地震勘探概况

地震勘探野外工作简介~

地震勘探野外工作是整个地震勘探生产的首要环节，它是通过地震波的激发和接收，获取地震勘探的第一手资料，以便为地震资料的处理和地质解释之用。
地震勘探野外工作主要分为现场踏勘、野外施工设计、试验及正式生产等阶段。野外工作中的关键是地震勘探采集系统和工作方法，它决定着能否获得高信噪比、高分辨率、高保真度的原始资料。根据地震勘探所要解决的地质任务，野外分为二维地震勘探和三维地震勘探。三维勘探多用于地质条件复杂、构造幅度小、二维勘探无法解决的地区。相比之下三维勘探的工作量比二维勘探大得多，无论是设备还是人员的配备都大大超过二维勘探，相应于二维勘探组成二维地震队，相应于三维勘探组成三维地震队。
地震队是地震勘探生产单位的基层组织，由测量、钻井、震源、仪器、解释等多个工种组成。测量班组负责地震测线的测量，将公司设计好的地震勘探布置图，一条测线一条测线的落实到地面上，并准确测量炮点(激发点)位置和高程、检波器组合中心点位置和高程，并插上小旗，以便钻井班组和检波器班组识别;此外绘制地形地物示意图及工区的测网图。钻井班组负责爆炸井的钻探工作，按照爆炸井的设计井深打钻。震源班组负责往井中下炸药和放炮。仪器班组中分为检波器组、电缆组和记录仪器操作组;电缆组负责沿测线铺设电缆线;检波器班组负责安置检波器并与电缆线连接，保证各个检波器都连接正确和畅通。记录仪器操作组是激发接收的总指挥，每次放炮和接收都由他发令控制，调动排列上的各班组，并负责记录和回放监视记录，填写班报及检查维修仪器。解释组负责绘制观测系统，提供每天施工的路线图，现场检查每次放炮接收的记录是否合格，整理施工班报，评价监视记录的品质;向上级单位送交原始磁带等资料。现在野外地震队大都配有现场处理系统，这个工作有的专门配备人员负责，也有的由仪器组负责。
当今，地球物理勘探工作已市场化，分为甲方和乙方或称为委托单位和承包单位。甲方负责下达任务书及招标，乙方投标，接受任务。乙方接受任务书后着手进行搜集资料，施工设计论证，试验设计，及各因素试验，写出施工设计报告，在此基础上再正式生产，待整个地震勘探工程结束后，提交野外生产成果报告。甲方负责质量监督及最终勘探成果验收评审。

