厚层黄土覆盖区地震数据采集方法研究
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摘要：宁夏固原地区为厚层黄土覆盖的山区，黄土层厚度达270m左右，其浅部干燥的黄土层速度低、厚度大，对地震波的激发和接收极为不利。根据该地区特点，通过大量的试验工作，确定了最佳的地震数据采集方法和参数，取得了较好的地震原始资料，最终查明了主要可采煤层的赋存情况和构造发育情况。为矿井建设、生产提供了可靠的地质资料。
关键词：厚层黄土；地震波；数据采集
在煤田地质勘探中，采用钻探、测井、地震等多种手段进行综合勘探，可以降低勘探费用、提高勘探精度和可靠性。然而，在厚层黄土覆盖区地震原始资料较差，勘探效果还不尽理想。针对这一状况，我们在宁夏固原地区对厚层黄土覆盖区地震数据采集方法进行了专题研究，以期解决这一难题。
1. 概况
宁夏固原地区某煤矿为黄土剥蚀丘陵地形，海拔标高+1720～+1860m之间，相对高差140m左右。由于区内黄土垂直节理发育，往往于沟谷两岸形成直立陡壁，加上水流的冲刷，沟谷纵横切割，形成黄土梁、塬、峁、谷、脊、柱等各种黄土地区的微地貌景观。地表条件极为复杂，因此表层地震地质条件较差。
区内全部被第四系黄土掩盖，地表无基岩出露，经钻孔揭露，其地层由老至新依次为：奥陶系中统平凉群、三叠系上统延长群、侏罗系、白垩系下统六盘山群、第三系和第四系。第四系黄土层厚度270m左右，其浅部干燥的黄土层速度低、厚度大，低速带速度平均400m/s、厚度在6.52～17.6m之间变化较大；降速带的速度平均为570m/s、厚度在0～65.1m之间变化很大；第四系高速层的速度平均为1860m/s，对地震波的激发和接收极为不利。所以浅层地震地质条件很差。
区内含煤地层为侏罗系中统延安组，为一套内陆湖泊三角洲沉积，全区发育。主要可采煤层5号煤层厚度为6.7m～14.43m，埋藏深度为300m～1100m；8号煤层厚度为2.66m～14.02m，埋藏深度为300m～1150m。煤层倾角一般在9°～30°。煤层与围岩密度和速度差异较大，有明显的波阻抗界面，能够产生能量较强的反射波。因此，深层地震地质条件较好。
2. 地震波激发、接收因素的试验
针对该区不同的表、浅层地震地质条件及深层地震地质条件，选择8个有代表性的点位进行了试验。
2.1 试验工作的基本参数
仪器型号：Aram-Aries多道遥测地震数据采集系统。
记录格式：SEG-Y。
采样间隔：1ms。
记录频带：全频带。
记录长度：2s。
前放增益：30 db。
震源：高爆速成型炸药柱，瞬发电雷管引爆，井中激发。
接收道数：240道。
道距：10m。
偏移距：0m。
发炮方式：中点激发。
2.2 试验内容
2.2.1 激发因素试验
井深：8m～85m。
药量：1kg～6kg。
组合井数：2～12。
组合药量：每口井1kg、2kg。
2.2.2 接收因素试验
前放增益：24、30db。
回放滤波：20、25Hz。
检波器：TZBS-60型高频检波器、TZBS-28型低频检波器。
检波器埋置：地表、0.5m深坑。
试验遵循单因素变化的原则。
2.3 试验结果
目的层反射波有：第四系底界反射波―TQ波，时间在130ms～360ms，其能量较强、连续性较好、视频为60Hz左右；5号煤层反射波―T5波，时间在310ms～860ms，其能量较强、连续性较好、视频为40Hz左右；8号煤层反射波―T8波，时间在340ms～890ms，其能量较强、连续性较好、视频为40Hz左右。
主要干扰有：面波能量较弱，速度为380m/s左右，视频20Hz左右，对近道目的层反射波有一定影响，它与目的层反射波有明显的速度、频率差异；直达波能量较强，速度为1700m/s左右，视频90Hz左右，对远道目的层反射波干扰较大；浅层多次反射――折射波能量较强，速度为1900m/s左右，视频50Hz左右，对远道目的层反射波干扰较大；以及微弱的高频微震随机干扰。
