隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的需求越來(lái)越大，從而對(duì)煤炭資源的開(kāi)發(fā)、利用顯得越來(lái)越重要。國(guó)家對(duì)煤田勘探、開(kāi)發(fā)的投入越來(lái)越大，對(duì)煤田采區(qū)的構(gòu)造和斷層的控制作用，需要更加深入細(xì)致的解釋。諸如要判別斷距為3～5m的小斷層，要?jiǎng)澏ê�水層和隔水層的厚度，要確定大于5m的煤層厚度，研究煤層的結(jié)構(gòu)特征等。這就要求地震剖面不僅要有較高的保真度和信噪比，更需要較高的分辨率，因此，如何提高數(shù)據(jù)采集質(zhì)量已成為地震勘探關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

　　【摘要】隨著煤田地震勘探的不斷深入，對(duì)勘探成果提出了更高的要求，需要能量大，頻率高的反射波，這就要求大幅度地提高野外數(shù)據(jù)采集質(zhì)量。本文通過(guò)對(duì)近地表異常巖性調(diào)查、激發(fā)參數(shù)、環(huán)境噪音等影響因素的研究，認(rèn)為采用增大巖性探井密度進(jìn)行近地表巖性調(diào)查、選用高能小藥量炸藥在含水層的高密度介質(zhì)中激發(fā)，可避開(kāi)和減少環(huán)境噪音影響，使野外數(shù)據(jù)采集質(zhì)量大為提高，為煤層精細(xì)構(gòu)造解釋及研究煤巖層信息提供了良好的基礎(chǔ)。

　　【關(guān)鍵詞】核心論文發(fā)表,煤田勘探,近地表異常,環(huán)境噪音,巖性探井,高能炸藥

　　引言

　　本文以安徽省淮北地區(qū)孫疃井田三維地震勘探為例，在施工方法上圍繞著分辨率、信噪比和保真度三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，從精細(xì)近地表巖性調(diào)查，正確地優(yōu)選激發(fā)因素，消除環(huán)境噪音影響等因素優(yōu)選，獲取了較好的原始資料，取得了明顯的地質(zhì)效果。

　　1近地表異常巖性調(diào)查

　　近地表，指地表以下未成巖的低速介質(zhì)區(qū)，雖然厚度不大，但它對(duì)地震波場(chǎng)改造卻很大，不利于地震勘探采集數(shù)據(jù)的處理。近地表異常是由于近地表高程、厚度、速度的空間變化，當(dāng)?shù)卣鸩ù┻^(guò)近地表時(shí)產(chǎn)生不等量的延遲時(shí)差，它改變了反射時(shí)距曲線所遵循的時(shí)距曲線方程，動(dòng)較正后不能同相疊加成像，不能反映真實(shí)的構(gòu)造形態(tài)。

　　1.1表層影響主要表現(xiàn)在如下幾方面：

　　（1）低、降速層厚度和速度在橫向上是不穩(wěn)定的，它的變化可引起明顯的波至?xí)r間變化；高頻成分的衰減極為顯著，表層厚度1m的變化造成的信號(hào)衰減約相當(dāng)深層的100m或1000m厚度引起的衰減。

　　（2）低、降速層厚度和速度的橫向變化，會(huì)引起不同記錄道子波的不一致。

　　（3）低、降速層厚度和速度的橫向變化，會(huì)造成同一激發(fā)深度的激發(fā)頻譜差異十分明顯。

　　1.2精細(xì)近地表巖性調(diào)查：

　　時(shí)距曲線在空間上變化的形態(tài)是由近地表異常特征決定的，通過(guò)近地表異常校正后，恢復(fù)反射時(shí)距曲線的雙曲線形態(tài)，研究近地表地球物理特征以確定相應(yīng)的低降速帶結(jié)構(gòu)來(lái)求得準(zhǔn)確的靜校正量，消除不同波長(zhǎng)靜校正的影響以提高地震剖面的信噪比和分辨率。

　　隨著勘探技術(shù)的改進(jìn)和高頻勘探的普及，近地表調(diào)查工作已形成一套專門(mén)的方法技術(shù)系列，以往的小折射、微測(cè)井方法雖仍在使用，但采樣點(diǎn)的密度還需增加；新增加了巖性探井，即在一定網(wǎng)格內(nèi)（一般不小于1km×1km）進(jìn)行巖性測(cè)井，揭示淺層地層縱向結(jié)構(gòu)及其變化。

