三维地震勘探施工设计.docx
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三维地震勘探施工设计
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第一章概况
第一节三维地震勘探区位置及范围
一、井田位置
***井田位于******东约10km，行政区划属******管辖。
地理坐标为：
东经**°07′45″～**°12′30″，北纬**°47′30″～**°51′30″。
***井田范围：
***市国土资源局2006年5月6日文《*********煤探矿权挂牌出让范围》确定。
全区走向长8km,倾向宽3.8km,面积25.24km2。
二、三维地震勘探区范围
先期开采地段、下步接替地段和主要井巷工程附近采用三维地震、瞬变电磁勘探，目的是了解先期开采地段、接替采区及井筒与井底车场的构造情况、含水层富水区分布情况。
按照招标文件要求，本次三维地震勘探区范围在20线与25线之间，勘探范围以下4个拐点圈成的近似矩形，其北西方向长约为2.55Km，北东西方向宽长约为1.99Km，面积为5.00Km2，勘探范围坐标见下表。
三维地震勘探范围拐点坐标一览表表1-1
第二节三维地震勘探地质任务
按招标文件要求，本次三维地震勘探地质任务如下：
1、查明勘查区内主采煤层二2煤层、三煤、四煤的构造形态，控制底板标高，深度误差≤1.5%；查明上述煤层的露头位置，平面误差小于30m。
特别是四煤层的分布范
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围。
2、查明区内二1、二2煤、三煤、四煤层中落差5m以上断层，其平面误差小于30m，并对落差小于5m断层进行解释；
3、查明区内新生界地层的厚度及底部起伏形态。
4、控制区内直径大于30m的陷落柱，并解释其它地质异常现象。
5、了解煤层中火成岩侵入情况。
第三节位置与交通
***井田位于******东约10km，西北距***市约25km，东北距汝南县约25km。
区内交通以公路运输为主，有到***的简易公路，**高速公路、**铁路、**国道在本区以西约5km、12km由南向北通过，交通甚为方便（见交通位置图。
图1-1交通位置图
第四节以往地质工作程度
1958～1960年，原***煤田地质局物探队和***队对***煤田（包括***矿区和***矿区）进行了大量的普查工作,完成实物工作量：
电法勘探物理点623个，地震测线107.2km，物理点758个，施工钻孔42个，总进尺18369.65m。
于1960年提交《******煤田普查地质报告》。
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据收集资料，区内仅在上世纪七十年代由***地质局第八地质队在***煤田***井田勘探时有11个钻孔落在本区，工程量6315.42m（见表2-1-1。
其中8个钻孔终孔层位为下第三系（E），一个钻孔为岩浆岩，一个钻孔终孔层位不清（T？
），只有一个孔（CK49）终孔深度603.10m，终孔层位为C3并见煤层（具体煤层层位、深度、厚度等不详）。
该孔位于***井田东南角边界外150m处，为本区找煤提供了可靠的依据。
2006年10月，***市国土资源局委托***煤炭勘察研究院编写了《*********煤矿区资源储量核查报告》，据核查情况，按现行《煤、泥炭地质勘查规范》，本区二2、三5、三6煤层勘查程度实际仅达到了预查程度。
2004年6月，***物测队进行第一期二维物探进行普查，8月份进行钻探施工，11月份完成第二批物探施工；2005年6月，***地质勘探二队完成了野外钻探工作。
2005年9月，编写了“详查报告”。
找煤阶段：
主测线11条，联络线1条，物理点3686个。
详查阶段：
主测线15条，联络线3条，物理点3391个。
第二章地质概况及地球物理特征
第一节地质概况
一、地层
本井田为石炭二迭系含煤地层，基底为奥陶系地层，其上为石炭系太原群、二迭系山西组及上、下石盒子组，上覆地层有第四系及新近系的松散层覆盖。
