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第 44 卷 第 3 期 煤田地质与勘探 Vol. 44 No.3 2016 年 6 月 COAL GEOLOGY EXPLORATION Jun. 2016 收稿日期 2015-04-07 基金项目 国家科技支撑计划课题（2012BAK04B04）；科技部科研院所技术开发研究专项资金（2013EG122200） Foundation itemThe National Science Technology Pillar Program （2012BAK04B04）；The Technology Development and Research Project of Research Institute（2013EG122200） 作者简介 刘芳晓（1986），男，山东烟台人，硕士，工程师，从事地震勘探的工作. E-maillfx207 引用格式 刘芳晓，赵慧博，李元杰，等. 戈壁地区不同震源激发的效果对比分析［J］. 煤田地质与勘探，2016，44（3）112-115. LIU Fangxiao，ZHAO Huibo，LI Yuanjie， et al. Comparative analysis of the different shooting s effect in Gobi region［J］. Coal Geology Exploration，2016，44（3）112-115. 文章编号 1001-1986（2016）03-0112-04 戈壁地区不同震源激发效果的对比分析 刘芳晓 1，赵慧博2，李元杰1，朱建刚1 （1. 中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077； 2. 中国地质调查局西安地质调查中心，陕西 西安 710054） 摘要 以新疆哈密地区某煤田的三维地震勘探为例，选择同一区域、相同观测系统，分别采用炸药 震源和可控震源激发，对其原始单炮记录和成果剖面进行了对比分析。结果发现戈壁地区地震激 发时炸药震源和可控震源在控制资料质量方面各有优势；原始单炮记录上，炸药震源原始单炮高频 信号的频带较宽，而可控震源压制环境噪声效果更好；时间剖面上，可控震源的浅层反射波层次丰 富、分辨率高于炸药震源，对尖灭点以及断层的显示更为清晰。 关 键 词戈壁；地震勘探；炸药震源；可控震源 中图分类号P631 文献标识码A DOI 10.3969/j.issn.1001-1986.2016.03.021 Comparative analysis of the different shooting s effect in Gobi region LIU Fangxiao1， ZHAO Huibo2， LI Yuanjie1， ZHU Jiangang1 （1. Xi′an Research Institute， China Coal Technology Engineering Group Corp， Xi′an 710077， China； 2. Xi′an Center of Geological Survey， China Geology Survey， Xi′an 710054， China） Abstract In the case of 3-D seismic exploration of Hami region， the records and profiles of single shoot in the same area and observing system shows both explosive source and vibrator have their own advantages in terms of data quality control， and according to the geological conditions of the region， playing their respective advantages is the best way of data collection. Key words Gobi； seismic exploration； explosive source； vibrator 在戈壁地区开展地震勘探数据采集工作具有诸 多特点和难点戈壁地区气候干燥少雨，地下潜水 位深，地震激发难度大；地表由十分松散的戈壁砂 砾层和风化亚砂土层组成， 井炮激发的成孔难度大； 戈壁沙砾难以安置检波器，同时对地震激发的高频 信号能量的衰减作用较强等。这些难点给戈壁地区 地震勘探野外数据采集施工效率的提高、成本的控 制以及质量保障带来巨大的挑战［1-2］。 目前，陆上地震激发方式主要有炸药震源、可 控震源、重锤震源等，而炸药震源和可控震源是当 今煤田地震勘探主要采用的激发震源。对于地震地 质条件复杂的戈壁地区，如何选择合理有效的地震 激发方式显得尤为重要［3-7］。 以新疆哈密地区某煤田的三维地震勘探为例，试验 面积约2.2 km2， 选择炸药震源和可控震源分别在同一区 域激发，通过对同一观测系统条件下取得的原始单炮记 录和相同处理流程条件下的时间剖面质量进行对比分 析，为今后戈壁地区地震激发方式的选择提供了参考。 1 激发和接收条件 a. 观测系统 观测系统采用 8 线 10 炮三维束状观测系统， 中点 激发，道距 10 m，单线接收道数 120 道，线距 40 m， 炮排距 120 m， 炮点距 20 m， 覆盖次数达到 20 次（纵 5 次横 4 次）；采样间隔为 1 ms。 b. 炸药震源 通过井深、药量试验工作，确定炸药震源激发 的参数为井深 6 m、药量 2 kg。 ChaoXing 第 3 期 刘芳晓等 戈壁地区不同震源激发效果的对比分析 113 c. 可控震源 可控震源采用美国 ION 公司生产的 AHV-Ⅳ 型 18 t 震源车。