昆明盆地中深層反射地震勘探實(shí)踐

昆明盆地中深層反射地震勘探實(shí)踐

0明地地震勘探昆明盆地是云南省最大的第四紀(jì)沉降盆地。它位于揚(yáng)子地臺(tái)東部，滇古高壩以東，sn方向上。盆地內(nèi)第四系發(fā)育的總體特征可以概括為厚度變化巨大、相變復(fù)雜。受斷裂活動(dòng)和起伏較大的地形的影響,盆地內(nèi)第四系沉積相變非常迅速,存在湖積、沖積、洪積及殘坡積等多種沉積類型的復(fù)雜組合(斷裂構(gòu)造在盆地內(nèi)處于隱伏狀態(tài),由于盆地周圍一般缺少第四系沖積、洪積和湖積層,通常在裸露區(qū)采用露頭觀測(cè)、探槽和剖面測(cè)量手段研究斷裂活動(dòng)特征,在昆明盆地內(nèi)則主要用地震勘探和鉆探方法。對(duì)盆地的地震探測(cè)通常分3個(gè)不同深度層次:①100～300m深度的淺層地震反射勘探(基于昆明盆地的地質(zhì)條件,僅采用淺層地震探測(cè)和深部孕震環(huán)境分析是不能弄清楚斷裂構(gòu)造的深淺關(guān)系的。為了對(duì)斷裂構(gòu)造的深淺關(guān)系有更深入的了解,2004年10月,根據(jù)中國(guó)地震局“中國(guó)地震活斷層探測(cè)技術(shù)系統(tǒng)”項(xiàng)目中“城市活斷層探測(cè)與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)”技術(shù)要求,云南省地震局啟動(dòng)了“昆明市活斷層勘探與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)控制性中深層地震勘探工程”子項(xiàng)目,開展昆明地區(qū)活斷層探測(cè)以及建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)。鑒于昆明盆地由北向南基底逐漸加深至1200m以上的事實(shí),我們部署了KM4測(cè)線,沿測(cè)線開展了有效勘探深度至2km的中深層地震勘探。本文主要論述中深層反射勘探測(cè)線布設(shè)與參數(shù)試驗(yàn)工作。1測(cè)量線設(shè)計(jì)1.1地震勘探在地質(zhì)基礎(chǔ)上的應(yīng)用基于主要斷裂呈SN向展布的地質(zhì)情況,為了弄清楚斷裂構(gòu)造的深淺關(guān)系,在淺層地震反射勘探的基礎(chǔ)上,我們布設(shè)了一條EW向、長(zhǎng)約23km、橫跨昆明盆地的中深層探測(cè)剖面KM4測(cè)線(圖1),沿測(cè)線開展有效勘探深度為2～3km的中深層反射地震勘探,以確定目標(biāo)區(qū)隱伏活斷層在盆地淺部、深部和基底展布的異同及空間關(guān)系,探測(cè)盆地深部斷層的位置、錯(cuò)斷性質(zhì)、斷距和傾角等(1.2(1)技術(shù)測(cè)量激發(fā)震源為炸藥震源,道間距20m,水平疊加次數(shù)20次,激發(fā)井深與藥量通過(guò)野外試驗(yàn)而定。(2)設(shè)備要求A/D轉(zhuǎn)換24位,動(dòng)態(tài)范圍144dB,儀器記錄道數(shù)不少于60。(3)勘探精度平面定位精度20m,剖面定位精度為深度的10%。1.3增加了采集點(diǎn)激發(fā)速度我們根據(jù)《中國(guó)數(shù)字地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)程》(2005)的要求,布設(shè)了本次探測(cè)的觀測(cè)系統(tǒng)?？张诰嚯x超過(guò)400m地段進(jìn)行加炮控制。