■聂怀耀张俊纵瑞徐秀力杨涛

（1河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院 河南郑州 450001；2北京华地四维物探勘测技术有限公司 北京 100035）

巨厚卵砾石层覆盖区地震找煤震源和参数选择研究及效果

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（1河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院 河南郑州 450001；2北京华地四维物探勘测技术有限公司 北京 100035）

巨厚卵砾石层覆盖区不利于二维地震勘探工作实施，炮孔钻进、炸药沉放等过程实施难度大，本项目通过现场地震方法的试验对比，采用可控震源组合激发，通过使用不同震源台次组合、不同扫描频带、不同扫描时间、不同扫描速率、不同驱动电平，以获得最优的地震勘探参数，达到提高地震波信噪比的目的，最终获得质量良好的煤层地震时间剖面，有效的指导了煤炭勘查工作。

巨卵砾石层二维地震勘探煤层信噪比

1 二维地震勘探原理

根据岩石弹性物理性质，地震勘探以弹性波场作为基础，是对地层进行物理勘探的一种方法。其运用人工震源激发，向地下岩层传播地震波，地震波遇到弹性界面时，就会发生折射与反射现象，沿测线不同位置布置的地震勘探仪器会对大地的振动状况进行检测[1]。二维地震勘探过程中，对采集到的地震波数据进行处理，能够对地下目的岩层（矿层）的形态及埋藏深度进行解释和判定，进而为在地下深部寻找矿产资源指明方向。与其它物理找矿方法相比，目前二维地震勘探方法对探测地下深部煤炭资源、石油资源和页岩气资源效果突出。地震勘探成果，能十分有效地指导钻探工程对矿层埋深的验证，同时可定量解释含矿地层中断裂构造的规模及其性质。

2 勘查区概况

焦作方庄井田深部煤炭勘查区位于河南省焦作太行山南麓山前地带，地势北高南低，为一缓倾斜平原区，勘查区面积28.21km2，根据勘查区周边正在开采的煤矿井地质资料可知：本区地表出露的新生界第四系地层厚度达450~760米，其下覆为新近系、二叠系、石炭系、奥陶系等地层，本次二维地震勘探的目的矿层——二1煤层，深埋在二叠系下统的山西组地层内。

2.1 勘查区浅表层地质条件

本区地表出露地层为新生界第四系，覆盖层厚度450~760米；地表以下1m以浅多见卵砾石层，部分区域3m以浅可见到两层卵砾石层。同时区内潜水位深达百米左右。在这种巨厚卵砾石地层中开展以炸药为激发震源的二维地震勘探时，会造成地震勘探成孔极端困难，难以用常规的炸药震源激发。同时疏松卵砾石层对地震波具有强烈的吸收衰减作用，这是造成勘查区地震资料信噪比低的主要因素。故本区浅表层地震地质条件极差。

2.2 勘查区深层地质条件

勘查区深部为二叠系、石炭系、奥陶系等基岩地层。基岩地层与上覆的新生界地层：巨厚卵砾石层与半固结砂质粘土层波阻抗差异明显，具备地震反射波形成的自然条件。

勘查区煤层赋存在基岩地层——石炭系和二叠系地层内，据周边煤矿地质资料：二1煤层平均厚度4.5米，埋藏深度在600～1400米。二1煤层的特点是密度低、传波速低（密度1.46g/cm3、平均速度2600m/s，）的特点，与高传波速度、高密度的围岩（平均速度3600m/ s，密度2.6 g/cm3）相比具有显著的波阻抗差异 (3600×2.6-2600× 1.46=5564)，具有形成强反射波的良好条件，在人工波场作用下可产生波形稳定、能量强的反射波T2波（即二1煤层反射波）。故勘查区深层地震地质条件良好，具备地震勘探的地球物理前提。

2.3 激发震源选择

根据勘查区浅表层地震地质条件极差的特点，本区采用可控震源组合激发进行二维地震勘探。

3 地震试验工作

3.1 点试验工作

针对卵砾石层对地震波具有强烈吸收衰减的客观情况，震源激发先后采用DY-23型、DY-27型可控震源2台组合激发，即尽可能加大震源激发的总能量，以保证地震波在复杂地层中传播时能量不被完全吸收。

在勘查区内选取3个不同地段进行可控震源地震参数试验，a点地表为薄土层覆盖；b点地表为较厚土层的地表；c点选择在卵砾石较多的河床上。

震源激发先后采用DY-23型、DY-27型可控震源2台组合激发，在试验点上进行不同扫描频带、不同扫描时间、不同扫描速率、不同驱动电平（出力）及不同台次震动的激发效果，从而确定激发参数，考虑施工灵活性，采用震源沿测线前后10米线性组合施工。其他地震试验参数选定如下：

（1）试验震动台次

固定震源扫描频率：20～80Hz；扫描长度12s；驱动电平20%；试验振动台次2×6、2×8、2×10、2×12；2×14、2×16；

（2）试验扫描长度

固定扫描频率20～80Hz；振动台次选用2×10；驱动电平20%；试验扫描长度：8s、10s、12s、14s、16s；

（3）试验扫描频带

固定扫描长度（12s）；驱动电平20%；振动台次2×10；试验扫描频率：15～75 Hz、8～72 Hz、8～80 Hz、8～88 Hz；12～72Hz、12～84Hz、12～96Hz；16～72Hz、16～80Hz、16～96Hz。