现自下而上概述如下：
1、奥陶系（O2）：
厚约500m，岩性为深灰色厚层状致密灰岩，夹灰色薄层状白云质灰岩。
2、上石炭统太原群（C3t）：
厚约65m，由灰岩、砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成，含一煤组（A煤组），共含不可采的薄煤层6层和6层石灰岩。
3、二迭系下统山西组（P1s）：
厚约60m，岩性由灰色钙质或硅质砂岩、泥岩、粉砂岩、夹铝土质泥岩和煤层组成。
含二煤组（B煤组，共含煤层7层，其中可采煤层1层，以二22煤层厚度大而可采，为区内主要可采煤层之一，遭严重火侵。
4、二迭系下统下石盒子组（P1x）：
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厚约135m，岩性为鲕状紫斑泥岩、粉砂岩、硅质砂岩及长石石英砂岩夹煤层组成。
含三煤组（C煤组，共含煤层10层，含可采煤层5层，以三22、三23、（三31+三32、三43煤层可采，其中三3煤层为区内主要可采煤层之一。
5、二迭系上统上石盒子组（P2s）：
残厚44m，岩性由杂色及灰黑色中、细砂岩、粉砂岩和煤层组成。
含四煤组（D煤组），大部分被剥蚀。
6、第四系及新近系（Q+N）：
厚约400m，由粘土、砂层及半固结的岩层组成。
二、煤层
本区含煤地层为上石盒子组、下石盒子组、山西组、太原组，其中下石盒子组、山西组为主要含煤地层，两组地层总平均厚度191.00m，含煤21层，煤层总平均厚度23.01m。
上石盒子组因只揭露地层下部，太原组揭露的钻孔也较少，代表性差。
下石盒子组和山西组含煤系数12.05%（见表2-1。
含煤地层含煤情况一览表表2-1
1、下石盒子组（P1x：
该组地层平均厚度131.50m，含煤12～13层，煤层总平均厚度16.31m，含煤系数12.40%。
煤层主要位于该组地层的上部，含煤段厚87m，形成了多煤层的密集组合；在横向展布上，集中分布在17到23勘探线间的中深部位，在18线～1９勘探线间的大部分地区因遭下第三系地层的剥蚀而缺失。
2、山西组（P1s：
该组地层平均厚度59.50m，含煤8层,总平均厚度6.70m。
含煤系数11.26%。
煤层位于该组地层中部，主采煤层位于该组地层的中下部，几层煤上下分布比较均匀；在横向展布上，主采煤层二22煤全区分布，该组地层因岩浆岩侵蚀严重，致使二22煤层遭受破坏而形成多层结构，分为二22及二22上两层煤层。
该组地层在井田内DF7断层以南遭受火侵，岩浆岩侵入厚度以19-1、19-2、21-1、22-1及20-4号孔厚度较大，最厚者达12.29m，其它地段厚度偏小。
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可采煤层共有9层可采煤层，总平均厚度16.17m，各煤层的可采情况、煤层结构、稳定程度见下表。
煤层情况统计表表2-2
根据已竣工的钻孔资料，***井田煤层稳定程度为较稳定型煤层（二型。
***井田的勘查类型为二类二型。
三、构造
井田内地层总体为走向北西，倾向北东的单斜构造，受区域构造淮阳山字型的影响，区内断裂构造和次级小褶曲均较发育，见（***井田构造示意图2-1。
1、褶曲
井田地层总体上走向北40°西，倾向北东的单斜构造，在单斜构造形态上，进一步挤压，形成次一级小褶曲和北东向断裂。
褶曲幅度不大，该组褶曲轴向为N25°E～N50°E，近似平行，背、向斜褶曲之间存在北东向正断层，自北往南分述如下：
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图2-1***井田构造示意图
（1）***向斜
该向斜轴部位于本井田西北部，25勘探线附近，轴向北东，向东北倾伏，西南端仰起，倾伏角7°～9°，井田内延展长度约1230m，东南部被DF7正断层切割破坏，深部为正阳逆断层切割，为宽缓褶皱。
（2）***背斜
该背斜位于***向斜东南部，轴向北东，向东北倾伏，西南端仰起，倾伏角6°～8°，井田内延伸长约1200m，西北翼地层保存完整，东南翼被DF7正断层切割破坏，深部被正阳逆断层所切，为宽缓褶皱。