由于該測(cè)線經(jīng)過(guò)滇池、滇池國(guó)家旅游度假村、滇池高爾夫球場(chǎng)及大型村莊,必然會(huì)出現(xiàn)一些空炮地段,對(duì)這些空炮地段的處理方式會(huì)直接影響探測(cè)質(zhì)量。按地震勘探常規(guī),正常井深、藥量激發(fā)的物理點(diǎn)為I級(jí)炮點(diǎn);在建筑物、水渠等障礙附近需適當(dāng)減小藥量激發(fā)的物理點(diǎn)為II級(jí)炮點(diǎn);距障礙非常近,需減藥量至最低限度,用于彌補(bǔ)剖面缺口的物理點(diǎn)為III類炮點(diǎn)。本次測(cè)線滿覆蓋總長(zhǎng)22.6km,探測(cè)炮點(diǎn)總數(shù)為220個(gè),其中I級(jí)炮點(diǎn)103個(gè)、II級(jí)炮點(diǎn)99個(gè)、III類炮點(diǎn)18個(gè)。根據(jù)盆地地質(zhì)情況以及總體設(shè)計(jì)參數(shù)論證結(jié)果,確定KM4測(cè)線基本施工參數(shù)如下:觀測(cè)系統(tǒng):2400-20-0-20-2400接收道數(shù):240、300道距:20m炮距:120m覆蓋次數(shù):20次采樣間隔:1ms記錄長(zhǎng)度:6s激發(fā)井深:由試驗(yàn)確定炸藥類型:低密炸藥激發(fā)藥量:由試驗(yàn)確定檢波器類型:SN4-10檢波器組合方式:單串線沿測(cè)線組合,組內(nèi)距1m,基距8m按昆明盆地地質(zhì)模型進(jìn)行射線追蹤(圖2),對(duì)比各部位射線路徑分布情況,采用2400-20-0-20-2400觀測(cè)系統(tǒng)不會(huì)造成反射盲區(qū),能夠完整接收到地下反射信息。在特殊地形區(qū)域,通過(guò)局部變觀設(shè)計(jì)完成所要求的地質(zhì)任務(wù)。2測(cè)試工作2.1地震施工參數(shù)確定了解昆明盆地低降速帶結(jié)構(gòu),確定適合昆明盆地的激發(fā)井深與激發(fā)藥量,為KM4測(cè)線提供合理選用的地震施工參數(shù)。2.2激發(fā)井深井深試驗(yàn)根據(jù)工區(qū)內(nèi)不同位置,在盆地東部民辦科技園附近2033樁號(hào)布置S1綜合試驗(yàn)點(diǎn),確定適合KM4測(cè)線的基本激發(fā)井深與激發(fā)藥量;在南昆鐵路附近1916樁號(hào)布置S2驗(yàn)證試驗(yàn)點(diǎn),進(jìn)一步驗(yàn)證綜合點(diǎn)確定的施工參數(shù)在進(jìn)入平壩區(qū)后的適應(yīng)性。2.3檢波器組合位置觀測(cè)系統(tǒng)為2400-20-0-20-2400,240道接收,道距20m,記錄長(zhǎng)度6s,采樣間隔1ms,記錄格式為SEG-D,檢波器組合為單串線沿測(cè)線組合,組內(nèi)距1m,基距8m,檢波器組合高差小于等于1m。采用SN4-10寬頻檢波器接收,采用乳化炸藥激發(fā)。2.4地表露頭地層結(jié)構(gòu)s1本次試驗(yàn)工作的主要內(nèi)容有:低降速帶調(diào)查、激發(fā)井深和激發(fā)藥量試驗(yàn)。試驗(yàn)點(diǎn)工作量見表1。點(diǎn)位特征:S1點(diǎn)位于KM4線中部,接收排列為1913-2153,樁號(hào)為2033,地勢(shì)相對(duì)平坦,地表第四系覆蓋。S2點(diǎn)位于KM4測(cè)線的1916樁號(hào),地勢(shì)平坦,地表出露第四系表土,所用接收排列為1796-2036。