（4）试验震源出力

固定扫描长度（12s）和振动台次（2×10）；试验扫描频率（20-80Hz）；试验震源驱幅：75%，85%，95%。

（5）针对地表巨厚卵砾石层覆盖厚度450～760米、地震波传播困难，且地震波能量衰减严重，目的煤层埋藏较深的特点，地震试验采用主频40Hz（3串3并）检波器串进行接收，通过增大检波器组合个数，达到提高地震资料信噪比的目的（检波器采用组合基距为0.2米的3×3的面积性组合形成）。

（6）仪器及参数选用

采用法国产高分辨率数字地震仪，采集参数如下：采样间隔1ms；

记录长度2s；记录频带—全频带接收；

（7）观测系统

采用中间激发双边接受的观测系统；接收道距20m；激发炮距20m；接收道数大于120道；CMP间距10m；覆盖次数大于60次；纵向最小炮检距60m；最大炮检距1600m。

3.2 点试验结论

通过勘查区试验点所取得地震资料的分析对比，并经过河南省物探专家组的评审，本着技术可行、经济合理的原则，选取下列地震

参数进行段试验：

（1）激发参数

选用2台27T震源组合激发；震次2×10；扫描长度10s；扫描频带20~ 80Hz；震源驱幅70%。

（2）接收参数

检波器组合：采用3串3并共9个检波器堆放，组内距0.2m；检波器类型：采用主频40Hz的检波器串接收。

（3）观测系统

采用大于120道观测，20米道距，20米炮距，覆盖次数大于60次（以提高信噪比），不对称中点激发，双边观测。

3.3 试验段效果

经过对段试验上采集的地震数据进行处理和解释，获得了质量较高的试验段地震时间剖面。段试验目的层反射波能量强、连续性较好。通过段试验工作，说明点试验确定的采集参数是合适的。如图1所示。

图1 DL3测线段试验效果图

4 地震生产工作效果

依据点、段试验确定的地震参数用于勘查区二维地震勘探施工。当地震野外施工遇到较大村庄或连片建筑物而震源激发点不能连续时，采用在障碍物两侧加密振点的变观方法弥补，变换观测系统如示意图2。

图2 变观示意图

检波器在埋置前，清除浮土和周围杂草，检波器埋置做到平、稳、正。地震勘探施工前，可控震源设备要进行一致性检查并合格。

4.1 原始资料质量

本次二维地震勘探完成1100个物理点，记录质量情况见表1。

4.2 地震时间剖面质量

勘查区二1煤层是本次地震解释的主要目的层，二1煤层的形态及断层轨迹如图3，4和表2。

5 取得地质找矿果

勘查区依据二维地震勘探成果，经钻探工程验证，6个钻孔均揭露到区内的主要可采煤层——二1煤，煤层平均厚度5.3m，埋藏深度500～1600m，全区可采，勘查区探获煤炭资源量1.6亿吨，属于大型煤炭基地。

二维地震勘探解释的煤层深度与钻探工程验证煤层深度误差见表3。

图3 DZ4测线地震时间剖面上的二1煤层T2波和断层轨迹

图4 DL5测线时间剖面上二1煤层T2波和断层

6 结论

通过在巨厚卵砾石层覆盖区开展二维地震勘探找煤工作，得出以下结论：

表1 记录质量评价表

表2 地震时间剖面质量评价表

（1）选用2台27T震源组合激发；震次2×10；扫描长度10s；扫描频带20-80Hz；震源驱幅70%。可取得较好的激发能量；

（2）接收参数：采用3串3并共9个40Hz的检波器检波器堆放，组内距0.2m，是取得高质量较时间剖面的前提条件；

（3）观测系统

表3 地震解释煤层深度与钻探工程验证煤层深度误差

采用不对称中点激发，大于120道观测（双边观测），覆盖次数大于60次，可显著提高地震波信噪比。

可控震源组合及采用的地震参数在巨厚卵砾石层覆盖区开展二维地震勘探找煤取得较好成果，为以后在类似地区进行地震勘探工作可起到一定的参考作用。

[1]张彦湘，罗振丽，张友林，等.地震勘探在多种地震地质条件共存区域内的应用--以山西同煤集团马道头井田二维、三维地震勘探为例 [J].中国煤炭地质，2009，21（02）：79-83.

[2]李志宏.二维地震方法在黑河金三角煤矿地质构造控制中的应用 [J].黑龙江国土资源，2012（2）：50.

[3]杨忠习，刘海涛，刘文华.煤田地震勘探在高角度狭长地堑复杂地区资料采集处理解释效果分析 [J].工程地球物理学报，2012，9（6）：675-679.

[4]张耀华，李竖珍，邓国成，等.地震勘探在新疆陡倾角地区找煤中的应用 [J].科技信息，2010（05）：147.

P641.4+61[文献码]B

1000-405X（2015）-10-188-3

河南省2009年度地质勘查基金项目。

聂怀耀（1959～），男，副高，研究方向为煤炭勘查和煤层气。