陈亚萍 陈 刚

（兰州资源环境职业技术大学，甘肃 兰州 730000）

基本上可控震源的地震勘查技术，能够根据开采区域内的地表条件，以及矿山的内部地质条件，对可控震源进行出力的大小调整，在可控范围内进行扫描时间，以及相位和范围等参数的设定。可控震源地震采集方法，指的是在野外地质勘查过程中，只利用一组可控震源进行操作，以信号的扫描结果和振动信号进行相关性处理，对此获取共同的炮点通道。直接采用的这一组可控震源，可以为一台可控的震源点位，也可以是多台可控震源点位的组合形式，只要在划分的区域内保证，能够扫描到的震源信号频率保持一致，其可控震源的数量和组合形式，均可以进行相应的改变。但由于只采用普通的可控震源地震采集方式，对矿山内的震源信号采集效率较低，本文基于此对该项技术进行拓展研究。

1 煤炭勘探中可控震源地震采集技术

1.1 基于可控震源激发震波扫描频率

为满足矿山煤炭勘测过程中的安全性开采目标，在对复杂地质勘查中，获取图像的精度要求更高。现阶段对矿山的勘查技术主要是利用可控震源进行地震信号的推演，在能够采集到的信号波频中，进行有效信息数据的提取，从而为地震发生的可能性作出预测。因此在对矿山煤炭资源勘探的过程中，需要更加重视可控地震源的监测效果，以宽频地震波段信号的应用方法为切入点，激发区域内矿山地质层中的地震波频率，完成复杂地质下的震波扫描，得到能够利用的宽频地震信号数据[1]。通过可控制震源的信号发出状态，在地层逐渐向地表高度贴近时，其吸收地震信号的能力会逐渐缩减，受到高频段震波的限制，因为地面可接收到的地震信号源较少，建立更高频次的地震波段信号扫描[2]。震波扫描激发流程如图1 所示。

图1 震波扫描激发流程

在数学手段的引入下使得可控震源信号的采集设备，能够承担低频信号的输出效率，实现较低频率地震波段扫描的目的。

1.2 最低频率下设置地震信号采集模型

在不同的震源集合组中进行信号采集，为了能够获取更多的有效信号频率，以及最佳的地震源信号输出波段，可以在最低频率下设置一个地震信号采集模型。如图2 所示。

图2 地震信号采集模型

其中交替扫描主要是在，较前一组可控震源中，当其处于振动作业时可以将下一组震源，移动到下一个设置的激发点位置上，等待并准备相应工作[3]。

在上一组震源振动完毕作业后，等其记录好所有的信号数据，就可以展开下一组震源的振动作业。以此在理想状态下，将交替扫描设置在采集模型中，能够利用两组以上的可控震源进行交替作业，能够保证矿山勘查的效率和成本收益，主要是其放炮时间只包含两个部分，表达式如下：

公式中：交替扫描两组可控震源点位的放炮时间用来qw表示，其中可控震源定位点的扫描时间，用qe来表示，可以直接等同为扫描长度，信号记录时间用qr来表示，为震源定位点的听时间。通过对某一个可控震源资源，进行激发位置的信号扫描，就可以直接对与该可控资源进行震动记录的相互关联处理，并由此得到控制震源位置的共炮点道的记录集合。对应的振动记录长度，为该振动可控源点位的扫描信号长度和记录时间的总和。由于随机扫描过程中，可控震源的定点位置设置过多，在进行炮点时间的数据整理过程中，需要对相邻炮点的干扰进行剔除，保证有效信号不被其他可控震源点位的污染[4]。

1.3 划分煤炭勘探过程中震源受力限制区间

在不同的扫描方式下进行震源确定，以可控震源为中心建立地震的信息采集模型，能够直接对矿山地质中存在的不同频率波段进行分析。但在震源反射的过程中，对整个矿山地质的不同性质，反射程度不同，且产生的短波和低频所在区间不一致，利用所采用的扫描方式中的扫描长度，对应划分煤炭勘查中震源的受力限制区间。为此需要对不同地质条件下的矿山进行区域划分，依据观测到的初始条件，综合考虑矿山开发区域内的历史资料，重点在反射层区域的资料质量，完成对震源产生噪声可能性的预估和判断。

通过足够数量的震源定位点设置，在相关器械的选择上，只需要将硬件设施和软件设施进行配套操作即可，利用震源定位仪器和滤波采集器等装置，对排序好的震源点位进行协调工作，在密切配合的基础上实现可控震源振幅频次的激发扫描作业。如图3 所示。

