三维观测系统优化在复杂区块的应用

张 昭，田锦瑞，尹文斌，耿晓兵，张龙飞

（1.河北省煤田地质局物测地质队，河北 邢台054000；2.陕西华电榆横煤电有限责任公司 小纪汗煤矿，陕西 榆林719015）

1 概 况

煤炭作为我国的基础能源，长期以来在国民经济中拥有重要的战略地位。煤炭勘探经历了几十年的发展，慢慢进入了平稳期。近年来，随着前期勘探工作的进行，煤矿的地震勘探工作重心向矿区边角、地形复杂区块发展，并且要求地震勘探的精度日益增加。

地勘单位经过长期的施工经验和总结提升，针对目前煤炭勘探市场的现状，必须制定科学合理的作业计划，既要满足煤矿的技术要求，还需提效减耗。这要求地震勘探在设计阶段就要综合考虑和满足在完成地质任务的前提下，优化野外施工作业，提高施工效率。目前，较好的工作方法就是在工区施工前，结合地质任务，通过科学软件，对观测系统进行优化。一般煤田三维地震勘探常用束状观测系统来施工，本文探讨在地表复杂区运用砖墙式观测系统，进行野外施工，既满足了宽方位角的要求，又实现了均匀的炮间距分布，为后期数据处理和资料解释奠定了基础。

2 研究区情况

2.1 地震地质条件

勘探区地处毛乌苏沙漠与陕北黄土高原接壤地带，属于中等沙漠化地区，表、浅层地震地质条件极差。工区内大部分为风积沙，表层为松散干沙，厚薄不一，对有效波吸收强烈，高频信息经过该低速沙层时严重衰减，影响到施工效率，也影响了静校正的精度。区内松散干沙之下为第四系黄土，形成了一层相对的隔水层，潜水面埋深一般在0.8～5 m。根据低速带调查结果，黄色、浅灰色粉细沙、细沙岩的速度为400～800 m/s左右，对地震波吸收强烈，高频信息衰减严重。潜水层地震波速在1 300～1 900 m/s，激发层位选择潜水面下3 m左右，可取得较理想的目的层地震反射波组。

2.2 地球物理参数

根据该区地质资料，勘查目的层2、4、5、7、9号煤层顶底板岩性以泥岩、粉砂岩、细砂岩为主。测井资料反映，煤层波速为2 450～2 700 m/s，密度1.46 g/cm3，波阻抗为3 577～3 942；砂岩波速3 300 m/s，密度2.5 g/cm3，波阻抗为8 250；泥岩速度一般为2 600～3 200 m/s，密度为2.482.5 g/cm3，波阻抗为6 448～7 936。煤层与顶底板围岩的波阻抗差异明细，能形成较好的反射波组。

3 观测系统设计

3.1 采集参数论证

观测系统设计主要包括观测方向、面元尺寸、最大炮检距、偏移孔径、叠加次数和接收线距的选择等参数。根据资料，利用软件计算了各个参数的选择。

（1）观测方向。勘探区内地层倾角小于1°，据以往资料断层为EW走向为主，主测线方向布置为SN方向。

（2）面元尺寸。面元大小须满足横向分辨率、最高无混叠频率和满足30°绕射收敛的要求。按照公式计算，得出结果见表1。

表1 论证面元尺寸分析计算Table 1 Analysis and calculation of dimension of demonstration surface element

依据上述论证结果，选择面元尺寸不大于22.73 m可满足反射信息正确成像；考虑对断点绕射的充分收敛，则面元尺寸不大于12.87 m。综合考虑工区地下地质构造特点及观测系统类型，为提高资料的纵横向分辨率，面元尺寸选择5 m×10 m。

（3）最大炮检距。根据以往区内资料分析，该区最大炮检距设计应重点考虑目标深度、速度分析精度和动校拉伸率。经论证计算，满足动校拉伸和速度分析精度要求的最大炮检距应在652～691 m。

（4）偏移孔径。为使倾斜地层和断层等反射信息正确偏移归位，保证成像边界的成像精度，成像边界和满覆盖之间的距离应满足偏移孔径的要求。即要大于第一菲涅尔带半径、满足绕射波能量较好收敛的原则和大于倾斜目的层偏移的横向移动距离，通过公式计算论证，偏移孔径应不小于335.44 m。

（5）叠加次数和接收线距。此次勘探施工叠加次数选择24次，接收线距60 m。

3.2 常规观测系统

根据以上分析，野外数据采集拟采用12线3炮制束状三维观测系统，如图1所示。观测系统参数初步拟定如下：

图1 1 2线3炮束状观测系统示意Fig.1 12-line 3-beam observation system

3.3 观测系统的优化

勘探区内部分目的层埋深较浅，为了改善浅部煤层反射波的成像，在合理布设工程量的基础上，在实际生产中由规则束状优化为14线9炮砖墙式观测系统，减小采集步长，削弱采集脚印，改善偏移距分布，也为后续处理过程中的插值降低高频损失，确保采集资料的品质，如图2所示。参数如下：

图2 1 4线9炮砖墙式观测系统Fig.2 14-line 9-gun brick wall observation system

通过观测系统的优化，对比分析方位角、偏移距等属性（图3、图4），可以看出砖墙式观测系统的方位角分布明显比常规束状观测系统要宽，更有利于小构造的探测。

图3 两种观测系统方位角对比分析示意Fig.3 Comparative analysis of azimuth angles of the two observation systems

图4 两种观测系统炮检距对比分析示意Fig.4 Contrastive analysis of offset between two observation systems

对比分析偏移距，砖墙式观测系统较常规观测系统均匀，可直观显示方位角要宽。优化后的砖墙式14线9炮观测系统的炮检对方位数量在全方位均有分布，而常规的12线3炮观测系统炮检方位数量主要集中在沿测线较窄的方位上。宽方位角能很好地解决地震波返回时成像准确的问题。

4 勘探成果

砖墙式观测系统的运用在本区复杂的地震地质条件下，取得了良好的勘探效果，从获取的时间剖面图上可以看出，主要目的层反射波清晰，分辨率高，起伏形态和构造情况明显（图5），圆满完成地质任务，证明了砖墙式观测系统在复杂区块的应用良好。

图5 勘探成果Fig.5 Exploration results

5 结 语

通过在地表复杂区块的观测系统优化，运用砖墙式观测系统可使炮检距分布均匀，速度分析更加准确，更宽的方位角对小构造的探测更加科学；接收线大，能够减少障碍物对野外采集的不利影响，为提高后期资料处理精度提供了有力保障，提高了施工效率，节约了勘探成本。