勘查区戈壁平原地表骆驼刺茂密, 低矮丘陵局部地段沟深坡陡, 区内发育近西南— 东北向的小冲沟切割测线, 复杂多变的地表条件, 使得车辆无法顺利通行, 造成地震施工效率降低。

勘查区浅层第四系分布广泛, 主要为砂岩及砂砾岩, 疏松易坍塌, 地下潜水位较深, 地震波在该介质中传播能量急剧衰减, 不利于地震波的激发与接收。局部地段坚硬的砾石层增加了检波器的埋置难度, 使得检波器与地表的耦合变差, 影响地震波的接收。

目的层煤层位于侏罗系中统青土井群, 主要岩性为灰白色、灰色砾岩, 灰黄色中粗砂岩、灰黑色粉砂岩、砂质页岩、泥岩、炭质泥岩和煤。根据勘查区南部资料, 地层厚度为500 m, 与下伏震旦系地层角度不整合接触。含煤三层, 煤1层厚0~2 m, 平均1 m; 煤2层厚0~3 m, 平均1 m; 煤3层厚1.6~30 m, 平均10.2 m。煤1、煤2为极不稳定煤层, 煤3为厚度变化幅度大的不稳定煤层。煤层与其围岩存在一定的波阻抗差异, 能够形成一定能量的反射波。

但该区目的层埋藏较深(700~1 200 m), 表浅层存在的松散砂砾石层, 使得地震波在该介质中很难激发出高频信号和较强的能量。而地震勘探要求激发的地震波下传能量足够而且性能稳定, 又要求激发有效频率向高频端扩展^[2]。

邻区位于本区东南部约40 km左右, 两区地质特征及地形地貌类似, 其施工方法可以为本区所借鉴。

邻区已完成预查阶段的地震施工, 所获得的原始地震资料信噪比高, 取得了较好的地震地质成果。其地震施工采用的参数为:144~192道接收, 36次以上叠加, 道距10 m, 炮点距20 m, 偏移距40 m, 中点激发; 3井组合激发, 井深1~3 m, 单井炸药量 1 kg; 5个60 Hz检波器串联纵向线性组合埋置, 组内距5 m。

勘查区主要目的层为中侏罗统青土井群, 其上覆地层为上侏罗统沙枣河组, 地层倾角约10° , 层速度1 800 m/s, 地震反射波主频40 Hz。

3.2.1 道距选择

1)满足最高无混叠频率法则, 道距计算的经验公式^{[3, 4]}:

Δx=v/(4×fmax×sinØ)。

式中:Δ x为道距, v为上一层层速度; f为最高无混叠频率, Ø 为地层倾角。计算得出Δ x=60 m, 因此, 道距应小于60 m。

2)满足横向分辨率的要求, 道距计算的经验公式^{[5, 6]}:

Δx=v/(2×fdom)。

式中:Δ x为道距, v为上一层层速度, f_dom为视主频。计算得出Δ x=20 m。为保证目的层段的地震资料品质, 并参考邻区地震勘探经验, 道距选择10 m。

3.2.2 最大炮检距的选择

最大炮检距的选择应综合考虑以下因素^{[7, 8, 9]}:

1) 目的埋深及远道能量。勘查区主要目的层中侏罗统青土井群底界埋深在700~1 200 m, 最大炮检距的选择一般应不大于该深度。

2) 浅层的反射特征要稳定, 避免因炮检距过大而引起波形畸变和浅层折射的干扰。勘查区浅层新生界深度在100~250 m之间, 炮检距过大使得浅层反射受到干扰, 不利于了解勘查区地层的赋存情况。

3) 考虑多次波的压制效果。由多次叠加的理论可知, 随着炮检距的增加, 能更好地压制与一次波速度相近的多次波。勘查区多次波发育, 为较好地压制多次波, 最大炮检距应该有足够的长度。

结合邻区资料, 本区地震接收排列不宜太小。

3.2.3 覆盖次数的选择

覆盖次数的选择主要取决于单炮记录的信噪比, 该区地震资料信噪比低, 从单炮记录上很难看清反射波的影子, 结合邻区地震资料品质, 勘查区覆盖次数不应低于30次。

3.2.4 组合井间距的选择

根据组合井间距经验公式^{[10, 11]}:

d=2r=3q13。

式中:d为组合井距, r为起爆时形成的塑性带半径, q为药量(单井)。组合井间距的选择不仅要参考塑性带半径、单井药量, 还要综合各种因素并结合试验确定。

本次试验结合前面的理论分析及邻区采集参数, 在本区代表性地段主要进行了单井与多井、井深、药量、井间距的激发参数试验。

3.3.1 单井与多井试验

勘查区几乎被第四系覆盖, 浅部主要为砂岩、含砾砂岩, 松散干燥, 对地震波的吸收衰减强烈。当采用小药量激发时, 能量释放在浅部地层, 对于该区深部地层来说, 很难取得能量较强的有效波, 因此需要大药量激发, 但由于该区激发岩层疏松, 抗压能力低, 当药量较大时易发生永久性形变, 使大部分能量消耗在浅部岩层中, 且造成表层各干扰波能量的增强, 综合考虑, 该区宜采用多井组合, 单井小药量, 总体多井大药量的组合井激发或单井深井大药量激发两种方式^[12]。

