煤田高密度三維地震勘探數據采集高效資料整理方法

李 江>

(中煤科工集團 西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

1 引 言

隨著地質目標的日趨復雜化，常規地震勘探對小斷層，隱蔽性地質體的勘探程度已無法滿足礦井安全開采的精細化要求。全數字高密度三維地震勘探可以獲得寬頻帶，寬方位和高采樣密度的地震數據，更有利于復雜地質體的成像和小斷層的解釋，近年來在煤礦采區地質勘探中取得了良好的應用效果[1-3]。數據采集作為全數字高密度三維地震勘探的基本工作，其作業方式正朝著大數據量和高效率采集的趨勢發展[4]，因此，在保證數據質量的前提下，如何提高地震數據采集的效率越來越重要[5]。施工組織設計是全局性的施工技術和工作綱要，直接指導各項工作的有序進行，科學合理的施工組織設計，成為提高野外數據采集效率的關鍵。全數字高密度三維地震勘探數據采集具有多線多道接收的特點，野外作業一次排列工作量大，而當前煤田系統各單位全數字高密度勘探設備有限，數據采集時通常采用測線滾動循環利用，因此，布線速度是影響施工效率的重要因素。放炮效率是整個數據采集效率的集中體現，最大程度地縮短放炮間隔時間，同時提高放炮物理點合格率，減少錯炮，是提高采集效率的有效途徑。地震數據采集的工作班報是野外工作最重要的基礎資料之一，一般需耗費大量的時間進行班報填寫、整理與校對[6]。面對日放炮數量倍增的全數字高密度采集，以往常規地震勘探班報記錄方式顯然無法適應全數字高密度采集的進度要求，內業整理工作也不能在短時間內完成，這些都將影響全數字高密度地震勘探的數據采集效率。

針對地表復雜障礙物的觀測系統設計，本文通過利用測量和變觀實測數據模擬放炮來制作SPS，以此引導放炮。在地震勘探班報整理方面，通過讀取地震數據道頭信息獲得地震數據的采集參數和觀測系統參數，從而快速生成地震勘探工作班報模板；借助EXCEL中VLOOKUP函數進行班報內容自動化填寫，通過一系列工作方法的優化與綜合應用，可以有效提高高密度三維地震勘探數據采集的效率。

2 高密度地震勘探數據采集特點

2.1 采用數字檢波器

數字檢波器的應用是全數字高密度三維地震勘探的主要特點之一。數字檢波器各技術參數一致性好，在0～800 Hz范圍內全頻段接收，振幅保真性好，無相位畸變與頻率衰減，具有較大的動態范圍和高靈敏度，可以直接輸出數字信號，避免了輸出傳輸中的外界電磁干擾和串音，抗干擾能力強[7]。DSU1型數字檢波器機構牢固、密封性好，是煤田常用的數字檢波器之一，但全數字高密度三維地震勘探單炮采集所用道數多，導致數據采集放線工作量大大增加。

2.2 寬方位采集

常規三維地震勘探觀測系統橫縱比一般小于0.5，全數字采高密度采集其觀測系統具有較大的橫縱比，一般接近于1，為寬方位或全方位采集，橫向上可觀測到更大的方位角(圖1)。寬方位采集面元屬性一致性好，有利于壓制近地表散射干擾，提高地震資料信噪比；寬方位采集橫向覆蓋次數過渡帶變化較為平緩，它比窄方位角更容易跨越地表障礙物和地下陰影帶[8,9]。因此，全數字高密度地震勘探寬方位采集的地震數據極大地增強了識別斷層、裂隙和地層巖性變化的能力[10]。當前煤礦采區全數字高密度地震勘探的寬方位采集通常是通過增加接收線數和增大接收排列片寬度來實現的，這種采集方式設備資源占用量大，成本也相對較高。

圖1 觀測系統偏移距/方位角玫瑰圖對比Fig.1 Comparison of offset/azimuth rose diagram of observation system

2.3 小面元采樣

常規三維地震勘探面元大于10 m×10 m，當前煤礦采區全數字高密度三維地震勘探其面元為5 m×5 m或更小，這種小面元采集極大地提高了地震數據的橫向分辨率，可以滿足地下小的地質體精確成像的要求，非常有利于對小斷層、陷落柱的控制和解釋[11]；另外，高空間采樣密度也避免了低頻干擾波的空間假頻，對干擾波的無假頻采樣更有利于信噪分離，提高干擾波的壓制效果[12]。但是，全數字高密度的空間采樣導致地震數據量劇增，給地震數據實時傳輸，存儲帶來問題。