(一)地震勘探仪器的任务及发展简史
地震勘探仪器是接收和记录地震波的一种精密的电子仪器及计算机等组合在一起的专门装置。地震勘探仪器的主要任务如下:
(1)提供尽可能丰富的、高信噪比、高分辨率和高保真的原始地震记录。
(2)记录地震勘探空间采集参数及时间采样参数，如测线号、排列类型、激发类型;施工时间、采样间隔、记录长度、记录号、固定增益及滤波挡等。
(3)适应不同勘探条件作业，如海洋、沼泽、沙漠及陆地。
地震勘探仪器从记录方式上大致分为三代，第一代是模拟光点记录地震仪;第二代是模拟磁带记录地震仪;第三代是数字磁带记录地震仪。第一代模拟光点记录地震仪使用时间从20世纪30年代至50年代中期，动态范围在20dB，频带宽约10Hz，带通滤波器的中心频率一般为20～40Hz，增益控制方式为一般的自动增益控制，记录波形直接显示在相纸上，不能做重新处理，信号是模拟信号。第二代模拟磁带记录地震仪从20世纪50年代中后期至60年代中期，仪器动态范围为45dB，频带宽度15～120Hz，增益控制方式为公共增益控制或程序增益控制，磁带记录特性它可以多次重复回放，并能实现多次叠加、滤波等处理。第三代数字磁带记录数字地震仪使用时间从20世纪60年代中期开始，它具有精度高(振幅精度大于0.1%)、动态范围可达130dB、灵敏度高(记录最小信号小于0.1mV)、频带宽(从3～250Hz，甚至可达500Hz以上)等优点，可与计算器直接联机，作多种数据处理和解释工作。其增益控制方式有二进制增益和瞬时浮点增益。
从模拟磁带记录开始，在室内对野外原始记录可重新加以处理并得到时间剖面，这种剖面很直观而且对解释人员很有帮助。数字磁带记录利用计算机处理，大大提高了处理速度和处理精度，处理方法多样化。数字地震仪正在不断地发展和更新，现已有光导纤维传输、遥测传输，并向超多道、智能化方面发展。
(二)地震勘探仪器的一般组成
地震勘探仪器主要由地震检波器、传输电缆、地震记录系统组成。地震检波器是一种机电转换装置，它将质点振动转换为电信号并传输到地震电缆线上;电缆线是传输地震信号到地震记录系统的载体，目前地震电缆已由传输模拟信号的多芯分段电缆发展为传输数字信号的数字传输电缆、光纤电缆，或无线电和微波传输。
地震记录系统将电缆或其他方式传输的信号进行放大、滤波、格式转换等并经磁头记录到磁带上。另外与地震记录系统相配套的有地震回放显示系统、质量监控系统及测试系统。
(三)地震勘探记录仪器类型简介
地震勘探记录仪器种类很多，能源勘探使用的大型数字地震仪可归纳为三大类型，分别为:集中式逻辑控制型数字地震仪;集中式数控型数字地震仪;分布式遥测型数字地震仪。如图4-7-1所示。

