(qū)

引言：

神府礦區(qū)是國家規(guī)劃的13個大型煤炭基地之一，隨著技改工作的推進(jìn)和一批新建大型礦井的建設(shè)，采空區(qū)所誘發(fā)的塌陷、礦震、有毒有害氣體涌出、水害、火災(zāi)等問題成為困擾煤炭企業(yè)安全和可持續(xù)發(fā)展的重要問題。探測采空區(qū)最有效的辦法是地震勘探，但神府礦區(qū)青苗賠償難度大、火工品不易辦理，嚴(yán)重影響到地震勘探的周期，設(shè)置某些地區(qū)無法開展地震勘探。如何優(yōu)化地震勘探方式，使其可以正常開展且能夠達(dá)到探測精度要求。本文通過有針對性的優(yōu)化選擇二維地震測線布置方式、激發(fā)方式和觀測系統(tǒng)、優(yōu)化資料處理流程和解釋方法，成功解決了上述問題，部分資料得到甲方驗證，效果較好。

一、淺層二維地震原理及特點

（一）方法原理

淺層地震勘探是通過人工激發(fā)的彈性波在地殼內(nèi)傳播，以此來探查地質(zhì)構(gòu)造。由震源激發(fā)的彈性波，從激發(fā)點開始，逐漸向外傳播擴(kuò)散，當(dāng)?shù)卣鸩ǖ膫鞑ビ龅綇椥越橘|(zhì)不同的界面，界面對地震波有反射作用。采用高精度檢波器將由界面反射的彈性波產(chǎn)生的振動信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，由地震勘探測試儀經(jīng)過濾波、放大作用后，把信號記錄下來。對數(shù)據(jù)分析解釋以此推算不同地層分界面的埋藏深度以及產(chǎn)狀、構(gòu)造等。常用于探測埋藏較淺煤層、采空區(qū)、火燒區(qū)、覆蓋層或風(fēng)化殼的厚度，確定斷層破碎帶。

（二）方法特點

由于淺層地震探測深度不大、要求分辨率高，因此除要求震源有適當(dāng)?shù)哪芰俊踩煽亢捅阌谑褂猛?，往往還要求采用能產(chǎn)生較高頻率成分的震源。常用的震源有：錘擊震源、雷管和炸藥震源、地震槍震源、電火花震源，此外還有一種振動頻率范圍和震動持續(xù)時間可以調(diào)節(jié)的可控震源，以及用于產(chǎn)生橫波和面波的各種專用震源等。檢波器是把地震波到達(dá)引起的地面微弱振動轉(zhuǎn)換成電信號的換能裝置，也稱拾震器。目前常用的檢波器主要由線圈、彈簧片和永久磁鋼架以及外殼組成。當(dāng)?shù)卣鸩▊鞑サ降孛鏁r，檢波器隨之發(fā)生震動，由于慣性作用，其線圈和磁鋼將發(fā)生相對運動而產(chǎn)生和對應(yīng)震動周期的電流信號，由地震勘探儀器將感應(yīng)電流信號放大、顯示，最后記錄，以此來測得地震波。此外還有利用晶體壓電效應(yīng)特性制成的晶體檢波器。①

在淺層反射波法現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集中，為了壓制干擾波和突出有效波，也可根據(jù)不同情況選擇不同的觀測系統(tǒng)，寬角范圍觀測和多次覆蓋觀測是使用最多的。寬角范圍觀測是將接受點布置在臨界點附近的范圍進(jìn)行觀測，此范圍內(nèi)反射波的能量比較強(qiáng)，并且可以避開干擾波的影響，對“弱”反射界面更有優(yōu)越性。多次覆蓋觀測系統(tǒng)就是把不同激發(fā)點、不同接收點上接收到的來自同一反射點的地震記錄進(jìn)行疊加，這樣就可以提高信噪比和地震剖面的質(zhì)量，也是目前地震反射波法中使用最廣泛的。淺層二維地震針對探測采空區(qū)及異常區(qū)的邊界及深度較為精確。②

二、地震地質(zhì)條件

神府礦區(qū)位于陜西省神木市、府谷縣、內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市，系侏羅系煤田

（一）表淺層地震地質(zhì)條件

神府礦區(qū)陜北黃土高原之北側(cè)和毛烏素沙漠東南緣。區(qū)內(nèi)大部屬風(fēng)沙堆積地貌，沙丘、沙壟和沙坪交錯分布，植被稀少。局部地段溝壑縱橫，切割強(qiáng)烈，溝谷兩側(cè)基巖裸露，屬河流侵蝕地貌。不利于地震波的激發(fā)和接收，表淺層地震地質(zhì)條件較差。

（二）深層地震地質(zhì)條件

開采煤層多位于煤系上、下部位，煤系中部多為薄～中厚煤層，煤層結(jié)構(gòu)簡單，主要可采煤層屬穩(wěn)定和較穩(wěn)定類型。主采煤層與其頂、底板存在著明顯的波阻抗差異，無采空區(qū)賦存的地段可形成波形較穩(wěn)定的對應(yīng)反射波，是解釋采空區(qū)的主要依據(jù)。其余煤層形成的對應(yīng)反射波可作為解釋采空區(qū)的輔助相位。深層地震地質(zhì)條件較好。