图3 激发扫描作业流程

在每组震源的相对距离对等时[5]，按照可控震源之间的间距，进行滑动时间的预设完成扫描作业。

1.4 灰色区域成像扩展震源完成地震信号采集

利用扫描到的最低频率波段，在其极值基础上设置地震信号的采集模型，实现不同区域内低频信号震源采集的效果，进行可控震源划分地带中二维与三维的频段对比。参与到采集过程中的可控震源，均可按照动态匹配的方式进行管理，在同步选择震源扫描方式的基础上，充分地对矿山地质资料进行利用。伴随矿山开采行业的有序发展，在地震勘查仪器上有了很大的改良，有许多超大规模的带道勘查仪器不断出现，其自身直接携带有能够自主记录的智能化系统，能够对传输进来的波段信号进行采集和储存。尤其是无线技术的应用，在勘查仪器的使用过程中，能够进行更小面积和更高密度的信号覆盖，使得其对可控震源地震信号的采集更加精密[6]。在布置区域内对每个震源定位点进行扫描，按照均匀采集的程序进行各个方位数据的获取，对不同区域内的震源成像进行分析。当密度较低的矿山地质中，对煤炭资源的三维储存空间刻画较复杂，可以通过灰色成像理论，对观测方位进行横纵比的设置。一般情况下在矿山影像目标层中的横纵比为1，排列的震源点位对应的横纵比，需要考虑不同深度的勘探需求，再进行其数值的设定。利用可控震源进行地震信号采集，是通过在不同的震源上，布置炮点点位，在同一时间段内或者不同时间段内，进行一段时间的震动作业，通过震源信号的频率发射和震源点位的相关关系，以获取产生共同炮点的集合通道。

当获取的震源信号在低频区域内，被吸收的频率逐渐减弱时，代表该区域内的山体穿透力较强，能够直接提高采集信号的垂直分辨率，以此改善成像的资料信噪比，形成能够进行全波反馈的有效信息。

将矿山震源勘探的重要地段进行预先划分，利用可控震源进行震波扫描频率的激发操作，在最低频率极限值中设置地震信号采集模型，以灰色区域成像理论扩展震源，完成煤炭勘探过程中的地震信号采集，具体流程如图4 所示。

图4 地震信号采集流程

至此，完成煤炭勘探中可控震源地震采集技术的应用设计。

2 实验测试与分析

为验证此次设计的方法具有实际应用效果，能够在对可控震源地震采集过程中，提高震源地震数据的分析效率，达到煤炭勘探的震源检测效果，采用实验测试的方法进行论证。选择某三维矿山工业区的生产矿山作为测试对象，该矿山所在位置属于前陆盆地的构造斜坡中，在表层和深层的地质勘查结果上，均属于复杂的地质结构。运用本文的可控震源地震采集技术，对山体的结构进行分析，在复杂的矿山地质条件下，实现高分辨率和高保真的震源采集效果。将该矿山所在区域的三维卫星影像图进行调取，简化矿山的构造模式，对测试矿山的具体情况逐一分析，具体如图5 所示。根据图中内容所示，在该组矿山中存在较明显的风化侵蚀现象，以及多种构造相互交错的地质。对比历史勘查数据，发现两侧山体的相对高差较大，最大高差能够达到650m，距离平坦的地表面要复杂很多。被风化的山体层面非常薄，最薄处山体表明仅有15m，导致在山体中能力衰减非常严重，震源的激发接收条件很差，若想要进一步对山体进行煤炭开采工作，需要在山体中完成更高难度的信噪比提取。将提取的矿山三维影像图上传到MATLAB 测试平台中，引入炸药震源地震采集作为传统对照方法，分别利用该方式和本文方法进行深区域的震源采集。设置需要勘查的地质条件，对同一信噪比区的碳酸岩层进行勘探，测试不同方式下震源的激发次数，以此作为地震采集效率的对比条件。由于炸药震源地震的采集流程较简单，直接通过炸药药柱进行排放，完成该区域的激发即可。因此对本文方法进行流程设定，对震源的扫描方式和台数进行设计，具体如表1 所示。

图5 三维卫星影像下测试矿山地质条件

表1 可控震源地震采集技术激发参数设定标准

根据表中内容所示，为了检验本文方法在震源采集过程中的有效性，只选择了两组可控震源作为设定标准，通过滑动扫描的方式进行激发。根据设置的参数标准，分别将两组方法连接到测试平台中，均通过模拟的形式进行震源激发测试，统计不同方法运用下，对同一地质条件下地震震源激发次数。

为保证实验的真实效果，在测试平台中将选择区域的碳酸岩层，反馈的频段信噪比设置为低频模式，通过多轮的震源地震采集的检测，比较两组方式下震源的激发次数。震源地震采集激发完成的前提保证，为能够在低频信噪比条件下，产生其与洞体较为相似的成像效果，具体激发次数如表2 所示。 根据表中内容所示，本文方法平均只需要200 次的激发，就能够完成洞体成像，有效提高了可控震源的地震采集效率。

表2 不同方法下震源地震采集的激发次数（次）

结束语

本文以现阶段可控震源地震采集技术的应用效果入手，分析了不同地质条件下该技术的应用优势和缺点，提出煤炭勘探中应用可控震源地震采集技术的新方法。实验结果：以某复杂地质条件下的矿山结构为测试对象，采用本文方法和和炸药震源激发方法，对其进行煤炭资源的需求勘探，在同一信噪比区的碳酸岩层勘探中，采用炸药震源激发方式要经过526 次，才能保证信噪比与洞体的成像效果，而本文方法仅需要200 次激发，就能够完成洞体成像，有效提高了可控震源的地震采集效率，具有实际应用效果。但由于本人时间有限，在研究过程中对震源点的选择数量仍然较少，所得结果存在一定的不足之处。后续研究中会根据不同的地质条件，将多种优秀的技术与可控震源地震采集技术想结合，为提高地震采集效率，节省矿山煤炭资源的勘探成本，提供更科学的应用方法。