引用本文
吴曲波, 曹成寅, 潘自强, 李子伟, 乔宝平. 锤击小折射法地表调查的试验效果[J]. 物探与化探, 2016,40(2): 380-384.
WU Qu-Bo, CAO Cheng-Yin, PAN Zi-Qiang, LI Zi-Wei, QIAO Bao-Ping. An analysis of test result of the hammering small-refraction method used in near-surface survey[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2016,40(2): 380-384.
Doi:10.11720/wtyht.2016.2.24  
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锤击小折射法地表调查的试验效果
吴曲波1,2, 曹成寅1,2, 潘自强1,2, 李子伟1,2, 乔宝平1,2
1.核工业北京地质研究院,北京 100029
2.中核集团 铀资源勘查与评价技术重点实验室,北京 100029

作者简介: 吴曲波(1984-),男,工程师,硕士,从事砂岩型铀矿地震勘探技术研究及应用工作。E-mail:wdyqthl@163.com

收稿日期: 2015-08-05
基金: 中核集团“龙腾2020”科技创新计划之核心能力提升专项资金项目(中核科发[2014]150号)
摘要

以二连盆地齐哈日格图凹陷为试验区,开展基于锤击震源的小折射地表调查试验研究,得到了一套适用于该区的锤击小折射法的观测系统参数,并开展了实际地表调查工作,锤击小折射解释结果与井炮小折射记录的解释结果、钻孔资料、高密度电法测量结果具有较好的对应关系,精度较高,同时锤击小折射法可提高地表调查工作的效率,使工作更加便捷,成本更加低廉,具有较高的实用价值。

关键词: 二连盆地; 锤击; 小折射法; 地表调查; 试验效果
中图分类号:P631 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2016)02-0380-05 doi: 10.11720/wtyht.2016.2.24
An analysis of test result of the hammering small-refraction method used in near-surface survey
WU Qu-Bo1,2, CAO Cheng-Yin1,2, PAN Zi-Qiang1,2, LI Zi-Wei1,2, QIAO Bao-Ping1,2
1.Beijing Research Institute of Uranium Geology,Beijing 100029,China
2.CNNC Key Laboratory of Uranium Exploration and Evaluation Technology,Beijing 100029,China
Abstract

The hammering small-refraction method was used in the near-surface survey of the Qiharigetu Depression in Erlian Basin.The parameters of geometry which are suitable for the study area were obtained,and the interpretation of practical small-refraction survey showed the close correlations with the interpretation of small-refraction record based on explosive source,borehole data,and the measurement results of high density resistivity method.Meanwhile,the hammering small-refraction method will improve the efficiency of the near-surface survey,and make the job more convenient and the cost lower.This method therefore has higher practical value in this area.

Keyword: Erlian Basin; hammering; small-refraction method; near-surface survey; test effect

二连盆地是我国重要的砂岩型铀矿产地[1], 近些年, 地震勘探法在该盆地砂岩型铀矿成矿地质环境的调查中发挥着越来越重要的作用[2, 3, 4]。为提高该区地震勘探工作的效果, 地表速度结构的调查显得尤为重要[5]。此前, 核地矿系统开展过基于大炮初至折射法[6]、微测井[7]、浅层取芯等方法的地表调查工作, 但效果不甚理想, 大炮初至折射法是基于常规地震单炮的直达波和折射波来研究表层速度结构的方法, 而核地矿系统在二连盆地以往开展的砂岩型铀矿地震工作均采用可控震源激发, 该方式获得的单炮记录初至较难拾取, 降低了速度模型的精度; 微测井法因牵涉到钻孔工程和炸药手续办理, 成本较高, 同时施工效率较低, 大面积开展微测井工作难度较大; 浅层取芯法同样具有成本高、效率低、成果不直观等不足。针对二连盆地齐哈日格图凹陷地表较为平坦、无速度倒转等实际情况, 开展使用锤击震源的小折射法地表调查试验, 以获取一种适用于该区的快速、经济、有效的地表调查方法。

