饶河清 马丽

摘要：煤田勘探中覆盖层指覆盖于基岩之上的松散层，因其地层结构松散，与下伏基岩存在一定波阻抗差异，因此可采用地震勘探的方法来识别。文章介绍了几种覆盖层厚度的解释方法，便于在不同情况下对覆盖层厚度进行控制。

关键词：覆盖层厚度；小折射低速带调查；微地震测井

中图分类号：P315 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）35-0065-03

煤田勘探中覆盖层是指覆盖于基岩之上的松散层，主要是第三、第四系沉积形成的地层或风化基岩，其特点是形成年代较新、埋藏深度浅、承压时间短，所以结构疏松，孔隙度大，地震波在其中传播时能量被强烈吸收，产生散射和噪音，使反射波显著增大，因此也称为低速层。由于松散层厚度变化对于煤炭开采方式、防治水措施、支护方案都有较大的影响，因此煤田勘探对于松散层的勘探非常重视。另外，随着近年来勘探环境的复杂化，山区、沙漠、黄土塬等地震勘探所涉及的复杂表、浅层地质结构，造成激发层位难以把握、影响野外数据采集施工和质量，也严重影响地震资料的成像精度和振幅保真处理，弄清复杂地区的近地表结构，是地震勘探自身所需要解决的问题。对覆盖层厚度解释的重点是寻找地震波速度发生改变的界面和层速度来实现，常用方法介绍如下：

1 小折射法

图1 两层介质的直达波与折射波

低速带底界面是指由低速层转向高速层（或降速层）的界面，是一个良好的折射界面，由于一般覆盖层厚度不大，所以低速带底界的高速层折射波盲区较小，因此低速带的长度可以较短，在野外施工中可以采用小排列的折射波法对其进行测定，所以称之为小折射低速带调查法。人工激发的地震波在地下传播的过程中遇到速度界面（假设界面下层的速度高于界面上层的速度，即V下>V上）时，当波的入射角等于临界角的情况下，其传播方向发生改变且沿界面滑行，从而在界面上覆介质中产生折射波。在地面上采用相遇时距曲线观测系统接收，观测排列长度应为低（降）速带总厚度的8～10倍，采用不等道间距检波点接收，浅井（坑炮）、小药量端点激发。通过折射波观测，可以得到一条直达波时距曲线和一条折射波时距曲线，见图1两层介质的直达波与折射波。

根据直达波时距曲线求取第一层（低速层）速度V0，从折射波的时距曲线斜率求得低速层下的高速层速度V1，将折射波曲线延长与t轴相交，得到交叉时ti1，即可求出低速层厚度h0，见式（1）：

（1）

对低速带资料的解释通常有人工解释和计算机自动解释两种。人工解释适用性强，适合各种存在速度异常的情况；计算机自动解释是根据人为给定速度误差由计算机自动找出时距曲线拐点或由人为给定分层点，两个拐点之间采用最小二乘法拟合出速度值，并根据时距曲线与时间轴的交点计算出图交叉时。图2为宁夏某区试验点处低速带调查监视记录（上图）及解释结果（下图）。采用的是24道不等道间距90m长度排列的相遇时距观测系统，激发坑深0.5m，药量0.5kg。从图2中可以看出，在地表以下18.5m处有一个速度转折点，速度从391m/s转为1883m/s，该处覆盖层厚度为18.5m。

小折射排列的铺设要求选择在地形平坦的地段，检波点相对高差应小于2m，因此该方法适用于平原区或低山丘陵区。小折射施工方法简单、成本较低，但当低速层厚度过大，会受地形影响，造成排列铺设难度大而不易实现。

2 微地震测井法

微地震测井简称微测井，微测井是利用地震生产激发井开展表层结构调查，在一口井或多口穿过低、降速带的井中，采用井中激发、地面接收，井中激发、井中接收，地面激发、井中接收等方式得到透射波记录，根据透射波来研究近地表结构的方法，该方法也是利用直达波在地层中的传播规律，通过改变检波器观测深度，获取不同初至时间，根据深度换算成垂直时间，拟合深度曲线得到分层速度和厚度。微测井一般要求井深钻至高速层10～15m，以在高速层中的控制点不少于3个为佳，激发点距上密下疏，采用雷管或小药量激发。图3为双井微地震测井示意图，图4为山西某区双井微测井记录及解释结果示意图。