（3）罗庄向斜
该背斜位于井田中部第21勘探线附近，轴向北东，向东北倾伏，倾伏角5°～10°，西翼缓、东翼陡呈不对称向斜，井内延展长度约1650m，浅部被DF5、DF6断层切割，
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东南翼被DF4正断层所切，深部被正阳逆断层所截，为较宽缓褶皱。
（4）***背斜
该背斜位于罗庄向斜之东南，轴向北东，向北东倾伏，倾伏角4°～9°，井田内延伸长度约1300m，褶曲幅度较小，东翼被DF3断层破坏，西北翼被DF4正断层切割，再往东被正阳逆断层所截，为宽缓褶皱。
（5）***背斜
该背斜位于井田东南部，轴向北东，向北东倾伏，倾伏角7°～9°，井田内延长约700m，褶曲幅度较小，西北翼被DF1正断层切割，东南翼被DF11正断层，深部被正阳逆断层所截，为宽缓褶皱。
2、断裂
井田断裂以走向北西的正阳逆断层为主体，与井田内地层走向基本一致。
由于该断层的存在，将含煤地层推覆于下第三系地层之上，在北西向构造的控制下，井田内产生次一级北东向正断层5条和北西向正断层4条，构成区内块状构造轮廓。
据DF5切割DF6断层的情况来看，北东向正断层形成较北西向正断层早。
而北西向正阳逆断层形成最晚，为喜山运动所形成。
按断层落差大小可分：
落差>100m3条，50～100m4条，<50m3条。
见下表：
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四、岩浆岩
本井田内已竣工钻孔32个，见岩浆岩钻孔22个，根据钻孔揭露，岩浆岩侵入层位为二22煤的附近。
岩浆岩侵入范围在DF7断层以南地区，DF1断层以南未见（见图4-1-1。
岩浆岩侵入厚度0～12.29m侵入层数最多达５层，其产状为岩床，据《***井田精查地质报告》，区域资料侵入时代为燕山期，其岩性宏观特征为：
浅灰色，细粒结构，块状构造，因次生变化，矿物成分不可辩，含黄铁矿结核，直径0.5～13mm，与煤层接触处，具晖色圈。
取16-2和18-1两孔岩浆岩样，送***勘探研究所作薄片鉴定，结果如下：
18-1号孔岩浆岩：
斜长石含量60％，自形～半自形板柱状，长0.1～0.4mm，无色透明，强绢云母化，见残余的聚片双晶；暗色矿物含量35％，已全部氧化成铁质矿物（褐铁矿长柱状，长度0.1～0.4mm为主，最大可达1.5mm，据形态推测，原矿物可能是角闪石；石英含量3％，等轴粒状，无色透明，正低突起，一级黄白干涉色；黄铁矿含量2％，黑色不透明、自形。
结构特征为半自形细粒等粒结构。
显微构造特征为均一构造。
次生变化：
绢云母化，褐铁矿化。
岩石综合命名：
强次生变化细粒闪长岩。
16-2号孔岩浆岩：
斜长石含量82％，半自形柱状，长0.1～0.3mm为主，少量达1.3mm（斑晶，强绢云母化，偶见残余的聚片双晶；暗色矿物含量10％，已全部氧化成铁质矿物（褐铁矿长柱状，长度0.1～0.4mm为主，最大可达1.5mm，据形态推测，原矿物可能是角闪石；石英含量5％，等轴粒状，直径0.5mm左右，无色透明，正低突起，一级黄白干涉色。
黄铁矿，含量3％，黑色不透明，自形粒状，直径0.1～0.4mm。
结构特征为显微斑状结构，斑晶为强绢云母化的斜长石，基质为半自形细粒等粒结构，显微构造特征为均一构造，次生变化，受次生热液影响，斜长石强绢云母化，暗色矿物强褐铁矿化，岩石综合命名：
富含黄铁矿的绢云化细粒石英闪长玢岩。
综观全区，井田构造复杂类型为中等，即二类。
第二节地震地质条件
一、表、浅层地震地质条件
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该勘查区属于山前冲积平原，地形平坦，农田广布，村庄稠密。
浅层基本上是由粘土，含钙质泥土及砾石互层组成。
距地表大约4m左右，有一地表水的隔水层,岩性为灰黄色粘土，厚约为0.5m，可塑性很大，对成孔不利；区内潜水位在地表以下12米左右；总之该区的浅表层条件较好，对地震波的激发较为有利。
二、中、深层地震地质条件
该区新生界地层中砾石层发育，除第四系下部普遍发育一层10m～20m厚的砂砾层（胶结较好），上第三系底部亦发育有较厚的砾岩层。