图4-7-1 集中式数控型地震仪器与分布式遥测型地震仪器

集中式逻辑控制型数字地震仪是指仪器整机控制全部由硬件组合实现仪器的各部分集中装在相应的箱体内，它的所有的配置都组装在仪器车上或船房内。这种类型仪器有SN338，DFS-V，MDS-10等。
集中式数控型数字地震仪在配置上除具有集中的特点外，最主要的特点是利用微机实行固化程序对测试、地震数据采集、处理和各种方式的显示进行控制。这种仪器除了具有普通的地震数据采集外，增强了自动综合测试能力，如外线测试、逻辑测试等。另外，利用诊断程序可迅速自动地进行故障诊断，利用键盘进行人机联作，通过CRT显示设置、检查或修正参数，并具有采样动态转换的能力，可配用可控震源，完成多道相关、叠加的实时处理。集中式数控型数字地震仪型号较多，结构配置和功能也有差别，其典型代表的SN358主要由主模拟单元信号通道、辅模拟信号通道、逻辑单元组成。
集中式数控型数字地震仪的特点是配用磁带机控制单元后，可用两台磁带机实现单密度(1600dpi/PE)或双密度(1600bipPE/6250bpiGCR)同时或交替记录。用两个主模拟单元及辅模拟单元后，可记录246个地震道和8个辅助道，有转存储功能。在记录过程中可实现动态变化采样。
分布式遥测型数字地震仪又进一步分为:分布式有线遥测型数字地震仪和分布式无线遥测型数字地震仪。分布式是指地面采集站沿测线等间距地布置，并负责采集多个检波点的地震波。有线遥测是指中心记录站通过数传电缆向各采集站发送控制指令，采集站向中心记录站应答或传送地震数据;无线遥测是指中心记录站与测线上的采集站之间的控制指令和应答信号以及地震数据是通过无线电信号传送，无需数据电缆。
分布式遥测型数字地震仪的最大特点是:接收道数多，可达千道以上;适用于三维面积勘探;系统智能化程度高，人机界面技术先进，自测自检及诊断能力较强;数据的采集速率与磁带记录速度无关;中心记录站与采集站采用多频、多通道数据传输。目前无线遥测型数字地震仪有代表性的为TELSEIS、MYRIASESⅡ、OPSEIS等，有线遥测型数字地震仪有代表性的是SN368，DFS-Ⅶ，SK-1004等。
(四)新一代地震采集系统简介
随着地震勘探技术的发展，对勘探仪器的要求越来越高，以上介绍的常规地震仪的采集系统显示出了它的缺点，首先是动态范围不足;并且瞬时浮点放大器对在低频强信号之后出现的高频弱信号起着平滑的作用，因而对高频信号的采集不利;由复杂的高精度模拟元器件组成的电子线路，需不断地校准，也带来很多麻烦和问题。人们最终认识到瞬时浮点放大器并不能真正达到瞬时动态，只有模数转换器才能做到，而传统的16位模数转换器的最优化线性度只有万分之一，信号的谐波畸变只能达到万分之五，最大的瞬时动态范围仅80dB。
近几年得以实用化的Σ-Δ模数转换器能输出24位以上的定点数据，引发了近几年来地震仪器的更新换代，例如SN388，SystemⅡ等遥测地震仪在采集站中均使用了过采样的Σ-Δ型A/D转换器，省去了传统的瞬时浮点放大器和去假频滤波器，大大提高了系统的瞬时动态范围和采样精度，提高了集成度，减小了体积。
(五)对地震仪的基本要求
(1)具有模拟放大装置，来自地层深处的地震信号是很微弱的(μm数量级)，为了能把微弱信号记录下来，必须对它进行放大。
(2)具有带通滤波装置，在接收时，同时传到接收点的除了一次反射波外，还有许多干扰波。为了突出有效波、压制干扰波，地震仪器必须有频率选择作用，以便让有效波的频率成分通过而干扰波的频率成分被滤掉。
(3)具有足够大的动态范围，地震波在传播过程中，能量会受到损耗，使得浅层反射波因传播路程短而能量很强，深层反射波因传播路程长而能量很弱，这种差别可达几万倍甚至百万倍。我们把地震波这种强弱的差别反映在振幅上的变化范围称为地震波的“动态范围”。
(4)具有良好的分辨能力，一个地层剖面中，会存在很多相邻很近的反射界面。当有地震波入射到这些界面时这些相邻反射界面的反射波就会相继到达地面的观测点。我们知道，每个界面的反射波有一定的延续时间Δt，两个相邻界面的反射波到达地面同一接收点的时差为Δ，当地震波的延续时间Δt小于Δ时，这两个相邻界面的反射波在地震记录上是可以分辨的。反之当Δt大于Δ时，则两个反射波叠加在一起，无法分辨。所谓地震勘探的分辨能力指的就是可以分辨开两个界面之间的最小厚度。
当然，地震记录上地震波的延续时间与很多因素有关，如震源的类型、激发条件、岩石介质性质以及记录仪器特性等。因此，从仪器设计方面，就要合理地选择仪器参数，使仪器的固有振动延续时间不要太长，使仪器具有较好的分辨能力。
(5)根据地震勘探方法技术的特点，对地震仪还有一些具体的技术要求:如记录仪器应当是多道的，各道一致性应满足一定的精度;原始资料应采用数字记录方式以便于多次重复处理;记录长度应在6～8s左右并最好是可以任意选择的;有精确的计时装置并伴随地震信息同时记录下来。

地震技术在中国煤炭能源工业中应用，已有五十多年（1955～2011年）的历史。

早期的煤炭地震勘探主要用折射法、反射法联合寻找新煤田、煤产地，1958年开始用二维地震反射技术配合钻探、测井对煤田进行普查、详查和精查综合勘探，目前折射地震已很少采用。1973年采用地震反射多次覆盖技术，1978年进行煤炭三维地震试验；1989年在加强与国外合作和交流的基础上，煤炭三维地震投入工业化生产，形成钻探、测井、二维地震、三维地震精查综合勘探的新模式。进入20世纪90年代以来，煤炭地震勘探逐步从传统的煤炭资源勘查中的常规地震技术转到了直接为煤矿开采服务的方向。由于地质效果十分突出，各主要矿区加大了对地震勘探的投资力度，各物探单位又适时地引进了国外各类先进的主流地震仪装备、地震资料处理与解释软件，在引进、消化、吸收和创新应用的基础上，煤炭地震技术水平迅速提高，应用技术目前已达国际煤炭能源行业先进水平。现代的煤炭地震勘探技术主要为煤矿采前精细勘探和煤炭资源勘查服务，每年都有至少500个以上的地震勘探项目投入生产，其中煤矿采区勘探所占比重在60％左右。

