基于“卓越计划”的煤田地震勘探教学模式

[摘 要]煤田地震勘探技术的普及应用，要求物探专业与相关的地质专业学生对本课程的学习不能停留在理论方面，提高编制工程设计、野外数据采集、室内处理及解释技术的能力才能满足生产发展的需求。鉴于此，把本专业课程的传统教学模式改为动手解决问题及创新能力培养模式。

[关键词]煤田 地震勘探 观测系统 工程设计 卓越工程师

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）08-0146-02

“煤炭黄金十年”大大地推动煤炭地质事业的发展，尤其是煤田地震勘探技术的应用和煤田三维地震勘探技术的普及推广，为煤矿开采提供了更为有效的勘探手段和可靠的地质依据。[1]同时也推动了煤田地震勘探课程教学的改革与发展。我校资源勘查工程、地质工程、水文及水资源工程、地球信息科学与技术及煤与煤层气工程先后增加了煤田地震勘探教学内容或煤田三维地震勘探课程。[2]受“卓越计划”启发，就传统的煤田地震勘探教学谈谈自己的看法。

一、细化专业理论教学，掌握知识点

针对二维地震勘探观测系统设计教学，主要知识点包括以下几方面：其一，深刻理解观测系统概念、设计相关参数及相关参数的计算公式。其二，理解地面的观测方式与地下勘探的反射点对应关系，掌握利用综合平面图示法绘制观测系统图的要领，目的是对已知的观测系统参数通过图示的方法表达观测系统中炮点、检波点和排列的所有道，并确定满覆盖次数起止位置，会计算满覆盖次数的范围。其三，设计的观测系统在生产中如何实施。

（一）勘探深度与勘探的排列长度之间的关系

勘探排列长度与勘探深度一般是0.5～1.5倍的关系，视具体情况而定，主要依据以下计算公式来确定排列的参数。

设激发点移动道数为r，覆盖次数为n，仪器接收道数为N，S为与观测系统有关的常数，单边激发S=1，双边激发S=2；则有

r=NS / 2n

这里着重强调以下几点：

1.双边激发就是一个排列不动的情况下先后分别在两端激发；

2.中间激发时S=2；仪器接收道数为N，与排列长度有关，排列长度≈目的层埋深；

3.煤田二维地震勘探在浅层地震地质条件好的地区一般覆盖次数n=12次；

4.煤田地震勘探目的层比较浅，故道距一般采用10米。

（二）地面观测点与地下勘探目的层反射点之间的关系

大家知道地震勘探就是在地面进行人工炸药激发地震波向地下传播，遇界面反射回地表，检波器接受到信号传输仪器记录下来。那么地面观测点与地下界面的反射点之间的关系就是观测系统。综合平面图是反映观测系统关系的表达方式。

综合平面图示法是沿测线标出若干炮点和第一个排列的检波点。将检波点投影到过炮点的45度线上，过任一个检波点做垂线，垂线相交的炮线条数，即该CDP点的叠加次数。[3]

概念比较抽象，采用综合平面图示法画出相应的地下反射点就一目了然了。偏移距为0，采集道为12道3次覆盖观测系统图如图1所示。第一个反射点与地面测点横向位置一致，地面测点间距就是道距10米，而地下反射点CDP间距是5米。

从图1不难看出，测线50米处是满3次覆盖起点，放6炮所观测满3次覆盖的范围是75米。通过观测系统的制作可以了解到反射点CDP间距是5米，是接收道距10米的一半。

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图1 12道3次覆盖观测系统图

（三）观测系统在工程勘探中的移动方式

地震勘探野外数据采集施工是按放炮的顺序，对于一个固定的观测系统排列，简单理解看似整体搬家一样，炮和排列的相对位置不变，而实际施工起来为了省时省力，施工采用滚动的方式，放完一炮，相应下一炮的接收排列往施工前方滚动，收起后面不用的地震道，增加前面的备用道。

通过以上知识点的学习，把知识点联系起来就形成了对二维地震勘探由观测系统设计到工程实施过程的了解。

二、勘探工程观测系统设计

通过对二维地震勘探观测系统的学习，学生们基本上理解和掌握了观测系统设计的概念、参数和步骤。如果不联系实际或解决具体的地质问题，就难以与生产实际结合起来，所以理论学习结束后应布置课程设计一次，让同学们针对煤矿生产需求做一个煤田二维地震勘探的观测系统设计，让他们知道学有所用之道。

实例：某煤矿开采过程中，煤层（埋深500米，煤厚6米）突然缺失，无法继续进行生产，请问采用什么技术手段解决这一地质问题？请提供可行性方案。

课程设计初步方案：生产矿井煤层突然缺失初步判断为前方出现断层（断距应大于6米）导致煤层缺失，如何判断断层性质、断距大小最有效的技术手段应为二维地震勘探方法，因为目前地震勘探主要就是解决地质构造问题。那么根据已知煤层埋深可以分析判断以下观测系统参数：

1.根据目的层埋深可以判断排列长度是500米左右，由于煤层埋深浅，一般采用道距10米，满覆盖次12次就可以解决地质构造问题，那么根据炮间距与覆盖次数的计算关系式，初步确定排列长度为480米比较适宜。

2.在地层倾角不大或是单斜地层时，最好采用单边下倾激发，这里S=1。

3.如果要确定地下煤层缺失区构造，至少地面要勘探1000米（满12次覆盖），并且测线布置方向垂直构造走向。

4.采用综合平面图示法画出观测系统图可知这次地震勘探施工参数如下：加上附加段测线长度为1580米，偏移距为0，道距10米，48道采集道，总计地震生产物理点51个，测点159个。

总之，通过理论学习，了解观测系统设计是二维地震勘探工程观测系统设计的关键技术，覆盖次数、接收道数的多少决定炮点移动道数的多少，即决定炮间距，同时也决定地震勘探的工作量的大小；掌握综合平面图示法，可以位置画出观测系统图，可直观地看出目的层界面上地震观测次数，并可判断满覆盖次数的起止和范围及观测系统生产实施过程的滚动方式。

三、结束语

通过“卓越计划”培养模式的实施，应试教学过渡为动手解决问题能力培养模式，不仅了解了二维地震勘探原理、概念、基本的观测系统设计参数、计算公式及能解决什么样的地质问题，而且了解了针对煤矿生产遇到的具体问题，采用二维地震勘探方法是如何设计制作观测系统，并能够应用于生产的。这样，增加了学生学习煤田地震勘探的兴趣及创新能力，增强了为勘探服务的信念。

[ 注 释 ]

[1] 杨双安.煤田三维地震勘探技术的应用及发展前景[J].物探与化探，2004（28）：51-52.

[2] 云美厚.“应用地球物理学”课程整合教学尝试[J].中国地质教育，2013（87）：44-46.

[3] 张胜业，潘玉玲.应用地球物理学原理[M].北京：中国地质大学出版社，2004：57-68.

[责任编辑：钟 岚]