一般情况下，新生界地层内含有十几层砾石层或砾岩层，其中新生界底部的一层厚约17m～76m，砾石层或砾岩层累计厚62m～156m；由于该层的存在，使激发的地震波的能量，在新生界地层内部损失严重，从而使地震波的穿透受到严重影响，导致反射波能量大幅衰减，频率降低、品质变差；而岩浆岩的侵入则使二叠系下统山西组的二煤受到较大影响，使煤层反射波组能量变弱或者某些区段根本得不到目的层反射波，由于这些不利因素的存在，该区深层地震地质条件非常复杂。
从已施工的二维地震勘探单炮记录上可以看出，区内发育以下几组较强反射波：
TN波：
这是上第三系底部与下伏地层接触面的一组波组。
该波大部分地段连续性较好，仅局部地段连续性较差，区内基本上可连续追踪。
T3波：
由三煤组产生的反射波，由于该煤组由煤层、夹矸的互层组成，因此在时间剖面上表现为能量弱，连续性差，区内不能连续追踪。
T2波:
T2波是是由二2煤组产生的反射波，在时间剖面上表现为能量较强，信噪比较高，个别地方因构造原因反应不好。
该波与新生界内部反射波相比明显表现出频率较低的特点，是煤系地层构造解释的主要目的层反射波。
总体而言，该区浅表层条件较好而深层地震地质条件非常复杂。
第三章三维地震勘探施工方法及工程量
第一节试验工作及低（降）带调查
一、点试验工作
生产前的试验工作是了解本区地震地质条件及有效波、干扰波发育情况，优选施工参数达到压制干扰波，提高信噪比的高分辨率的方法。
通过试验正确选择最佳的激发条件、接收条件和仪器采集因素，以确定完成地质任务所采用的基本施工方法，取得最好
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的地质效果为目的。
试验工作遵循点面结合，从简到繁，变换单一因素的原则，在区内选择有代表性的位置进行充分的试验。
具有试验内容和工程量如下：
在全区共布置4个试验地点，均匀分布在勘探区北部（28-3钻孔附近）、勘探区北东部、勘探区南部（ZK3101钻孔附近）、中西部（24-4钻孔附近），根据不同的煤层埋深、不同位置的试验点的试验资料，进行激发、接收、仪器因素、波场调查等条件参数选择试验，共计77个物理点。
（1）激发条件试验（48个物理点）
通过不同激发深度试验，选择区内不同地段激发层位的深度，在选定的激发层位内，用不同质量的炸药激发，确定合适的炸药量。
4个试验点中有2个试验点进行激发因素试验，每个试验点工作量为15个物理点，如下a、b。
另外2个试验点进行接收条件试验，每个试验点工作量为9个物理点。
a、分别进行8米、10米、12米、14米、16米、18米、20米、24米井深试验（8个物理点）
b、分别进行0.5公斤、1公斤、1.5公斤、2.0公斤、2.5公斤、3.0公斤药量试验（6个物理点）
（2）接收条件试验（8个物理点）a、偏移距试验（2个物理点）b、接收排列长度试验（2个物理点）c、检波器组合形式试验（2个物理点）d、检波器类型对比试验（2个物理点）二、低（降）带调查
为了掌握勘探区表浅层低速带厚度及常速带变化规律，为地震资料处理提供准确的静校正数据，全区均匀布置4个速带调查点，采用浅层双微测井方法进行低（降）速带研究。
每个速带调查点工作量为9个物理点。
低（降）带调查工作量总计为36个物理点。
三、试验段工作
在勘探区内部沿着D24勘探线北东方向布设一条试验线段，其长度都为1000米，方向垂直地层走向，过23-1、23-2两个钻孔，位于测区中部，中间激发双边对称观测，96道接收，24次覆盖，道距20米，偏移20米，炮间距20米。
物理点51个。
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现场采集处理及时了解二维地震勘探效果，以便于及时调整采集参数，进行正式生产。
第二节观测系统及采集参数
三维地震数据采集观测系统设计，目的是利用炮点网和检波点网组合而获得分布均匀的地下共反射点网格所要求的覆盖次数，三维观测系统综合考虑勘探区的地质任务、地形地貌、目的层的赋存深度、构造情况，根据仪器设备状况，结合多年的地震勘探经验和本区的实际情况，拟采用中间激发双边对称接收的方式、24次覆盖、束状8线8炮制观测系统。
