[科普中國]-多波三維高分辨率地震勘探

簡介

多波三維高分辨率地震勘探是一種地震勘探方法。無論哪種地球物理勘探方法，都是基于巖石的某種物理性質(zhì)。地震勘探所依據(jù)的是巖石的彈性。其基本工作方法是，在地面測線上，借助淺孔中的炸藥震源或非炸藥震源人工激發(fā)地震波，地震波向地下傳播，當遇到彈性不同的分界面時，就會發(fā)生反射或折射而回到地面，由設在測線若干點上的檢波器及地震儀記錄下來。由于接收到的地震波受到了地下巖層介質(zhì)的改造，它帶有與地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性等有關(guān)的各種信息，如時間、能量、速度、頻率等。通過處理這些信息，就有可能推斷地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)、煤系地層的分布等。

煤層的物理特性是密度小，地震波在其中間傳播的速度低，與其上、下巖層間往往形成反射系數(shù)較大的波阻抗界面。也就是說，煤層的上、下界面在地震勘探中可形成較強的反射波。

在我國，煤田地震勘探已經(jīng)應用了40多年。傳統(tǒng)的中頻地震勘探精度不高，只能用于查找落差不小于30-50m的斷層。隨著煤炭綜合機械化技術(shù)的推廣與應用，這一精度遠遠不能滿足生產(chǎn)的要求。

顯然，只有在地震記錄具有較高的分辨能力時，才能清晰地辨別較小的地質(zhì)體及其邊界。英國首先于20世紀70年代中期在煤田勘探中試驗使用高分辨率地面地震方法，這種方法已在我國及世界上主要產(chǎn)煤國家普遍推廣。

影響分辨率的主要因素是地震波的波長。眾所皆知，波長與速度成正比，與頻率成反比，要通過縮小地震波的波長來提高分辨率，就必須提高地震波的頻率，因為地震波的波速取決于地下地層的特性，人力是無法改變的。提高頻率的關(guān)鍵是：（1）震源能激發(fā)出高頻信號；（2）接收裝置能靈敏地接收到這一信號1。

高分辨率地震勘探的野外工作技術(shù)高分辨率地震勘探的野外工作技術(shù)如下：

（1）采用高頻震源，通常應在低速帶以下含水地層中用小炸藥量爆炸。

（2）采取高采樣率，實踐表明，時間采樣率0.5-1ms，大體上能保證

合理采集地震波中頻率成分小于250Hz的諧波；至于空間采樣率，則要將道間距縮小10m左右。

（3）每道使用一個高頻檢波器，以防止多個檢波器組合時壓制高頻。

（4）采用動態(tài)范圍大，對信號電平變化特別敏感的地震儀。

（5）為了充分提高信噪比，采用多次覆蓋。

我國煤田物探隊采用高分辨率地震勘探技術(shù)，在地震地質(zhì)條件較簡單地區(qū)，如安徽、山東一些煤田，曾查明落差等于和大于10m的小斷層及相應幅度的小褶曲。

二維剖面測量地震勘探通常采用的是二維剖面測量方法。這種方法局限于從一條一條的測線來觀察地下地質(zhì)情況，在地質(zhì)構(gòu)造較復雜地區(qū)，它不僅會遺漏一些小型地質(zhì)構(gòu)造，而且即使進行了沿剖面的偏移歸位，仍不能消除剖面上的側(cè)面波，因而往往造成一種難以解釋的干涉圖象，甚至會得出錯誤的結(jié)論2。

三維地震勘探工作20世紀80年代中期，德國和英國先后在煤田進行了三維地震勘探試驗，我國近年來也進行了這一方法的生產(chǎn)性試驗，效果良好。

三維地震是進行面積采集信息，即采用面積觀測系統(tǒng)，它能用來研究三維空間中地質(zhì)體的幾何形態(tài)，對解決復雜地質(zhì)構(gòu)造、小幅度構(gòu)造及圈定巖性非常有用。

三維地震勘探工作的特點是：檢波點多，地震道多（有時達數(shù)百道），炮點與檢波點位置測量精度要求較高，數(shù)據(jù)處理量大。因此要配備先進的多道地震儀和大型計算機（例如我國在煤礦區(qū)進行三維地震勘探時采用新一代遙測地震儀SN388和CON-VEX大型計算機），應盡可能采用衛(wèi)星地面定位系統(tǒng)，人機交互解釋工作站等。

英國1992年10月在諾丁漢郡一個煤礦區(qū)進行三維地震勘探，據(jù)說能解釋出落差相當于煤厚（1.8m）的小斷層以及地層沉積變化。我國1995年在淮南潘三礦試驗，查明了落差5m以上斷裂構(gòu)造的發(fā)育情況和平面分布情況，以及主采煤層的賦存形態(tài)，部分解釋出的斷層已被掘進巷道證實。

一般情況下，在同一次激發(fā)中產(chǎn)生的縱波要比橫波強得多，而且在同一種介質(zhì)中縱波的傳播速度也比橫波的大，所以在地震勘探中利用的都是縱波，即實質(zhì)上是縱波勘探。但是，由橫波速度比縱波速度慢可看出，對于厚度較小的同一巖層，橫波從某一巖層頂傳播到其巖層底所需的時間比縱波的長。由于煤層厚度一般不大，因此，根據(jù)橫波來分辨煤層的能力應該比縱波的強。理論與試驗表明，綜合應用縱波和橫波資料可獲得更準確的反映構(gòu)造和巖性的參數(shù)，如縱橫波速度比、振幅比、泊松比以及吸收系數(shù)等，根據(jù)這些信息可研究巖性及其變化、小幅度構(gòu)造、巖性不均勻體，以及巖性尖滅等。一般認為，縱橫波聯(lián)合勘探（又稱多波地震勘探）是巖性地震勘探的基礎，是地震勘探的重要發(fā)展方向之一。

黃波技術(shù)的研究開始于20世紀30年代，但由于受到技術(shù)及設備條件的限制，橫波勘探很難開展。直到70-80年代，隨著新技術(shù)的發(fā)展，西方國家才開始進行生產(chǎn)性試驗。近些年，我國石油工業(yè)部和地質(zhì)礦產(chǎn)部也在一些地區(qū)開展試驗工作2。

展望可以預料，20世紀90年代，隨著采用多波、三維、高分辨率等地震勘探方法為代表的新技術(shù)，采用能實現(xiàn)六高（高信噪比、高分辨率、高保真度、高清晰度、高精度和高可信度）的地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和軟件，煤田地震勘探將從找構(gòu)造為主的構(gòu)造地震勘探，發(fā)展為地層地震和巖性地震，實現(xiàn)精細構(gòu)造勘探和巖性預測，解決煤礦綜合機械化開采要求查明的地質(zhì)問題1。