3 高效作業方法

3.1 SPS引導放炮

在地震勘探數據采集作業中，一般按照設計炮、檢點關系設置炮點的接收排列，這種方法簡單方便，易于操作。但是受地表障礙物的影響，實際野外作業中炮點常有偏離設計點位置的現象，當按設計接收排列放炮時，偏離的炮點就會形成錯炮或偏炮，造成數據采集質量問題。在常規三維地震勘探中，由于炮排距、炮線距大，變觀炮點相對較少，遇到變觀問題儀器操作人員可以現場更改放炮清單避免產生錯炮，或者將錯炮進行記錄，在室內資料整理時予以更正。但是全數字高密度三維地震勘探一般炮點密集，遇到障礙物時變觀炮點較多，現場更改炮點接收排列工作量較大，而且在地震儀里面操作及其不便，嚴重影響放炮效率。通過對428XL遙測地震儀的采集參數設置和觀測系統數據結構進行分析，提出了制作實測炮點SPS引導放炮的策略。在炮點激發之前，通過測量工作和炮孔鉆眼等工作，對于變觀炮點已有記錄，將這些數據進行整理，得到實際的炮點坐標，然后通過觀測系統設計軟件進行模擬放炮[13]，可輸出標準的SPS文件，再將它導入428XL地震儀采集系統，可形成更新后的炮點接收排列數據。這一過程充分利用了炮孔測量、鉆眼等實測數據，模擬放炮操作方便，生成的SPS包含了變觀后炮點的觀測系統信息，可以有效指導地震數據采集，避免產生錯炮，同時不用在現場更改炮點接收排列，大大提高了野外放炮的質量和效率。

3.2 工作班報模板的快速生成

數據采集的工作班報是一項重要的基礎資料，煤田地震勘探規范要求的數據采集工作班報格式及填寫內容見表1，數據采集環節會投入大量的人力和時間進行班報填寫、整理與校對。3.2節中的SPS炮點含有觀測系統，但是野外放炮順序是隨機的，一般在放炮時給炮點賦予相應的文件號，這在工作量較少的情況下可以實時記錄班報，但全數字高密度三維地震勘探工作量一般較大，日放炮數量常在上千炮，顯然在放炮的同時進行班報記錄將嚴重影響放炮效率。為了節省時間，通常在現場放炮時記錄當日編號、文件號、炮點樁號、起止道位置等參數。但是這樣仍需每放一炮，然后等待完成當前炮的文件號和觀測系統的記錄，同樣影響地震采集的放炮效率。

表1 三維地震工作班報格式及內容Table 1 Format and contents of 3D seismic work shift report

對地震儀采集的地震數據記錄格式進行分析，其中道頭數據里包含著文件號、觀測系統、采集參數等參數，其道頭信息掃描顯示見表2，它完全包含了工作班報中觀測系統的相關內容；另外，數據掃描不受單炮數量的限制，多炮數據可快速完成道頭數據提取。因此，通過對數據進行掃描，實時輸出道頭數據列表，對其進行整理，即可形成工作班報模板，且完成班報觀測系統內容填寫。這樣，在野外數據采集現場縮短了填寫班報時間，極大地提高了數據采集的效率。

表2 428XL地震儀記錄的地震數據道頭列表

3.3 班報批量整理

對比表1中各項內容，經過對記錄文件號和觀測系統等內容的自動生成，工作班報中還有激發井深、藥量和雷管等內容需要填寫。按照野外施工的順序，井深數據由監孔人員記錄，通過對炮孔鉆眼深度進行實測獲得井深數據；藥量、雷管等數據由放炮人員記錄，按照實際用量和型號予以記錄形成爆炸班報；最后將監孔記錄和爆炸班報交由工作班報記錄人員進行填寫，可見這幾項工作正是數據采集內業整理最耗時的工作。首先，各種記錄的炮樁順序并非是一致的，因此，對于工作班報中某一個炮點，其對應的井深、藥量則需要分別從眾多監孔記錄和爆炸班報中逐一查找；其次，前期各種記錄并非一人所能完成，多人記錄存在記錄方式、格式的差異，同樣給班報記錄人員查找相應內容帶來不便。全數字高密度地震勘探每日工作量大，單炮采集數量多，如果按常規數據采集的班報整理方法，很難在作業現場整理完當前炮資料和工作班報。在多項全數字高密度三維地震勘探的生產實踐中，探索出了高效的工作班報整理工作方法。首先，對井深、藥量和雷管等數據單獨進行整理，形成以炮點為索引的野外班報記錄電子數據庫。這一項工作沒有炮點順序的要求，可以快速完成數據錄入。然后借助Excel電子表中VLOOUP(lookup_value，table_array，col_index_num，range_lookup)函數[14,15](表3)，在2.3節工作班報的基礎上，以炮點樁號為參照地址，以班報數據庫為搜索區域將各種信息鏈接到工作班報中，實現井深、藥量和雷管等數據的自動化查找與填寫。

表3 VLOOUP函數語法規則

4 結 論

通過對全數字高密度三維地震勘探數據采集特點的分析和勘探實踐，探索出了幾點提高數據采集質量和班報整理的高效方法：

1)充分利用工程測量和炮孔測量、鉆眼數據，及時更新炮檢點坐標，通過觀測系統模擬生成SPS文件引導放炮，可以避免錯炮，有效提高數據采集的質量和效率。

2)通過讀取地震數據道頭信息，獲得地震數據的采集參數和觀測系統參數，可以即時生成地震勘探工作班報模板。

3)借助Excel表中VLOOKUP函數的匹配搜索功能，實現班報內容的自動查找與填寫。