风积沙区域煤矿三维地震激发因素选取方法探索及应用

梁哲

（河北省煤田地质局物测地质队，河北 邢台 054000）

1 概 况

煤矿三维地震采集资料的优劣一直是衡量煤矿三维地震勘探质量的金标准，更是决定着勘探成果能否满足地质勘探任务的基础。在西部沙漠地区，勘探区表层往往覆盖厚度不均的风积沙、沙土等松散堆积物，造成施工所激发的地震波能量衰减，进而影响地震采集数据的质量。因此，在风积沙区域选择合适的激发因素显得尤为重要。

2 激发参数的选择

煤矿三维地震的激发要保证地震波能量足够，以便提高资料的信噪比，在此前提下尽量提高资料的分辨率。

激发井深选择：激发井深的选择需要综合分析子波频率、激发能量、是否产生虚反射等，一般选择潜水面以下进行激发深度，避免产生“虚反射”。潜水面以下的岩性也存在变化，不同岩性中激发效果不同，因此野外工作，需将激发深度选择在较佳的激发岩性中。

激发药量选择：要采集高信噪比地震资料，须加大激发能量，突出有效波，压制随机噪音和次生干扰。但激发能量增加，会造成脉冲地震子波较胖，导致反射波主频降低，频带变窄；并且，药量增加，由于大地吸收衰减效应，会导致高频成份严重损失。因此，药量选择应在保证资料一定信噪比的前提下尽量减少药量，拓宽地震波的频宽，得到较高主频，以满足地震资料分辨率的要求。

3 勘探区浅表层地质条件概况

勘探区位于地表大面积被风积沙、沙土覆盖，结构松散。风积沙以细粒石英为主，呈波状沙丘、沙垄及新月形沙丘等，地势起伏不平，厚度0～75.97 m，变化范围较大。基岩出露甚少。勘探区地表松散的沙层，较深的潜水面，对地震波能量吸收衰减作用强烈，该区的浅表层地震地质条件复杂。

4 区内风积沙厚度调查

结合区内钻孔资料及现场踏勘情况，全区风积沙覆盖层厚度分布情况如下。

总体上工区西南部，风积沙厚度较厚，基本在18 m 以深，其它区域由南向北厚度逐渐变薄。基岩仅出露在沟谷两岸及较高的山坡侧壁上。个别地区在几十米范围内，基岩深度有较大的变化，但无明显规律。有鉴于此，需分段在风积沙厚度不同的区域，开展试验工作，对应确定合理的激发因素。

5 试验点位置选择

在认真分析该区浅表层地震地质条件及区内风积沙覆盖层厚度后，依据均匀布点及位置靠近钻孔的原则，在勘探区内布设试验点3 个，如图1 所示，试验线一束。主要进行单井的井深、药量对比试验及低速带调查。

试验点1：位于厚风积沙覆盖区，钻孔附近。

试验点2：位于较厚风积沙覆盖区，钻孔附近。

试验点3：位于较薄风积沙覆盖区，附近无钻孔分布。

图1 试验点位置分布示意图Fig.1 Position distribution of test points

6 试验方案

按照此次煤矿三维地震采集施工设计的要求，针对本区的采集技术难点系统安排试验内容，主要是单井的井深、药量对比试验。

（1） 基础因素。

①仪器型号：428XL 数字地震仪。

②采样间隔：0.5 ms。

③仪器前放增益（dB）：12。

④记录长度：1.0 s。

⑤接收排列：布设3 条线，每条线60～100道，偏移距10 m，道间距10 m。

⑥检波器组合形式：3 串2 并。

⑦药量：1.5 kg。

（2） 试验参数。

依据风积沙层厚度分布情况，3 个试验点位的试验参数具体设计如下。

①试验点1（勘探区南部厚风积沙覆盖区、单井激发）。

井深（药量1.5 kg）：8、12、14、16、18、20 m。

药量：1.2、1.5、2.1 kg。

②试验点2（勘探区中部较厚风积沙覆盖区、单井激发）。井深（药量1.5 kg）：9、11、13、15、17 m。药量（井深17 m）：0.6 、0.9 、1.2 、1.8 、2.1 kg。