總體來看，神府礦區(qū)屬于地震地質(zhì)條件較為復(fù)雜的地區(qū)。

三、測線布置原則

淺層二維地震勘探觀測系統(tǒng)選擇主要是從空間采樣間隔、最淺目的層少受直達(dá)波的干擾、動校拉伸畸變不能過大及能夠保證速度分析的精度，以適當(dāng)?shù)母采w次數(shù)使有效波突出、能夠連續(xù)追蹤等方面綜合分析確定。由于神府礦區(qū)地層傾角較小，對于淺層二維地震布線方向基本沒有影響，本著有利于數(shù)據(jù)采集和解釋的原則，測線方向基本垂直地層或構(gòu)造走向。在地震測線布設(shè)方面重點要考慮盡量通過已知鉆孔和測線間距。在觀測系統(tǒng)選擇方面重點要考慮主要目的層深度、接收道距、最大最小炮檢距和疊加次數(shù)等。

依據(jù)以上原則，淺層二維地震布置如下：淺層二維地震線距不大于100m、道距4m、接收道數(shù)80道、排列長度： 320m、激發(fā)點距8m、激發(fā)方式：中間激發(fā)、疊加次數(shù)20次、最小炮檢距4m、最大炮檢距160m、檢波器組合方式為檢波器3個串聯(lián)，挖坑埋置。經(jīng)過試驗，選定人工落重激發(fā)，落重次數(shù)20次。

四、資料處理

（一）技術(shù)要求

1作好基礎(chǔ)工作，如幾何屬性建立，道編輯等。在資料數(shù)據(jù)處理中，選取適合本區(qū)資料特點的處理模塊和參數(shù)，堅持高分辨率資料處理，提高主頻，拓寬頻帶。主要處理模塊和參數(shù)均通過大量的對比試驗確定。突出有效波，提高資料的信噪比和分辨率。③

2在地震資料處理過程中，注重頻率和振幅的保真。

3盡可能拓寬地震信號的有效帶寬，選取適當(dāng)?shù)姆瘩薹e類型及參數(shù)，最大限度提高資料的分辨率。

4進(jìn)行精細(xì)靜校正，增強(qiáng)疊加效果，提高資料的分辨率。

5認(rèn)真做好速度分析，盡可能加密速度點，嚴(yán)密控制速度的橫向變化情況。

（二）主要技術(shù)措施

資料處理應(yīng)以高分辨率、高信噪比、高精度為目標(biāo)，對各種參數(shù)，要進(jìn)行充分試驗，從而確保最佳的處理流程及參數(shù)，獲得較好的地震剖面。

1數(shù)據(jù)處理中努力保持和拓寬地震信號的有效帶寬。

2保持地震信號的相對振幅和反映地層界面特性的動力學(xué)特征，以利于對采空區(qū)解釋。

3加強(qiáng)速度研究，利于地震資料的正確成像，并提高成像質(zhì)量。

（三）采取的手段

為實現(xiàn)上述目標(biāo)，數(shù)據(jù)處理中采取以下手段：

1在不損害有效信號的前提下，全力壓制各種噪聲，提高信噪比。

2在處理的全過程中，始終注意統(tǒng)一波形（做多道反褶積），對齊時間（做好速度分析和動、靜校正等），以保持采集的原始分辨率不因處理而降低。

3多次速度分析，提高DMO疊加成像質(zhì)量。多通域地震道編輯，提高分辨率和信噪比。

4做好相位校正，使子波零相位化。

5加強(qiáng)對DMO速度的研究，利用射線追蹤法分析速度場，利用鉆孔與時間場的關(guān)系求取全區(qū)的等效偏移速度。

結(jié)語：

本文以再神府礦區(qū)淺層二維地震進(jìn)行采空區(qū)探測為例，通過優(yōu)化數(shù)據(jù)采集方式、資料處理和資料解釋等手段，獲得了可靠的地質(zhì)成果，為其他地區(qū)淺部煤層采空區(qū)淺層地震探測提供了參考性資料。

淺層二維地震抗干擾能力強(qiáng)，適用范圍廣，由于對采空區(qū)與正常煤層邊界反應(yīng)敏感，在時間剖面區(qū)別明顯，增強(qiáng)了采空區(qū)解釋的可靠性，減少了采空區(qū)空間位置的不確定性，是一種可行、有效、準(zhǔn)確的采空區(qū)探測方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]張春燕? 三維地震勘探技術(shù)在采空區(qū)探測中的應(yīng)用[J]，煤炭科技，2011（3）

[2]劉巖 采空區(qū)上的地震勘探方法[J]，科技資訊導(dǎo)報2007，（1）

[3]楊雙安，寧書年? 老窯采空區(qū)的地震探測與研究[J]，中國煤田地質(zhì)，2004（2）

[4]王永剛? 地震資料綜合解釋方法[M]，北京，中國石油大學(xué)出版社，2007

[5]王振東? 淺層地震勘探應(yīng)用技術(shù)[M]，北京，地質(zhì)出版社，1988

作者簡介：

孫德泉（1965-），籍貫山東省淄博市，中國煤炭地質(zhì)總局水文物測隊生產(chǎn)技術(shù)部部長。