图2 宁夏某区低速带记录及解释成果图

图3 双井微地震测井示意图

从图4上可以看出，在该点0～2m为表层黄土层，速度约为405m/s，为低速层；2～13m为潮湿黄土层，速度约

745m/s，为降速层；13～22m为古红土层中夹潮湿黄土薄层，速度约923m/s，为相对高速层。

微测井可以消除不稳定的延迟时对采集精度的影响，细分层能力强，能更好地建立表浅层结构，适用面比小折射波法广，尤其在表层地震地质条件复杂，地形高差大，低、降速带厚度变化巨烈的地区，可采用多点微测井方法，从平面控制覆盖层厚度变化。但因钻机有时很难钻到高速层而不易实现。

图4 山西某区双井微测井记录及解释结果

3 反射单炮初至拾取反演法

有研究表明，浅层折射法存在以下问题，如在遇到沟、坎等地形起伏时不易布置、解释误差值偏大；在资料解释过程中，拐点位置不易确定；当存在降速层时，记录中第一折射波往往能量弱、道数少，分层结构不合理造成误差等；微测井方法也存在速度层的划分常带有人为性质，垂直时距曲线缺乏明显拐点，使层位划分存在误差等问题。而且野外直接观测表层结构的方法如小折射、微测井，观测点较少，各炮点、检波点间的表层结构靠稀疏的控制点内插得来，仅能粗略控制覆盖层厚度变化，如要加密测孔距，勘探费用则巨增。

在资料处理中一项重要的工作是进行野外静校正，建立精确表、浅层结构速度模型，从而得到低、降速层的横向、纵向变化规律，采用的方法是对生产记录大炮初至进行拾取，反演建立表、浅层结构速度模型，该方法利用了大量初至信息，对每一个炮点、检波点进行了多次覆盖，统计效果好。结合已知地表调查或野外资料对其进行约束及多次迭带反演，可以建立精确表层结构速度模型，进而得到低、降速带厚度。目前静校正的软件较多，适用于不同地震地质条件下的二、三维地震工区覆盖层厚度解释。图5、图6为不同处理软件得到的覆盖层情况。

图5 陕西某区静校正建立二维测线覆盖层底界面起伏形态示意图

图6 内蒙古某区层析静校正建立的地层速度模型（浅层品红色为低速带，速度约300～560m/s）

反射单炮初至拾取反演法由于重点在于拾取单炮初至信息，因此要求单炮记录上初至波清晰、能量强、连续性好，要求对初至信息拾取精度较高。这样才能保证拾取的信息准确，反演的模型更加与实际吻合。

4 反射波追踪法

由于上覆松散地层与下覆基岩波阻抗差异明显，可形成反射波，当覆盖层厚度较大时，初至波与基岩面反射波能清晰地区分开，时间剖面上也可以清晰看到基岩面反射波同相轴，此时可采用测井资料人工合成地震记录的方法对波组地质意义标定，并连续追踪，再进行时深转换，利用式（2）计算覆盖层厚度。

h=H-T0×V/2000 （2）

式中：

h—覆盖层厚度（m）

H—地面标高（m）

T0—波的传播时间（ms）

V—波在覆盖层内传播的速度（m/s）

当某些地区新生界覆盖层与下伏基岩呈角度不整合关系时，对覆盖层底界面的识别又提供了新的识别依据。图7为内蒙古某区覆盖层底界面反射波示意图。

5 利用炮孔岩屑录井资料

当覆盖层厚度较薄时，在地震单炮记录上初至波与新生界底界面的折射/反射波混淆，资料处理对初至切除时常将其切除，因此地震时间剖面上得不到覆盖层底界面的反射波。小折射或微测井低速带调查点间距也较远，此时地震野外工作人员可详细记录炮孔岩屑性质，结合钻孔资料进行覆盖层厚度预测或给其他几种解释手段提供岩性

资料。

图7 内蒙古某区覆盖层底界面反射波示意图

6 结语

覆盖层厚度的地震解释方法较多，大致可以分为两大类：一类是在野外直接观测，一类是在对反射单炮记录的处理和解释中采用某种手段间接解释。除地震解释方法外，还有其他物探手段可以解释覆盖层厚度，如高密度电法勘探可根据勘探对象电阻率差异对基岩面进行解释、地质雷达采用电磁法探测地下介质分布进而解释覆盖层厚度。在实际生产过程中，常常会遇到很多复杂情况，如表、浅层地震地质条件复杂，采集排列受到限制；受激发、接收、仪器等因素影响，记录面貌差异大，初至拾取困难等。灵活掌握各种技术方法，根据施工工区特定的地质条件，选择最优的方法进行采集或解释，才能达到准确掌握覆盖层厚度的目的。

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作者简介：饶河清（1956—），男，江西临川人，江西工业工程职业技术学院副教授。