1 研究区概况及物性特征
1.1 地质概况

研究区位于二连盆地齐哈日格图凹陷内, 该凹陷位于华北陆块北缘与内蒙古海西褶皱带接合部位, 是在海西褶皱基底上发育起来的晚中新生代陆相凹陷, 属于二连盆地的一个三级构造单元。区内沉积盖层主要包括下白垩统阿尔善组、腾格尔组、赛汉组, 上白垩统二连组, 始新统伊尔丁曼哈组, 上新统宝格达乌拉组地层[8]。研究区地表为荒漠化草原地貌, 表层激发岩性主要为硬度适中的砂泥土, 地下2 m之内可见湿润的砂泥, 如此条件均有利于锤击信号的激发和接收, 同时工区地形平坦, 有利于小折射波法地震勘探工作的开展, 且无需进行静校处理。区内潜水面不稳定, 以往资料显示在10~30 m之间, 低降速带厚度一般在几米至几十米, 大部分地段在十米至二十米[9], 以往地质资料显示, 该区十米至六十米之间存在一稳定的中高波速的黏土层, 该层位是该区井炮激发效果较好的激发层位。因此, 本次小折射调查的目的是快速、有效地探查工区该黏土层的层位变化趋势, 为地震勘探激发井深设计提供依据。

1.2 密度及速度特征

表1为收集的该区密度和速度资料, 可见地层由新到老(第四系至白垩系), 密度值逐渐增加, 各系地层间存在明显的密度差异, 沉积盖层中主要存在两个密度界面:① 第四系与新近系之间, 密度差约0.3 g/cm3; ② 新近系与白垩系之间, 密度差约0.7 g/cm3, 具体统计均值见表1。由表1可知, 各系地层间存在明显的速度差异。以上物性差异是该区进行地震勘探工作的物性前提。

表1 二连盆地地层和岩石物性参数
2 小折射法及试验分析

小折射法属于探测深度浅、排列规模小的折射方法, 其利用低速层中传播的直达波和近地表折射界面的折射波测定风化层(低降速带)的速度和厚度及高速层速度[10]。

通过单炮试验得到了一套适用于该区的锤击小折射法观测参数, 篇幅原因, 此处仅介绍大锤激发次数试验, 其他采集参数的试验情况可见文献[9]。如图1, 锤击次数为3、5次时得到的记录的噪声较重, 主要干扰为高频噪声和随机干扰, 随着锤击次数的增加, 记录的品质得到明显提高, 即在8次和10次时, 记录的初至起跳干脆, 易拾取, 品质较好, 因考虑到激发次数越高, 记录的地震波信号的信噪比越高, 本次小折射勘探的激发锤击次数采用10次。

图1 锤击不同叠加次数炮记录对比a— 3次; b— 5次; c— 8次; d— 10次

试验后确定本次锤击小折射勘探的观测系统参数为:仪器美国NZXP工程地震仪; 采样间隔0.25 ms; 记录长度0.5 s; 记录格式为SEG-2; 激发源为20磅大锤, 采用大于10次的能量叠加的方式激发; 观测方式为相遇观测; 接收道数24道; 检波器为10 Hz纵波检波器(单只), 采用挖坑埋置方式; 最小偏移距2 m; 24道检波器的道间距设置为:1、1、2、2、3、5、5、8、8、10、10、10、10、10、8、8、5、5、3、2、2、1、1 m, 检波器排列如图2所示。

图2 小折射法检波器排列示意

3 地表调查及效果分析
3.1 测点布置

本次小折射地表调查工作共布设144个测点, 为提高解释结果的平面插值精度, 采用小点距的正方形方式布置测点, 点距为300 m, 如图3所示。

图3 小折射测量结果a— 低降速带厚度分布; b— 高速层速度分布

3.2 测量结果

图3a为研究区低降速带厚度H0等值图, 整体上看, 区内低降速带厚度分布图呈现北东部低降速带厚度较大, 最深处达到25 m左右; 南西部低降速带厚度较小, 最小厚度在6 m左右。其中北东部的低降速带厚度由西至东又呈现“ 凸凹凸” 的变化趋势, 西北部厚度在13~15 m之间, 中北部在12~13 m之间, 南东部在14~25 m之间; 南西部的低降速带厚度呈现北边厚、南边薄的特点, 北部厚度在10~12 m之间, 南部厚度在6~12 m之间变化。图3b为研究区高速层速度等值线图, 可见, 区内高速层速度分布较为稳定, 速度值基本保持在 1 600~1 800 m/s之间, 此数值范围与该区含水饱和砂体、表层黏土层的速度值范围较为吻合; 结合钻孔资料推测, 此高速层速度范围是该区广泛分布的浅层黏土层的速度, 因此本次锤击小折射勘探法可探测到该区井炮激发效果较好的黏土层。同时, 在工区西北角出现高速层速度降低的现象, 速度值在1 450 m/s左右, 推测可能与该地段低降速带地层充水不足有关。