通过试验工作，可控震源激发参数最终 确定为震源两台、 震动次数 4 次、 扫描方式线性升频、 扫描频率 10～110 Hz、扫描长度 12 s、驱动电平 75％。 2 单炮记录对比 新疆哈密地区某煤田地表由十分松散的第四系砂 砾层覆盖，厚度约0～4 m，呈典型的戈壁滩地貌特征， 局部地形起伏较大，相对高差超过20 m，部分地段新近 系红黏土层出露， 地表条件复杂（图1）。 区内主采煤层埋 深400 m 左右，煤厚近10 m，且整体起伏不大，煤层与 围岩的波阻抗差异明显，可以形成有效的反射波。 图 1 区内地表地形高程变化图 Fig.1 The geomorphology in the region 在同一接收条件下，将两种激发方式所得到的 原始单炮记录进行对比分析［8-11］ a. 频谱分析 将两种激发方式所得到的单炮进行频谱分析， 其结果显示炸药震源的频带宽度 0～230 Hz，大于 90 Hz 的高频信号衰减较快，主频约 55 Hz；而可控 震源的频带宽度为 0～120 Hz， 大于 110 Hz 的高频信 号衰减突变，主频约 60 Hz（图 2）。 图 2 原始单炮频谱分析对比图 Fig.2 Comparison of the spectrum analysis of the original single-shot b. 信噪比分析 可控震源近炮点的声波、面波干扰较大，信噪 比较低，直接导致近炮点的有效反射波连续性不如 炸药震源， 甚至炮点两侧各约 14 道没有发现明显的 反射波，但是远炮点的反射波连续性较好，而且其 信噪比明显高于炸药震源（图 3）。 （a）炸药震源 （b）可控震源 图 3 原始单炮对比图 Fig.3 Comparison of the original single-shot profiles c. 环境噪声压制效果 风沙影响是戈壁地区开展地震勘探所面临的主 要难点之一，合理选择震源激发方式可以压制环境 噪声。选择地震勘探中同一时段、相同区域、相同 观测系统、风力 2～3 级时，对炸药震源和可控震源 两种激发方式所取得的原始单炮记录进行对比，其 结果显示可控震源对于远道风沙噪声的压制效果 明显优于炸药震源（图 3）。 3 处理效果对比 对炸药震源和可控震源两种激发方式采集的野外 数据，采用相同的流程进行处理，并对炸药震源和可 控震源的三维地震的处理效果进行了对比分析［12-13］。 a. 整体对比 对炸药震源和可控震源激发所得到的数据体， 分别提取主采煤层反射波的瞬时频率和均方根振幅 属性进行对比［14-15］，其结果显示可控震源数据体 主采煤层反射波瞬时频率的强弱关系更为突出，尤 其在构造异常区（断层位置）其线性异常特征更为典 型；二者均方根振幅的强弱关系基本相当，在断层 位置处可控震源数据体的异常特征更为典型（图 4）。 b. 解释成果对比 炸药震源激发所取得的数据体上有效反射波的 同相轴连续性更好，主采煤层构造异常区的断层切 割关系和空间立体展布特征更加突出明显，但是浅 部的新生界与下伏地层的角度不整合界线附近反射 波的层次不如可控震源的丰富，其对尖灭点和断层 上断点的显示没有可控震源清晰（图 5）。 对于三维地震新解释的F1F7七条断层， 二者的解 释结果基本一致，只是平面位置稍有摆动（图 6）；对 F1 和 F4两条断层而言，炸药震源的时间剖面上 F1断层显 示清楚，可控震源时间剖面反射波同相轴只是有不同程 ChaoXing 114 煤田地质与勘探 第 44 卷 度的扭曲， 而F4断层处炸药震源与可控震源的结果略有 区别（图7）。 由于缺乏实际钻孔和后期采掘工程揭露的相 关验证，目前对二者的评价尚且停留在定性阶段。 图 4 煤层反射波的瞬时频率切片和均方根振幅切片对比 Fig.4 Comparison of the instantaneous frequency slice and rms amplitude slice 图 5 两种激发方式取得数据体的立体图显示图 Fig.5 3D-data volume of the explosive source and vibrator 图 6 两种激发方式数据体所解释断层的平面对比图 Fig.6 the comparison chart of the explanation of the faults between the explosive source and vibrator 4 结 论 戈壁地区地震勘探时选择合理的激发方式，对 于提高资料质量非常重要。通过炸药震源和可控震 源两种激发方式的对比研究，得出如下结论 a. 原始单炮记录上， 炸药震源原始单炮高频信号 的频带较宽，而可控震源压制环境噪声效果更好，但 是可控震源近炮点的有效反射波受面波干扰大。 图 7 两种激发方式的时间剖面解释成果对比图 Fig.7 Comparison of the results of time-section explanation of the explosive source and vibrator b. 时间剖面上，可控震源的浅层反射波层次丰 富、分辨率高于炸药震源，对尖灭点以及断层的显 示更为清晰，但是其准确性判别尚需后期钻孔或采 掘工程揭露的相关验证。 c. 根据实际施工区的地震地质条件，将两种震 源激发方式进行综合利用、扬长避短，是戈壁地区 最理想的地震采集方法。如何解决两种震源的闭合 差、高效配合等问题是今后的研究方向。 需要指出的是，两种震源激发方式的施工效率 和施工成本同样对于选择何种激发方式进行生产施 工至关重要。这取决于可控震源的机敏性、成孔设 备的能动性以及市场因素的不可控性等。因此，震 源的选择遵循三者统筹兼顾，综合利弊的原则。 致谢本研究工作得到中煤科工集团西安研究 院有限公司张广忠研究员、张孝文高级工程师的支 持和帮助，在此表示衷心的感谢 参考文献 ［1］ 程建远，何文欣，朱书阶. 三维地震资料的精细解释技术［J］. 煤田地质与勘探，2001，29（6）55-58. 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