图1为在低洼的沟谷中试验获得的地震原始记录，激发、接收因素为井深12m，药量1kg，5井组合激发，TZBS-60型高频检波器接收。图中可以明显看出：TQ波在160ms左右，T5波在320ms左右，T8波在380ms左右，目的层反射波能量较强、连续性较好，易于辨认。
图2为在较高的山顶上试验获得的地震记录，激发、接收因素为井深90m，药量2kg，单井激发，TZBS-60型高频检波器接收。从图中可以看出：TQ波在180ms左右，其能量强、连续性好；T5波在420ms左右，其能量较强、连续性较好；T8波在460ms左右，其能量较弱、连续性较差。目的层反射波较明显，易于辨认。
综上所述，该区只要打穿第四系低速层和降速层，在高速层中激发，既能有效地压制各种干扰波，增强目的层反射波。沟底低洼处5井组合激发，井深12m、每口井药量1kg；山上较高处单井激发，井深90m、药量2kg；偏移距0m、前放增益30db、TZBS-60型高频检波器0m组内距三个串联线性组合接收可以获得较好的地震记录。
3. 弯曲测线的施工方法可行性分析
当直测线穿过黄土覆盖较厚的山区，不能取得较好的地震资料时，可考虑沿着低洼的沟底采用弯曲测线的施工方法。弯曲测线的施工方法应用前提是沟谷较多、能够相互连接成网，并且沟谷内黄土覆盖较薄、浅井激发能够获得较好的地震资料。 该区中部为东西分水岭，地势较高，黄土覆盖较厚，虽然冲沟较多，但不能相互连接成网。并且大多冲沟内黄土覆盖较厚、浅井激发不能能够获得较好的地震资料。浅井激发能够获得较好地震资料的沟谷仅有三座水库附近的三条沟谷，它们延伸较短，长度均不到2km，并且相互独立，不能相互连接成网。因此，采用弯曲测线的施工方法不能完成该区地质勘探任务。
4. 段试验工作及地震资料处理
经过以上点试验和综合分析，该区采用二维直测线的施工方法较合理。为了进一步验证点试验所确定的工作方法的合理性，研究论证地震勘探在该区能否完成地质任务，在D19线（10线）15号钻孔至1001号钻孔，长度800m，采用点试验确定的最佳激发、接收因素，道距10m，炮距40m，中点激发，偏移距0m，两条平行线160×2=320（下转137页）（上接118页）道宽线接收，线距10m，叠加次数20×2=40次，进行了段试验工作。
在资料处理时，采用常规处理流程，不加任何修饰性手段，分别做了不同接收道数、不同激发方向、不同偏移距的单线、宽线处理，用以确定合理、经济的地震数据采集方法。
图3为经过资料处理获得的地震时间剖面，从图中可以看出：TQ波在200ms左右，T5波在360ms～440ms左右，T8波在400ms～480ms左右。各目的层反射波能量强、连续性好、易于辨认。
5. 结语
通过上述的试验和分析，可以得到以下几点结论：
（1）在厚黄土山区，地形低洼处采用浅井5井组合激发，井深12m、每口井药量1kg；山上较高处采用深井单井激发，井深90m、药量2kg；可以获得较好的地震资料。
（2）该区煤系地层以向、背斜相间出现为主要构造形态，因此，在观测系统的设计方面应该以中间发炮较为适宜。
（3）40m炮间距双线接收和20m炮间距单线接收获得的时间剖面煤层反射波的信噪比和连续性均较好，能够可靠地反映出煤层构造形态。为了降低勘探费用和提高工作效率，该区采用40m炮间距双线接收的宽线施工方法较为合理。
（4）该区采用0.5m深坑埋置TZBS-60型高频检波器，0m组内距三个串联线性组合接收，偏移距0m、前放增益30db可以获得较好的地震资料。
（5）该区采用二维直测线的施工方法较合理。
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