1．测线布设方向
从现有资料看，勘探区内大部分地段地层走向为南东向、倾向北西的褶曲构造，煤层埋深跨度较大（-575m至-300m），按照地震勘探规范对地震主测线布置的要求，故将三维束线方向设计为与地层走向基本垂直平行有利于数据采集。
2．覆盖次数
为保证资料质量，获得反射波信噪比S/N大于2的三维数据体，根据该区地震地质条件，本次勘探选择24次叠加次数，以确保三维地震勘探成果精度。
3．CDP面元尺寸
道距＝CDP面元尺寸×2。
则道距选用20m是合适的，拟采用中间激发双边对称接收的方式、24次覆盖、束状8线8炮制观测系统，尽可能减小CDP反射点的离散度也是必须的。
4．最大炮检距Xmax
最大炮检距的确定应遵循以下原则：
（1Xmax应尽量小于主要目的层的深度。
（2Xmax应小于浅层折射波干扰的距离。
（3为保证速度求解的精度，Xmax应尽可能的大。
5．镶边宽度（MA）
为保证三维数据体偏移后在勘探边界仍达到满覆盖次数，根据公式：
MA=Ztgθ式中：
MA—镶边宽度
Z—最大目的层埋深
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θ—为勘探边界岩沿X、Y方向的最大倾角。
可以计算出本区北西边界的镶边宽度。
本区二号煤层南东部最深为-575m，西边界最大倾角13°左右，垂直镶边宽度应为56m，而实际设计镶边宽度90m，其余边界也有不同程度的镶边；而且每边界镶边都能满足理论上镶边宽度的要求。
6．垂向分辨率分析
本次勘探要求查明落差大于或等于5m的断层。
从理论上分析，在无相关干扰的情况下，地震勘探最大的分辨率为1/8主波长，取V平均＝3500m/s，据此所需达到的主频：
Hzm
s
mZVfm5058/20008=⨯=∆=
根据式：
fmax＝1.43×fm＝71.5Hz可计算出要求保护的最高频率为71.5Hz。
因此，本区施工要求主频达到50Hz，同时需保护的高频段的高切频率为71.5Hz。
7．空间采样率的分析
从满足地震记录或地震剖面的相邻道上可靠地追踪同一相位考虑，道距的选择为；
m
xxfVX2*
≤
∆
其中x
xX
hxhxhxVVϕϕsin2
sin44（2
1
2
2
*--+=
取x=h＝1000m，V平均＝3500m/s8=xϕ得mx102≤∆
从横向分辨率考虑，每个优势频率的波长应有两个样点，即CDP间隔ðx应等于：
ðx=v/（2.fdom
假设目的层优势频率fdom为50Hz，目的层以上的层速度为V=3000m/s。
，则ðx为30m。
道距为CDP间隔的两倍，即∆X=60m
本区施工选择道距为20m，完全满足上述要求，且不会出现空间假频。
8．时间分辨率分析
为保证信号在时间方向不产生假频，要求时间采样间隔满足采样定理：
max
21
ft≤
∆
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采样间隔不得大于1ms，本区采样间隔为0.5ms满足该要求。
9．检波器及组合
根据以往的地震勘探经验，本区很有可能试验后选用主频为60Hz的检波器接收，根据平原地区地震特点，组合形式将三串、三串并的六检波器的面积组合进行对比试验，选用组合形式。
10．观测系统参数及仪器
（1）观测系统参数
观测系统参数表
根据二维地震勘探及相关资料，区内煤层底板等高线图中现有断层的展布格局及地层走向近于北东向的实际情况，为了最好地控制三维地震勘探区的构造情况，线束方向布置垂直地层走向。
A、接收道数：
每一条线48道，共计384道（详见设计图）B、接收线数：
每束8条线
C、接收道距：
20mD、接收线距：
40mE、排炮距：
80mF、横向炮点距：
20mG、覆盖次数：
24次（纵向6次，横向4次）H、CDP面元网格：
10m×10mI、放炮方式：
中点放炮
（2）仪器因素的确定
A、仪器型号：
408UL多道遥测数字地震仪
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B、记录格式：
SEG—DC、磁带记录密度：
