陇东黄土塬区三维地震勘探采集技术
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【摘 要】本文针对陇东黄土塬区第四系黄土层较厚，纵横向变化大，地表高差相对较大的特点，分析了勘探区的地震地质条件及采集中的难点与技术对策；通过大量的试验工作，最终确定根据钻孔岩心的变化来确定激发井深及避虚就实的施工方式来解决激发条件较差的问题，通过对单炮记录及试验线的比较，说明了在黄土塬区进行三维地震勘探是可行的。
1 概况
1.1 勘探区自然条件
勘探区地处陇东黄土高原，地形跌宕起伏，地表相对高差最大240m（地表标高为1213m～1453m之间变化）。地表坡度一般在20°～30°，部分坡度达40°～50°，有多个直立陡坎和冲沟，高差达30余米；植被发育，通视条件差。
1.2 勘探区地质概况
区内大部分基岩被第四系黄土覆盖，仅有零星出露，黄土厚度一般为60m，两极厚度分别为0m、132m。主要地层自下而上有三叠系上统延长群、侏罗系下统富县组、侏罗系中统延安组、直罗组、安定组，白垩系下统志丹群，第三系上统甘肃群、第四系。其中延安组为区的主要含煤地层，岩性多为灰～灰黑色砂岩，粉砂岩，砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩及煤组成。含煤层2～3层，自上而下编号分别为煤2、煤3、煤5，其中主要可采煤层为煤3、煤5；煤3全区穿层点48个，见煤点27个，沉积缺失点21个，见煤点中可采点25个、不可采点2个（小于0.7m为不可采），见煤点两极厚度0.15～16.52m，平均4.95m，埋藏深度变化范围为310.87～619.88；煤5全区穿层点48个，见煤点37个，沉积缺失点10个，断层缺失点1个，见煤点全部可采，见煤点两极厚度0.76～31.66m，平均10.15m，埋藏深度变化范围为330.52m～716.64m，煤层间距在20m～60m之间变化。区内主体体构造为一走向NWW～SE的两翼不对称的背斜，在背斜的倾伏端发育有次一级向斜，背斜轴部倾角在3°～5°之间变化，倾伏端倾角在30°～45°之间变化。
1.3 勘探区地震地质条件分析
工区地表条件复杂，复杂的地表条件，会造成检波点、炮点不能布设到理论设计位置。黄土层的存在对地震资料的品质影响较大，首先，黄土层松散、弹性差、速度低，震源与黄土介质的耦合性很差；其次，黄土层对地震波的高频成分有强烈的吸收衰减作用，导致单张记录的能量弱、频率低；另外，黄土介质的各向异性较严重，波场复杂，容易产生面波、折射波等规则干扰波。因煤层与围岩波阻抗差异明显，能够形成较好的反射波，本勘探区煤层埋藏深度适中是本区三维地震勘探的有利条件，但勘探区内煤层厚度、煤层间距变化大，地层倾角大，增加了勘探难度。综合来说本区地震地质条件复杂。
2 资料采集难点与对策分析
2.1 技术难点
首先，黄土塬复杂的表层条件对地震勘探造成的影响在采集方面主要有以下几点：首先黄土复杂区缺乏良好的激发和接收条件；第二，相干干扰、次生干扰、黄土谐振干扰极其严重；第三，复杂地形影响的空炮、空道造成的反射空白段，以及激发能量在悬崖、陡坎侧面逸散，造成的不良反射段破坏了共反射点（反射面元）的属性；第四，短波长大静校正量的存在使记录在未校正前，反射同相轴的识别难度大，不利现场质量的监控。另外，由厚黄土层内的虚反射界面可能产生的多次波对地震成果解释精度的影响也不容忽视。
其次，因断裂构造、地层倾角、地表标高的变化造成目的层埋藏深度变化大。观测系统设计难度加大。
2.2 技术对策
借鉴以往类似工区的勘探经验，针对干扰波发育、能量逸散问题，可以采用提高覆盖次数的方法来降低影响。首先高覆盖次数的炮检点纵横向分布相对离散，面元道集内传播路径差异的增加破坏了干扰的相干性，从而提高了对干扰的压制能力，其次不同的接收方向，悬崖、陡坎造成的反射“不良”影响是不同的，相邻道迭加时，可以消除了“不良反射段”的影响。
针对目的层埋藏深度变化大的问题，可以采用相同的观测系统类型不同的接收道数来解决，针对煤层倾角大的特征，采用宽方位角观测系统进行数据采集。
针对激发接收条件差的特点，挖去表层的浮土，把检波器插稳，埋在坚实的原生黄土之上，确保有良好的耦合效果；在不影响覆盖次数相对均衡的前提条件下，精选炮点位置，以提高激发效果，选择炮点的原则为：避高就低（避开悬崖陡坎孤峰等不利地形）、喜旧厌新（重复利用能取得好资料的炮点）、避虚就实（尽量在基岩区激发）、增大激发药量和井深，确保一次波能量。