③试验点3（勘探区北部较薄风积沙覆盖区、单井激发）。

井深（药量1.5 kg）：7、9、11、13 m。

药量（井深13 m）：0.9 kg。

④低速带调查。

在试验点位上进行低速带观测，以了解浅层速度变化规律，作为确定激发井深和激发层位的参考依据。低速带观测排列采用相遇时距曲线折射法观测，24 道接收，排列长度187 m，道距1，2，2，3，3，5，5，10，10，15，25，25，25，15，10，10，5，5，3，3，2，2，1，偏移距为2 m。排列方向为东西向，西小东大，如图2 所示。激发井深0.5 m，药量0.3 kg，采样率0.25 ms，记录长度1.0 s，采用现场地震折射处理系统处理解释。

6.1 点试验资料分析

3 个试验点共计施工物理点27 个。试验点分析如下。

对试验点3 进行分析，该实验点成孔5 个，2个13 m 孔见蓝绿色砂质泥岩，11 m 孔见粘土，9 m 孔见蓝绿色砂质泥岩，7 m 孔为沙层。考虑炸药爆炸半径的影响，实验孔的间距在3 m 左右。可见实验点3 附近基岩深度变化较剧烈。

图2 小折射低速带调查观测系统示意图Fig.2 Survey and observation system of low velocity zone with small refraction

（1） 井深试验（固定药量1.5 kg）。

图3 3 号试验点井深对比试验单炮Fig.3 Single shot for well depth comparison test at No.3 test point

共计获得4 张试验记录，如图3 所示。从记录看井深13 m（基岩面） 在单炮整体面貌上能量较强、频率较高。应用KLSeis 地震资料分析软件对所获记录进行定量分析，如图4 所示。

图4 试验点3 井深能量分析、频谱分析、信噪比分析Fig.4 Well deep energy analysis,spectrum analysis and signal to noise ratio analysis at No.3 test point

结果表明，井深13 m 能量最强，主频较高，信噪比最高。

（2） 药量试验（固定井深13 m）。

单炮药量0.9 kg、1.5 kg。共计获得2 张药量对比试验记录。从单炮记录看药量1.5 kg 能量较强，0.9 kg 频率较高。应用KLSeis 地震资料分析软件对所获记录定量分析，得出结论：1.5 kg 能量较强、0.6 kg 频谱最宽，信噪比差距不大。

综合分析认为，在较薄风积沙覆盖区激发层位砂质泥岩，井深13 m，药量1.5 kg，可获得较高的单炮质量。

试验点1、2 开展井深、药量试验分析工作，得出结论厚风积沙覆盖区激发层位致密细沙层，井深18 m，药量2.1 kg。较厚风积沙覆盖区激发层位17 m 或基岩面，药量1.5 kg。

6.2 低速带解释

低速带调查是利用小折射法，主要以不等道距观测相遇时距曲线方法解释。根据低速带解释结果：试验点3 处低速层地震波传播速度为370 m/s，厚度约6.5 m，降速层地震波传播速度为2 253.0 m/s。井深均在低速带以深。

7 试验结果

通过点试验的定量、定性分析，确定此次煤矿三维地震勘探激发因素。

（1） 勘探区南部单井激发，激发层位致密细沙层，井深18 m，药量2.1 kg。

（2） 勘探区中部单井激发，激发层位17m 或基岩面，药量1.5 kg。

（3） 勘探区北部单井激发，激发层位13 m 或粘土层、基岩面，药量1.5 kg。

8 结 语

在沙漠风积沙覆盖层厚度差异大的勘探区，根据覆盖层厚度分区域开展激发药量、激发井深试验工作，运用KLSeis 地震资料分析软件对所获试验单炮的能量、频谱、信噪比进行定量、定性分析，结合低速带调查，能够确定勘探区合理激发井深、药量，达到提高单炮分辨率，拓宽频带的效果，从而确保获得具有较高信噪比和分辨率的地震原始资料，为查明勘探区地质构造和煤层赋存形态，完成地质任务奠定基础。