本次试验首先进行单井深井大药量激发和多井组合小药量激发试验, 通过单炮记录质量对比, 确定该区的激发方式。在确定激发方式的前提下进一步对井深、药量、井间距进行试验^{[13, 14, 15]}。图1为单井深井大药量激发与3井组合小药量激发单炮记录对比, 三幅图所用的井数、井深及药量经折合计算均可看作是每米井深用药量为0.5 kg, 即0.5 kg/m。可以看出, 随着井深和药量的加大, 单井激发从浅层到深层并没有明显的反射波, 而3井组合激发单炮记录上反射波层状特征清晰, 且深层(0.5~0.6 s)有明显的反射波(图中红色虚线所示)。

图1

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	图1 单井与多井试验单炮记录对比

3.3.2 井深试验

勘查区地貌特征为倾斜戈壁及低山丘陵, 试验时要根据不同的地表特征选择合适的激发井深。因此, 井深试验主要在戈壁及低山丘陵地段进行。在3井组合激发, 井间距10 m, 单井药量4 kg的基础上, 在戈壁及低山丘陵地段分别进行井深(6、8 m)试验。图2 为戈壁地段井深试验单炮记录对比与信噪比、能量及频谱分析图。可以看出, 在测线桩号5 830~7 030之间, 井深6、8 m的单炮记录面貌上浅层没有明显区别, 深层均有反射波(图中红色虚线所示)。井深6 m和8 m信噪比相当, 但6 m井深能量更强、频谱更宽, 高频成分衰减慢。

图2

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	图2 戈壁地段井深试验单炮记录对比(上)与信噪比、能量分析图(中)及频谱分析(下)

图3为低山丘陵地段井深试验单炮记录对比与信噪比、能量及频谱分析。可以看出, 井深8 m的单炮记录从浅层到深层能够看到明显的反射波(图中红色虚线所示), 而6 m井深的单炮记录反射波特征不明显。8 m井深能量强、信噪比高, 好于6 m井深。

图3

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	图3 低山丘陵地段井深试验单炮记录对比(上)与信噪比、能量分析图(中)及频谱分析(下)

3.3.3 药量试验

在3井组合激发, 井间距10 m, 井深6 m的基础上, 对药量(3、4 kg)进行试验。图4为不同药量的单炮记录对比与信噪比、能量及频谱分析。可以看出, 在测线桩号5 830~7 030之间, 药量3、4 kg 的单炮记录上, 在目的层段0.6 s附近均可见反射波(图中红色虚线所示), 但从信噪比、能量及频谱分析, 单井药量3、4 kg单炮记录信噪比相当, 单井药量4 kg低频能量强, 高频能量增长慢, 主频向低频方向移动, 即4 kg药量激发能量更强^[11]。

图4

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	图4 药量试验单炮记录对比(上)与信噪比、能量分析图(中)及频谱分析(下)

勘查区浅层松散干燥, 对地震波的吸收衰减极为强烈, 小药量激发时直接导致地震波的穿透能力下降, 深层反射信息不清晰, 因此需要大药量激发。

3.3.4 井间距试验

在3井组合激发, 井深 6m, 药量4 kg的基础上, 对井间距(5、10 m)进行试验。根据井间距的经验公式, 当单井药量为4 kg时, 井间距为5 m。采用 5 m 井间距激发时, 单炮记录上反射波不明显。分析认为勘查区表浅层为坚硬的砂砾石, 形成了较大的塑性带爆炸半径, 5 m井间距激发时, 能量在传播过程中相互干涉, 使得部分能量相互抵消, 导致地震记录一致性变差^[16]。因此, 勘查区组合激发时需要加大井间距。图5为井间距5 m和10 m的单炮记录对比与信噪比、能量及频谱分析。在测线桩号5 830~7 030之间, 单炮记录上由浅层至深层 10 m 井间距相对于5 m井间距反射波同相轴更明显、连续。井间距5 m和10 m单炮记录信噪比相当, 10 m井间距能量更强、频谱更宽。

图5

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	图5 井间距试验单炮记录对比(上)与信噪比、能量分析图(中)频谱分析(下)