微測(cè)井采用巖性錄井及測(cè)井相結(jié)合來(lái)確定表層結(jié)構(gòu)情況。如圖3所示,單井微測(cè)井設(shè)計(jì)井深30m,采用井下放炮地面接收(6道以井口為圓心、半徑1m埋置)方式進(jìn)行,由井底向井口按照2m×12—1m×5—0.5m的觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行激發(fā)測(cè)定,對(duì)所得資料進(jìn)行計(jì)算解釋,并繪制2.5(1)激發(fā)井深特征S1試驗(yàn)點(diǎn)從原始單炮上看,隨井深增加,面波能量逐漸減弱,視頻率升高,反射波組特征變化不大,初至波能量足夠,掃描后不同頻段信號(hào)基本相當(dāng)(圖4d)。通過(guò)能量分析(圖4b),10～14m激發(fā)能量較低,18～22m激發(fā)能量相對(duì)較強(qiáng),14～22m信號(hào)信噪比基本相當(dāng)(圖4a),都能滿足要求。頻譜分析(圖4c)表明,18～22m激發(fā)能量相對(duì)略占優(yōu)勢(shì),子波旁瓣能量隨井深增加略有減小,16m以上激發(fā)井深基本能夠滿足勘探要求。S2試驗(yàn)點(diǎn)原始單炮上地震反射波在遠(yuǎn)、近炮檢距上16m、18m、20m三種井深能量差異不大,反射波組特征也沒(méi)有明顯差異,分頻掃描各頻段信號(hào)特征基本一致。子波分析顯示,16m井深主瓣和旁瓣振幅比值較大,能量向主瓣集中,有利于提高地震資料信噪比,不同井深子波頻率差異不明顯,對(duì)提高反射分辨率影響不大,頻譜分析振幅能量基本相當(dāng),信噪比差異不大。S2試驗(yàn)點(diǎn)確定的18m井深比較合適,綜合確定16～18m井深激發(fā)比較合適。(2)激發(fā)藥量及能量分析S1單炮記錄上隨著藥量增加,激發(fā)能量有逐漸增大的趨勢(shì),但在2kg以上增加幅度減小,同時(shí)隨著藥量增加,淺層噪音強(qiáng)度加強(qiáng),信噪比有所降低,掃描記錄上無(wú)明顯差別。定量分析顯示,0.5kg藥量激發(fā)的主頻最高,隨藥量增大主頻逐漸降低,振幅逐漸提高。藥量為4kg時(shí)主頻最低,頻帶寬度最窄(圖5a);能量分析顯示,0.5～1kg藥量與2～4kg藥量激發(fā)的能量有差異,后者在絕對(duì)振幅上有優(yōu)勢(shì)(圖5b);信噪比分析顯示不同藥量的信噪比波動(dòng)不大(圖5c);2kg藥量能夠達(dá)到飽和激發(fā)要求。對(duì)S2試驗(yàn)點(diǎn)定性分析,發(fā)現(xiàn)1.5～2.5kg藥量激發(fā)能量略有差異,但幅度不大,掃描信號(hào)基本接近,定量分析表明信號(hào)頻譜及反射能量無(wú)規(guī)律性。S2試驗(yàn)點(diǎn)確定的2kg藥量激發(fā)基本合適。綜合S1、S2點(diǎn)結(jié)果確定2kg藥量激發(fā)基本合適((3)降速層和高速層根據(jù)測(cè)井結(jié)果,測(cè)線東部低速層速度為732.7m/s,土層厚度為1.9m,降速層速度為1376.5m/s,厚度為3.8m。5.7m以下為高速層,地震波速度為2815.7m/s。通過(guò)表層結(jié)構(gòu)數(shù),試驗(yàn)點(diǎn)確定的激發(fā)井深都已進(jìn)入高速層,從而實(shí)現(xiàn)了在高速層中激發(fā)的目的。