[科普中国]-多波三维高分辨率地震勘探

简介

多波三维高分辨率地震勘探是一种地震勘探方法。无论哪种地球物理勘探方法，都是基于岩石的某种物理性质。地震勘探所依据的是岩石的弹性。其基本工作方法是，在地面测线上，借助浅孔中的炸药震源或非炸药震源人工激发地震波，地震波向地下传播，当遇到弹性不同的分界面时，就会发生反射或折射而回到地面，由设在测线若干点上的检波器及地震仪记录下来。由于接收到的地震波受到了地下岩层介质的改造，它带有与地质构造、地层岩性等有关的各种信息，如时间、能量、速度、频率等。通过处理这些信息，就有可能推断地质构造的形态、煤系地层的分布等。

煤层的物理特性是密度小，地震波在其中间传播的速度低，与其上、下岩层间往往形成反射系数较大的波阻抗界面。也就是说，煤层的上、下界面在地震勘探中可形成较强的反射波。

在我国，煤田地震勘探已经应用了40多年。传统的中频地震勘探精度不高，只能用于查找落差不小于30-50m的断层。随着煤炭综合机械化技术的推广与应用，这一精度远远不能满足生产的要求。

显然，只有在地震记录具有较高的分辨能力时，才能清晰地辨别较小的地质体及其边界。英国首先于20世纪70年代中期在煤田勘探中试验使用高分辨率地面地震方法，这种方法已在我国及世界上主要产煤国家普遍推广。

影响分辨率的主要因素是地震波的波长。众所皆知，波长与速度成正比，与频率成反比，要通过缩小地震波的波长来提高分辨率，就必须提高地震波的频率，因为地震波的波速取决于地下地层的特性，人力是无法改变的。提高频率的关键是：（1）震源能激发出高频信号；（2）接收装置能灵敏地接收到这一信号1。

高分辨率地震勘探的野外工作技术高分辨率地震勘探的野外工作技术如下：

（1）采用高频震源，通常应在低速带以下含水地层中用小炸药量爆炸。

（2）采取高采样率，实践表明，时间采样率0.5-1ms，大体上能保证

合理采集地震波中频率成分小于250Hz的谐波；至于空间采样率，则要将道间距缩小10m左右。

（3）每道使用一个高频检波器，以防止多个检波器组合时压制高频。

（4）采用动态范围大，对信号电平变化特别敏感的地震仪。

（5）为了充分提高信噪比，采用多次覆盖。

我国煤田物探队采用高分辨率地震勘探技术，在地震地质条件较简单地区，如安徽、山东一些煤田，曾查明落差等于和大于10m的小断层及相应幅度的小褶曲。

二维剖面测量地震勘探通常采用的是二维剖面测量方法。这种方法局限于从一条一条的测线来观察地下地质情况，在地质构造较复杂地区，它不仅会遗漏一些小型地质构造，而且即使进行了沿剖面的偏移归位，仍不能消除剖面上的侧面波，因而往往造成一种难以解释的干涉图象，甚至会得出错误的结论2。

三维地震勘探工作20世纪80年代中期，德国和英国先后在煤田进行了三维地震勘探试验，我国近年来也进行了这一方法的生产性试验，效果良好。

三维地震是进行面积采集信息，即采用面积观测系统，它能用来研究三维空间中地质体的几何形态，对解决复杂地质构造、小幅度构造及圈定岩性非常有用。

三维地震勘探工作的特点是：检波点多，地震道多（有时达数百道），炮点与检波点位置测量精度要求较高，数据处理量大。因此要配备先进的多道地震仪和大型计算机（例如我国在煤矿区进行三维地震勘探时采用新一代遥测地震仪SN388和CON-VEX大型计算机），应尽可能采用卫星地面定位系统，人机交互解释工作站等。

英国1992年10月在诺丁汉郡一个煤矿区进行三维地震勘探，据说能解释出落差相当于煤厚（1.8m）的小断层以及地层沉积变化。我国1995年在淮南潘三矿试验，查明了落差5m以上断裂构造的发育情况和平面分布情况，以及主采煤层的赋存形态，部分解释出的断层已被掘进巷道证实。

一般情况下，在同一次激发中产生的纵波要比横波强得多，而且在同一种介质中纵波的传播速度也比横波的大，所以在地震勘探中利用的都是纵波，即实质上是纵波勘探。但是，由横波速度比纵波速度慢可看出，对于厚度较小的同一岩层，横波从某一岩层顶传播到其岩层底所需的时间比纵波的长。由于煤层厚度一般不大，因此，根据横波来分辨煤层的能力应该比纵波的强。理论与试验表明，综合应用纵波和横波资料可获得更准确的反映构造和岩性的参数，如纵横波速度比、振幅比、泊松比以及吸收系数等，根据这些信息可研究岩性及其变化、小幅度构造、岩性不均匀体，以及岩性尖灭等。一般认为，纵横波联合勘探（又称多波地震勘探）是岩性地震勘探的基础，是地震勘探的重要发展方向之一。

黄波技术的研究开始于20世纪30年代，但由于受到技术及设备条件的限制，横波勘探很难开展。直到70-80年代，随着新技术的发展，西方国家才开始进行生产性试验。近些年，我国石油工业部和地质矿产部也在一些地区开展试验工作2。

展望可以预料，20世纪90年代，随着采用多波、三维、高分辨率等地震勘探方法为代表的新技术，采用能实现六高（高信噪比、高分辨率、高保真度、高清晰度、高精度和高可信度）的地震数据处理系统和软件，煤田地震勘探将从找构造为主的构造地震勘探，发展为地层地震和岩性地震，实现精细构造勘探和岩性预测，解决煤矿综合机械化开采要求查明的地质问题1。