最后，针对山区复杂的地形条件，野外采用根据初步设计进行先测量，二次设计后再施工的三维地震采集流程，同时采用边施工边处理的工作方法，对质量较差的区域采取增加覆盖次数的技术措施。
3 野外资料采集
3.1 观测系统
三维地震勘探施工设计的正确与否至关重要，它直接关系到三维地震勘探的成果质量，关系到三维地震勘探的效益，地震勘探施工设计的缺陷与不足，对地震勘探的影响是巨大的，因为野外采集造成后期资料处理与解释的“硬伤”是不可恢复的，事实上也是难以补救的。施工设计需从地质任务出发，在研究、分析勘探区基础地质资料的基础之上进行。首先，根据收集到的已知地质资料建立勘探区地球物理参数数据库，数据库应包括最浅目的层埋藏深度、最深目的层埋藏深度、预计的反射波层位、地层倾角、对应反射层的平均速度、反射层的双层旅行时间，反射层的反射波主频。然后根据三维地震勘探主要采集参数（时间采样间隔选择、空间采样间隔选择、最大炮检距选择、最大非纵距选择、覆盖次数）的理论公式进行计算后并综合分析，确定观测系统。经过以上流程，本区选择的观测系统参数如下：10线10炮制束状观测系统，线距40m，道距15m，浅部单线接收道数60道，深部接收道数72道，覆盖次数30次（横向5次，纵向6次），小倾角区中点激发，大倾角区下倾单边激发。
3.2 试验工作
黄土塬区的试验工作主要为激发井深、激发药量的选择。由于黄土塬区缺乏潜水位，所以在潜水位下激发是不能实现的。根据洛阳铲成孔的10口微测井资料可知本区的黄土特征（1m～4m处为干黄土，黄土速度200m/s；4m～11m处为潮湿黄土，黄土速度600m/s；8m～13m处为干黄土，黄土速度400m/s；10m～21m处含有一层厚2m的粘性红土，红土速度1500m/s），井深试验分别选择了4m、5m、6m、7m、8m的潮湿黄土层中及13m、15m、17m、19m、21m的粘性红土层作为激发层位，药量选择2kg。试验结果表明，潮湿黄土中激发时不论井深大小得到的记录差异不大，粘性红土中激发不论井深大小得到的记录差异不大，但粘性红土中激发得到的记录明显好于潮湿黄土中激发得到的记录（图1）。这说明在黄土塬区勘探，井深参数只是一个相对概念，重要的是激发层位的选择。本次勘探最终选择进入粘性红土层1.5后作为最终的激发井深。
选择相同的激发层位与井深，分别用1kg、2kg、3kg药量进行试验，认为2kg与3kg药量得到的记录差异不大。本次勘探最终选择在埋藏浅的区域采用2kg药量激发，在埋藏深度较大的区域采用3kg药量激发。根据点试验的成果，完成了两条覆盖次数30次的二维试验线（图2），试验线时间剖面信噪比较高，有效波特征突出，构造现象明显。
井深12m，粘性红土（药量2kg） 井深12m，潮湿黄土（药量2kg）
图1 不同激发层位的试验记录
图2 现场处理的时间剖面
3.3 资料采集
测量工作按照预设计的施工图进行，测量作业组除提供测量点坐标与高程外，同时还需提供地物（如障碍物、悬崖、孤峰、陡坎等）参数，以备再次设计使用。再次设计时主要以炮检互换的理论为基础，具体为：变观设计中，根据期望输出炮点和接收点的分布形式，求解炮点的分布形式。从而可以求出变观后的炮点地面分布形式。把炮点（s）、检波点（g）和共中心点（x）的关系写成褶积形式： sg=x，其Z变换为： S（Z）・G（Z）=X（Z）。式中S（Z）为炮点（线）的Z变换多项式，G（Z）为检波点（线）的Z变换多项式，X（Z）为地下共深度点（CDP）的Z变换多项式。
设计过程以计算机辅助设计为工具进行，设计时需要考虑覆盖次数的相对均匀、炮检距不能大于试验得出的结论。设计中，重点应用的技术避高就低、喜旧厌新、避虚就实（图3），这些技术的运用确保获得了品质较好的第一手资料。本次三维地震勘探工作共完成生产物理点1810个，其中甲级记录1115张，占总数的61.6%，乙级记录682张，占总数的37.1%。这些数据说明本次三维地震勘探原始资料质量是可靠的，采取的技术措施是合理的。
（a） （b）
图3 相邻炮点（间距20m）相同药量、井深与相同排列所得记录
4 结论
从陇东黄土塬区三维地震勘探的采集过程来看，充分试验，生产过程中应用避高就低、喜旧厌新、避虚就实的技术和炮检互换的理论是获得黄土塬区理想资料的基础，同时也说明在黄土塬区进行地震勘探工作是可行的。
【参考文献】
[1]邓志文.复杂山地地震勘探[M].北京：石油工业出版社，2006.
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