近年来，针对我国煤炭能源工业的发展需要和各主要大型煤炭基地的地质条件以及我国中西部复杂的地表条件的新形势中所出现的一系列地震技术难题，各地依托重点勘探项目组织技术攻关，依靠技术进步，新技术、新方法的研发与应用取得了突破性进展，不仅为地质目标的实现提供了强有力的技术支撑，而且开辟了一批新的勘探领域，基本形成了6项现代高精度煤炭地震勘探主导技术：①煤矿采区高精度、高密度三维地震勘探技术，②山地三维地震勘探技术，③浅海域三维地震勘探技术，④黄土塬三维地震勘探技术，⑤煤层综合预测技术，⑥沙漠戈壁三维地震勘探技术。

在过去的十多年里，地震勘探技术之所以能在我国煤炭工业领域取得如此空前广泛的应用，除上述因素外主要还得益于我们对全国各主要煤炭基地煤层反射波的深入认识与研究。地震分辨率大幅提高，使我们能用地震技术直接勘探煤层，识别主要可采煤层的赋存范围，细微的描述煤层宏观结构。再则研发了一成套地震炮井成孔方法，配合千道数字地震采集系统，能在一年四季进行野外地震工作，不仅提高了地震队年生产率，而且大大降低了地震勘探费用。第三个原因是地震成像精度大大提高，不管是平原区、山区或沙漠区的地震勘探地质成果精度都达到了煤矿开发的基本需求，在优化开采设计、制定开发计划中发挥了重要作用，煤矿业主获得了实实在在的经济效益。目前，我国正在研究探索煤层气勘探开发、页岩气勘探开发、煤炭地下气化勘探开发的四维（时移）地震与多波多分量地震相结合地震技术，以及煤炭液化二氧化碳地下储层优选的三维地震技术。

煤炭地震勘探技术，主要用于煤炭资源勘查和煤矿采区勘探。

煤炭资源勘探是煤炭工业建设的基础工作，其基本任务是为煤炭工业布局提供可靠的资源情况，为煤矿建设和远景规化、矿区总体发展规化、矿井初步设计提供依据，并为地质科学研究积累资料。根据中国煤田地质特点和煤炭工业基本建设程序相适应的原则，煤炭资源勘查划分为预查、普查、详查和勘探4个阶段。而煤炭地震勘探划分为5个阶段：概查、普查、详查、精查、采区勘探。前4个阶段与煤炭资源勘查阶段对应；第5个阶段，采区勘探是专为煤矿开采服务的。

在煤炭资源勘查中找煤（概查）工作是在区域地质调查的基础上进行的，其主要任务是寻找煤炭资源，并对工区是否进行下一步工作价值作出评价；普查是在找煤的基础上或已知有勘查价值的地区进行，主要任务是对工作区有无开发价值作出评价，为煤炭工业的远景规化和下一阶段的勘查工作提供必要的资料；详查是在普查的基础上，根据煤炭工业规化需要，选择条件较好开发比较有利的地区进行，其主要任务是为矿区建设开发总体设计提供地质资料，其成果要保证矿区规模、井田划分不至因地质情况而发生重大变化；精查一般应在矿区总体开发建设计的基础上进行，其任务是为矿井初步设计提供地质资料，它的成果要满足选择井筒、水平运输巷道、总回风巷道的位置和划分初期采区的需要，要保证井田境界和矿井设计能力不致因地质情况而发生重大变化。

煤炭地震勘探划分的5个阶段；概查，普查，详查主要采用二维地震技术，精查主要采用二维、三维地震技术，采区勘探主要采用三维地震技术。

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