　　圖1、圖2為相鄰炮點(diǎn)所得的監(jiān)視記錄（兩炮的激發(fā)深度和藥量完全一致，但激發(fā)巖性不同）。兩炮的觸發(fā)譜不同，監(jiān)視記錄上明顯出現(xiàn)振幅、頻率的差異。為了有效避免這一現(xiàn)象反復(fù)出現(xiàn)，確保激發(fā)譜相對(duì)一致，通過(guò)近地表巖性調(diào)查工作，查明本區(qū)潛水面一般為6-8m，其上均為松軟的粘土層或泥砂層；大部分地段在5-8m有姜石、盤(pán)砂，流砂；8-11為硬粘土層，12m以下為泥沙層，近地表結(jié)構(gòu)的劃分對(duì)數(shù)據(jù)采集、靜校正方法研究運(yùn)用、靜校正數(shù)據(jù)計(jì)算等均有指導(dǎo)作用。

　　圖1軟粘土層激發(fā)單炮圖2硬粘土層激發(fā)單炮

　　2正確優(yōu)選激發(fā)因素

　　在高頻勘探中，提高激發(fā)信號(hào)的主頻可有效提高反射信號(hào)的主頻和分辨率，激發(fā)出寬頻帶、強(qiáng)能量、高主頻的激發(fā)譜是勘探工作成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，激發(fā)譜主頻的提高是有一定的限度，并非越高越好，它與接收儀器性能及地層的吸收衰減等因素也有關(guān)。

　　通常，希望能夠用較小的藥量激發(fā)出較強(qiáng)的彈性波，實(shí)際上，由于受各種因素（如炸藥藥型、藥包結(jié)構(gòu)、激發(fā)井深、激發(fā)巖性、激發(fā)藥量、激發(fā)方式）的制約，只能有一小部分能量用于產(chǎn)生彈性波，通過(guò)研究激發(fā)參數(shù)應(yīng)選擇威力大（做功能力強(qiáng)）猛度小（介質(zhì)破碎程度小）的高能小藥量炸藥能夠激發(fā)出較強(qiáng)能量的彈性波。

　　2.1炸藥爆速與激發(fā)頻譜關(guān)系

　　一般認(rèn)為爆速高，激發(fā)的子波脈沖越尖銳，我們對(duì)2種不同爆速的炸藥進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)（圖3、圖4），頻率最高、能量最強(qiáng)者為低爆速炸藥所得的記錄，實(shí)踐證明，當(dāng)炸藥的爆速接近于介質(zhì)的波速時(shí)，二者所形成的共振子波脈沖最尖銳，爆炸效果最好[3]。

　　圖3中爆速炸藥單炮記錄圖4低爆速炸藥單炮記錄

　　2.2激發(fā)井深和巖性與頻率信息關(guān)系

　　激發(fā)巖性的性質(zhì)對(duì)所激發(fā)的地震波有一定的影響。在低速帶疏松地層中激發(fā)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)頻率低，在堅(jiān)硬地層中激發(fā)得到的振動(dòng)頻率高。在膠泥、泥沙層中激發(fā)得到的頻率適中，同時(shí)還要考慮爆炸能量與介質(zhì)的耦合關(guān)系，試驗(yàn)表明，爆炸能量與介質(zhì)存在著幾何耦合和阻抗耦臺(tái)的關(guān)系，當(dāng)藥包的直徑與爆炸井的直徑相等時(shí)，幾何耦合100%；炸藥的特性阻抗（炸藥密度×炸藥起爆速度）與介質(zhì)的特性阻抗（巖石密度×巖石中縱潑的波速）之比稱為阻抗耦合，當(dāng)該比值等于1時(shí)，激發(fā)能量最大。根據(jù)藥包與介質(zhì)的耦合關(guān)系，結(jié)合煤田勘探的實(shí)際，小藥量高能炸藥激發(fā)是取得高額信息較好的途徑。

　　從原始井監(jiān)視記錄（圖5、圖6）上看，主要目的層反射波的主頻并不總是隨著井深的增大而提高，10m井深激發(fā)的高頻信息最豐富，這是因?yàn)?0m處為一含水的硬粘土層；經(jīng)研究分析，由于水具有特殊的性質(zhì)，科壓縮性小，無(wú)剪切應(yīng)變，波在水中消耗的能量極小，爆轟壓力衰減慢，產(chǎn)生的應(yīng)力波傳遞好，能量傳遞效率高，有利于高頻的傳遞，因此，選用高能小藥量炸藥，在含水的高密度介質(zhì)中激發(fā)，能夠獲得比較理想的效果。

