可控震源在煤田勘查中的应用

张寅丹 　孙海川

[摘要]利用可控震源技术对甘肃省肃北县某勘查区进行找煤勘查，在勘查区典型地段进行试验，证实了可控震源技术在该区的有效性，得出了适合该区的施工参数，在精细施工的前提下，对资料进行解释，最终推断出该区地层的赋存情况，提供参数验证孔位，研究结果为后续的钻探和找煤工作提供了依据。

[关键词]可控震源 试验 地质成果

[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-9-286-2

0引言

近年来，如何在地震地质条件复杂地区，取得较好的地震勘探效果成为勘探工作者最为关心的问题之一，特别是钻井困难，使用炸药震源存在困难的地区。可控震源技术因不受成孔限制已被广泛应用于煤田勘查中。本文通过对甘肃省肃北县某勘查区的应用分析，总结了可控震源在该区找煤勘查中的实用性和有效性。

1可控震源激发特点

炸药震源虽然是一种理想震源，但施工的危险性大，成本费用高，更重要的是在无法钻井，严重缺水地区（如戈壁、沙漠），使用炸药震源存在严重困难，另外，有时不同爆炸点所产生的脉冲不一致，影响记录面貌的一致性和稳定性[1]。可控震源则克服了这些弊端，它采用小震源多次激发，以适当的低功率在地表持续较长时间地向地下激发信号，将所得到信号做垂直叠加，来达到寻找各种地质目标的地球物理勘探方法。具有施工效率高、成本低、激发频率和振幅可以控制等优点[2]。

2实例分析

2.1勘查区地质

勘查区属青藏区向新蒙区过渡的荒漠地带，为中低山及丘陵区地貌，海拔标高一般为1400～2000m，昼夜温差悬殊，降水量少，蒸发量大。

勘查区内大部分地区为第四系和新近系覆盖，区内地层自下而上有：中侏罗下统芨芨沟群、中侏罗中统沙婆泉群、中侏罗上统沙枣河组，白垩系下统老树窝群，新近系上新统苦泉组，更新统及全新统。其中沙婆泉群为含煤地层。

2.2勘查区地震地震条件

本区浅层第四系分布广泛，以砂砾石、砾石、亚沙土层覆盖，厚度不大，多透水而不含水。在厚度较大的洼地及沟谷处赋存孔隙潜水，水位埋深均小于3m，含水层厚度0.5～3m，这些地段浅层地震地质条件一般。区内还有很多比高在10m左右的沙丘存在，沙丘松散层对地震波有较强的吸收作用，不利于地震波的传播，此外区内浅层普遍存在的沙砾石对激发孔的成孔带来一定的困难。总体上来看，本区的浅层地震地质条件差。

根据邻区地震勘探经验，该区主要煤层，与围岩的波阻抗差异较大，可以形成良好反射界面。煤层反射波多以复合波出现。但由于该区煤层不稳定，变化大，本区深层地震地质条件一般。

2.3工作方法

勘查区施工采用可控源地震勘探方法。施工前做了充分的参数试验，具体分析情况如下：

2.3.1出力大小试验

地震勘探基本要求之一就是地震波要有足够的能量，以查明地下数千米范围内地层的构造形态。为了保证地震波有足够的能量，震源出力大小至关重要。本次试验以两次震动，扫描长度14s，扫描频率20～110Hz，检波器5串拉开，组内距1m，组合基距4m，出力75%、85%做对比（图1），单炮记录上深层反射波层位上无明显区别，但在记录面貌上出力85%的相对于出力75%的略有改善。

2.3.2振动次数试验

以扫描长度14s，震源出力85%，扫描频率20～110Hz，检波器5串拉开，组内距1m，组合基距4m，1次、2次、3次震动做对比（图2），记录上2次震动相对于1次震动在记录面貌上有所改善，且2次震动的地震初至波相对于3次震动更加清晰。

2.3.3生产参数确定

通过试验分析及结合勘查区地质特征，最终采用以下施工参数：

①激发：扫描长度14s，震源出力85%，震动次数2次，扫描频率20～110Hz。

②接收：采用60Hz检波器5串拉开，组内距1m，组合基距4m。

③仪器：采用加拿大产AriesⅡ型数字地震仪，采样率1ms，记录长度2s，记录格式SEG-Y。

④观测系统：中点激发，道距10m，接收道数120道。

2.4资料解释

利用以上地震采集参数，通过精细施工，获得了较好的地震资料（图3）。全线主要发育3组反射波，由浅至深依次命名为T1波、T2波、T3波。

T1波：在180～300ms之间，以2个正相位，1个负相位的形式出现，振幅较弱，能量变化较大，连续性较差，但总体而言，全线基本可以连续追踪识别，初步分析认为T1波可能为新近系底界反射波。

T2波：在190～410ms之间，以2个正相位，1个负相位的形式出现，振幅较强，连续性较好，是该线上能量较强的反射波，全线可连续追踪，初步分析认为T2波可能为侏罗系内部反射波。

T3波：在420～690ms之间， 表现为一个弱负相位，波形不稳定，连续性差，其上部为平行状反射，下部为乱岗状反射，全线大部分地段可连续追踪，初步分析认为 T3波可能为基底反射波。

3地质成果

3.1新生界覆盖层形态

勘查区内大部分地区为第四系和新近系覆盖，地形起伏变化不大，区内新生界地层自邻区钻孔揭露自下而上有：新近系上新统苦泉组，更新统及全新统。

通过分析地震时间剖面，桩号5200以北，新生界厚度变化不大，约为320m，桩号5200以南，新生界厚度变化在85～320m之间（图4）。

3.2断层控制

在时间剖面上，构造变化和断点表现为同相轴错断、分叉、强相位转换、振幅变弱等。根据以上现象结合本区地质资料进行精细、全面的解释。本区解释断点1个。

DF1断点：位于测线的3770桩号附近，断面北倾， T2、T3波错断，T2、T3波所对应的地层落差分别为360m、85m，测线上断面视倾角为65。（图5）。

3.3验证钻孔位置

由图6可以清晰看见在桩号5850附近，T1、T2、T3波波组特征明显，对应的地层发育平缓，埋藏相对较深，建议在桩号5850位置进行钻孔验证，进而获取地震波组所对应的地层属性。

预计在320m左右见T1波对应的地层，480m左右见T2波对应的地层，990m左右见T3波对应的地层。

4结论

本次找煤勘查中，利用可控震源技术是有效的，即提高了施工效率，又节约了成本，取得了较好的地质勘查效果，为解决地震成孔困难地区的地震勘探问题提供了一个成功范例，具有借鉴意义。