75742bpiD、采样间隔：
1msE、记录长度：
1.5s（3）检波器及组合
采用DTJ—60Hz检波器，三个串联组合。
（4）激发条件
A、震源：
单井TNT成型高爆速（＞6000m/s）炸药震源或岩石炸药。
B、药量：
待试验确定C、井深：
待试验确定（5）、地震施工的进行
施工以束线顺序进行，第一束线施工结束后再施工第二束、第三束„„。
从第二束开始，后一束前4条观测重复前一束后4条观测线。
以顺序依次施工完毕。
以上采集参数为初步确定，最终以试验确定的最佳参数施工。
图3-18线8炮观测系统图
图3-2方位角分布图和全方位炮检距分布图
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图3-3叠加次数图
第三节三维地震勘探工程量
根据上述设计，具体工程量如下：
表3-2
本次三维地震勘探面积5.00km2，共计三维束线17束，炮线134条，检波线72条。
按上述观测系统设计，满24次覆盖面积达5.46km2，满12次覆盖面积6.62km2，一次以上覆盖面积7.78km2，施工面积9.55km2。
总计地震物理点4188个。
第四节三维地震勘探测量工作
利用本勘探区周边地区的三角点，作为基础控制测量的起算数据。
施工用图采用矿方提供的地形图，采用1954年北京坐标系，高程为1956年国家高程基准系，高斯正形投影３°投影带。
一、作业依据
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《全球定位系统（GPS）测量规范》GB/T18314-2001；《煤炭资源勘探工程测量规程》；1987年版二、施工方案
根据规程规范的要求，结合本勘探区地形地貌的实际情况，拟布设E级GPS点作为工程勘探的基础控制，鉴于测线的布设情况的需要利用全站仪布设若干一、二级导线，作为测线控制。
1、GPS网布设以已有四等三角点作为起算数据，为准确模拟本区大地水准面，GPS点的点位应尽量选在测区边缘。
2、GPS点的施测
根据《规范》要求及我校现有GPS接收机设备情况，GPS网观测采用静态定位法进行测量，作业前后，应对仪器进行必要的检核，保证仪器的完好作业。
仪器标称精度不应低于：
水平方向5mm+1ppm，垂直方向12mm+1ppm。
外业数据的采集按照GPS测量规范E级（5″）的要求进行，平差计量首先在WGS-84坐标系中进行无约束平差，满足要求后方可进行54坐标的约束平差计算。
3、一、二级导线测量
严格按规范要求布设一、二级导线点，点位应选在土质坚实，通视良好、便于观测、易于寻找的地方，并设置长期标志。
导线点间距一般控制在300～600m，采用2″级全站仪施测时，水平角观测一测回，垂直角及边长各观测一测回。
精度要求：
一级导线方位角闭合差≤±25″n（n为测站数，导线全长相对误差≤1/8000，高程闭合差≤±0.15Dm（D为导线长，以公里为单位）。
二级导线方位闭合差≤±60″n（n为测站数），导线全长相对误差≤1/4000，高程闭合差≤±0.25Dm（D为导线长，以公里计算）。
设站时应严格进行整平、对中，每站观测完成后，应认真检查观测结果，确认无误后方可迁站。
4、物探观测点测量
根据一、二级导线点及高等级控制点，采用全站仪的放样功能，精确放样出每个炮点及检波点的位置，个别困难地形可采用支导线测量。
炮点及检波点的理论值和实测值误差不得大于0.5m，高程误差也不得大于0.5m，施测中当遇有特殊困难时应及时向施工指挥部汇报。
测定的炮点、检波点必需插竹桩，用油性笔注明桩号，分别系红色和白
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色长方形小塑料条区别检波点和炮点，各炮点必须撒白灰。
坐标高程的成果取位至0.01m，每束线应做一个简明的班报（地形地物符号应遵从测绘图例），并及时提供给项目组。
5、炮点、检波点编号
为了便于资料的处理及野外测线桩号的书写，炮点、检波点的编号必须在相对坐标系中进行，即用相对坐标系
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