　　圖5井深8m單炮記錄圖6井深10m單炮記錄2.3激發(fā)能量與高頻信息的關(guān)系

　　炸藥量的多少、爆炸介質(zhì)的巖性、藥包形狀及其與爆炸介質(zhì)的耦合等因素，對(duì)地震波的形狀、波的振幅、頻率等有影響。

　　地震波的振幅A，主頻f與炸藥量Q分別存在著如下關(guān)系：

　　A=K1QM1

　　1/f=K2QM2

　　式中K1，K2，M1，M2為系數(shù)，當(dāng)炸藥量較小時(shí)、系數(shù)趨于l地震脈沖振幅與炸藥量成正比關(guān)系；炸藥量大時(shí)，系數(shù)可減小至0.5～0.1，增大炸藥量對(duì)振動(dòng)振幅增加不大，但產(chǎn)生的地震波頻率降低，視周期增大。

　　分析對(duì)比藥量與頻率之間的關(guān)系，藥量越小頻率越高，但差異并不太明顯。當(dāng)藥量大于2k時(shí)，隨著藥量的增加反射波主頻降低速率減慢，另一方面，激發(fā)藥量越大，反射波能量越強(qiáng)，但大于2kg時(shí)地震波的能量趨于平緩。

　　3消除環(huán)境噪音的影響

　　環(huán)境噪音是提高分辨率和提高野外采集質(zhì)量的重要障礙之一。

　　環(huán)境噪音存在兩個(gè)明顯的特征。一是不可預(yù)測(cè)的隨機(jī)性；二是較寬的頻帶范圍，從幾赫茲到幾百赫茲，它對(duì)提高采集頻率影響較大。特別是對(duì)能量相對(duì)較弱的高頻信號(hào)危害更加明顯。

　　目前在施工中采取的主要對(duì)策是：

　　（1）加大監(jiān)測(cè)密度，調(diào)查環(huán)境噪音的變化規(guī)律，探尋避開(kāi)環(huán)境噪音的最佳方案；

　　（2）研究環(huán)境噪音的頻帶范圍，了解其對(duì)高頻信號(hào)的影響程度，采用寬帶方式。消除部分高頻噪音；

　　（3）創(chuàng)造安靜的施工環(huán)境等。

　　4采集效果分析

　　圖7低能炸藥初疊剖面圖8高能炸藥初疊剖面

　　圖7、圖8是淮北地區(qū)孫疃井田同時(shí)采集的初疊剖面圖，兩條線的施工方法、觀測(cè)系統(tǒng)、資料處理流程完全一致，但剖面結(jié)果差異較大。無(wú)論是信噪比、波組能量和連續(xù)性、主頻和頻寬，后者均有明顯改進(jìn)，主頻普遍增高10Hz左右。主采煤層提高達(dá)20Hz，構(gòu)造特征明顯，斷點(diǎn)清晰程度有明顯改進(jìn)，為對(duì)煤層精細(xì)構(gòu)造解釋及研究煤巖層信息提供了基礎(chǔ)。

　　5結(jié)論

　　通過(guò)對(duì)高分辨率地震勘探的多次實(shí)踐，從不同側(cè)面分析了提高采集質(zhì)量的方法和技術(shù)，得出如下結(jié)論：

　　（1）加強(qiáng)近地表巖性的調(diào)查，用多種方法技術(shù)取全、取準(zhǔn)表層資料，尋找最佳激發(fā)巖性，努力做到在相對(duì)穩(wěn)定的地層條件下激發(fā)。

　　（2）激發(fā)出寬頻帶、強(qiáng)振幅、主頻高的激發(fā)譜是勘探工作成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文中從炸藥類型、激發(fā)深度與激發(fā)巖性、激發(fā)能量等不同角度作了分析和探索，選用高能小藥量炸藥，在含水的高密度介質(zhì)中激發(fā)，能夠獲得比較理想的效果。

　　（3）在消除或減弱環(huán)境噪音對(duì)采集質(zhì)量的影響方面，開(kāi)展了諸如加強(qiáng)對(duì)噪音變化規(guī)律的研究，創(chuàng)造安靜的施工環(huán)境，取得了一定地質(zhì)效果。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]朱國(guó)良、馮玉芬.煤田高舒辯牢地震勘探方法[J].勘探地球物理進(jìn)展，2002（4）.

　　[2]李慶忠.走向精確勘探的道路[M].北京：石油工業(yè)出版社，1993.

　　[3]余壽朋.高分辨率地震勘探[M].北京：石油工業(yè)出版社，1994.

　　[4]李慶忠，田樹(shù)人.提高地震資料信噪比的噪音踢除方法[J].物探科技通報(bào).1989（2）.