3.3 试验效果

3.3.1 与石油系统小折射记录对比

图4a、b分别为石油系统井炮激发得到的小折射记录的解释结果和本次锤击小折射记录的解释结果, 两张记录的测点处于同一区域。从解释结果上看, 两张记录解释的H0分别为12.2、12.8 m, v1分别为1 567、1 547 m/s, 相差4.8%、1.3%, 可见此两种方式激发获得的小折射记录的解释结果具有较好的对应关系。从单炮记录解释质量上看, 相较于图4a, 图4b中拾取点(小十字叉)更清晰准确地分布于解释层上, 拾取点至解释层的偏差较小, 精度较高。分析有如下原因导致本次锤击小折射记录的解释质量较井炮高:① 锤击激发具有可重复性, 对于质量不佳的记录, 可重复激发直至记录质量满足要求, 井炮激发则不具备如此条件; ② 本次小折射勘探采用锤击多次叠加技术, 因此有效信号能够得到同相叠加, 能量得到增强, 而随机噪声将得到压制; ③ 本次锤击小折射测量时, 检波器采用挖坑埋置, 可避免环境噪声的影响。

图4 石油系统井炮小折射记录解释结果(a)与本次小折射记录解释结果(b)的对比

3.3.2 高密度电法验证

使用高密度电法勘探对小折射解释结果进行验证, 电法验证剖面通过3个小折射点, 如图5所示, 分别为小折射点1、小折射点2、小折射点3, 小折射点处蓝色柱子表示低降速带, 高度代表其厚度, 红色柱子表示高速层, 高度不代表任何意义; 底图为高密度电法测量结果, 表层红色区域为高电阻率值, 推断为表层风成砂、湖积层以及洪泛沉积层的反映, 下部蓝色区域为低电阻率值, 推断为含水泥岩层的反映, 黑色虚线为基于电阻率差异以及结合地质资料推断的表层洪泛沉积的底界, 即低降速带的底界。由图5可知, 3个小折射点解释的低降速带的厚度与高密度电法测量结果有较好的对应关系, 仅在3号小折射点处, 小折射解释结果与电法解释结果存在细微偏差, 小折射解释低降速带厚度为12.8 m, 电法推断值14 m。总体而言, 该剖面3个小折射点的解释结果基本得到了电法推断结果的印证, 可见本次锤击小折射法地表调查的试验结果是可信的。

图5 高密度电法测量结果对小折射解释结果的印证

3.3.3 钻孔验证

验证钻孔的位置如图3a所示, 钻孔的表层岩性柱状图如图6所示, 图中各钻孔岩性的横向宽度表示岩石粒度大小, 宽度越宽粒度越大。由图6可见, 3口钻孔表层十多米范围内均分布着一套风化的砂 (砾)岩, 从二连盆地其他地区的声波测井资料可知, 该套砂(砾)岩即为该区表层的低降速带, 其下伏相对致密、湿润的泥岩即为该区井炮激发效果较好的黏土层, 也为该地段的高速层。图6中, 依据钻孔1、2、3的岩性推断其低降速带厚度分别为10、12、18 m, 如表2所示。图3a中所示钻孔处小折射解释的低降速带厚度分别为11、12、17.5 m, 该结果与钻孔岩性推断的低降速带厚度结果有较好的对应关系。可见, 本次锤击小折射法地表调查试验工作能够达到探测该区井炮激发效果较好的黏土层的目的, 且探测精度较高。

图6 钻孔1、2、3的岩性柱状图

表2 小折射解释结果与岩性推断低速带厚度的对比
4 结论

1) 该区使用锤击叠加激发的方式获得的小折射记录品质较好, 数据解释精度较高, 解释结果与以往石油系统的井炮小折射数据解释结果、高密度电法测量结果、钻孔资料均有较好的对应关系。锤击小折射法可满足探测该区井炮激发效果较好的黏土层的要求, 且探测精度较高。

2) 使用锤击震源可减少炸药震源带来的环境破坏, 同时使整个勘探过程更加方便快捷。经粗略统计, 使用锤击震源开展小折射地表调查较井炮节省1.5~2倍工时, 节省至少50%的野外工作成本。可见在类似工区进行地表调查, 文中试验采用的锤击小折射法具有较好的实用和推广价值。

3) 锤击小折射法地表调查需注意几点:①在低降速带厚度较大的地区(大于25 m)开展工作, 要明确锤击能量是否可探测到高速层折射信号; ②在沙漠化严重的地区开展工作, 则要充分试验锤击能量随炮检距增大时的变化情况, 以及记录的噪声情况; ③在锤击小折射解释结果出现疑问的地段, 应结合微测井和其他物探工作的测量结果, 验证小折射解释结果的合理性和准确性。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
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