3地表一致性正演按照該設(shè)計(jì)方案和試驗(yàn)參數(shù)確定的施工參數(shù)施工,收集到基本的地震資料后,采用1950m基準(zhǔn)面、3000m/s替代速度進(jìn)行高程靜校正;采用1500～4000m/s速度進(jìn)行初至折射波靜校正;采用800～1400m/s速度去除線性干擾;采用小于1300m/s的速度進(jìn)行面波壓制;采用分頻的高能壓噪方法進(jìn)行分頻高能干擾壓制;采用120ms子波長(zhǎng)度、38Hz主頻、1015白噪系數(shù)進(jìn)行地表一致性反褶積,采用2000ms參考層位,5000m/s速度,進(jìn)行地表一致性振幅補(bǔ)償;經(jīng)多次速度分析和三次自動(dòng)剩余靜校正疊代后,采用450ms動(dòng)平衡因子進(jìn)行保幅疊加,采用偏移速度90%～95%進(jìn)行波動(dòng)方程逆時(shí)偏移,最后進(jìn)行疊后偏移,得到地震波疊加剖面圖(圖6)。4結(jié)論和討論4.1地質(zhì)及地質(zhì)條件地震資料處理后的剖面圖剖面構(gòu)造形態(tài)清晰(圖6),普渡河斷裂帶清晰可見,斷面波明顯,準(zhǔn)確揭示了斷層的存在。剖面上斷點(diǎn)清楚,基底明確,基底之上新生代地層超覆現(xiàn)象明顯。剖面西端老地層出露,阻抗特征不明顯,信噪比相對(duì)較低,盆地最深處在滇池及官渡兩處,中部有六甲隆起,隆起兩翼斷裂痕跡明顯。測(cè)線東部基底出露地表,受灰?guī)r影響信噪比降低。昆明地區(qū)地震資料散射干擾較發(fā)育,記錄長(zhǎng)度取值4000ms基本可以達(dá)到地質(zhì)要求。昆明盆地地腹存在阻抗界面,反射信噪比、連續(xù)性能滿足地質(zhì)解釋的要求,剖面能反映真實(shí)的地下地質(zhì)形態(tài),對(duì)于研究昆明盆地特征有較好參考價(jià)值,這說(shuō)明測(cè)線布置合理,試驗(yàn)選取和得到的參數(shù)比較科學(xué)。在設(shè)計(jì)測(cè)線時(shí),為了給KM4測(cè)線提供地震施工參數(shù),對(duì)低降速帶調(diào)查、激發(fā)井深、激發(fā)藥量等內(nèi)容進(jìn)行了試驗(yàn),為觀測(cè)系統(tǒng)的參數(shù)選取提供了依據(jù)。通過(guò)實(shí)施跨盆地中深層反射地震勘探,清晰地揭示了對(duì)盆地發(fā)育具有控制性作用且規(guī)模較大、切割較深的主要斷裂以及僅發(fā)育于淺部的次級(jí)斷層的幾何結(jié)構(gòu)和空間分布狀態(tài),如淺表較明顯但切割深度非常有限的F4.2做好接收點(diǎn)的鋪設(shè)工作KM4測(cè)線位于昆明市境內(nèi),地處昆明南郊,地質(zhì)上跨越了昆明盆地及其邊界,工業(yè)區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),有工廠、礦山、旅游景區(qū)、學(xué)校、機(jī)關(guān)、公路與鐵路等。布設(shè)該條地震勘探測(cè)線主要有如下特點(diǎn)和技術(shù)難點(diǎn):①接收點(diǎn)埋設(shè)困難。城市內(nèi)大量的柏油路以及混凝土地面、密集的建筑物和過(guò)往的行人,給接收點(diǎn)的埋設(shè)帶來(lái)困難,當(dāng)?shù)乇頍o(wú)法埋設(shè)接收點(diǎn)時(shí),過(guò)多地作空道處理將損失來(lái)自地下的反射信息。我們采取的措施是:利用石膏把檢波器埋置在路面上,做到“平、穩(wěn)、正、直、緊”,確保檢波器與水泥混凝土和柏油路面耦合,達(dá)到同步振動(dòng),盡可能多地獲取地下目的層的反射信息,避免空道。②環(huán)境噪聲問(wèn)題。環(huán)境噪聲是在城區(qū)進(jìn)行地震勘探面臨的難題,城區(qū)內(nèi)交通線路四通