论文部分内容阅读
[摘 要] 大兴安岭林区群山连绵，沟谷纵横，山高林密；浅层残积物、坡积物、洪积物发育，成孔困难。针对研究区复杂的表、浅、深层地震地质条件，为完成地质任务，采用模拟飞行踏勘技术详细了解全区的情况，充分利用森工企业的设备、设施，选择适合不同地域的成孔工具，合理应用弯线地震勘探技术，在原始资料采集过程中取得了良好的效果。经处理后获得的时间剖面信噪比较高，为林区地震勘探积累了经验。
[关键词] 林区 模拟飞行踏勘技术 成孔工具 弯线地震勘探
大兴安岭是国家生态安全重要保障区和生态功能区，随着国家天然林保护工程的深入实施，林区木材产量逐年调减，“以煤代木”工程的再次开展，开发大兴安岭地区的煤炭资源也成为当地可持续发展战略的重要组成部分。而作为煤炭勘探的重要手段-地震勘探，也要研究适合林区特点的地震采集技术。
1.研究区概况
研究区位于黑龙江省漠河县图强林业局境内，北距中国最北端乌苏里仅18公里，是典型的大兴安岭森林沼泽区，表浅层地震地质条件非常复杂。
研究区属内陆山系地区，群山连绵，沟谷纵横。山顶平坦，河谷开阔。属于低山丘陵地貌区。标高为324~527米，高差为203米。地貌山势柔和，山顶平坦，水系密度极大。额木尔河流过全境，总特点为，河谷开阔，河曲与河谷阶地发育，河谷多不对称，河流比降较小，宽度平均为100米。沼泽发育是本区地貌另一个重要特征，几乎全部宽广的河谷均为沼泽化。不仅分布河谷地带，也见于平缓的山坡乃至分水岭地带。区内广布森林，主要树种为兴安落叶松、白桦、樟子松、杨、柳、榆等，多为1987年大火后的次生林、树高林密；部分沼泽为覆水沼泽、部分为塔头沼泽。
浅层为新生界残积物、坡积物、洪积物，由黄褐色巨砾岩层、砾石层夹粘土层和细砂岩组成。由于大陆气候的影响，岩石遭受物理风化作用大，到处可见残积层、坡积层，并为其所覆盖，一般厚度1~5米，局部厚度达5米以上。成孔十分困难。本区潜水位较高，距地表约2米左右，永冻层为良好的不透水层。
勘探区内主要含煤地层为侏罗系上统二十二站组、额木尔河组。二十二站组以长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩夹粉、细砂岩、粉砂质泥岩和煤线沉积为特征；额木尔河组主要由灰黑、黑色中粗粒、中细粒岩屑长石砂岩及长石岩屑砂岩、粉细砂岩、泥岩夹杂色砾岩及煤层组成。从地层的物性分析以及以往的经验可知各组之间存在较大的物性差异，可以产生较强的反射波。但由于本区处于额木尔逆冲推覆带，推覆构造十分发育，地层切割不完整，对地震反射波的追踪带来不利影响。
总之，本区表、浅、深层地震地质条件均较复杂。
2.资料采集技术研究
区内深、浅、表层地震地质条件异常复杂，既属林区，又是山地，因此采用常规工作方法进行地震数据采集是不可能的，为取得高信噪比的原始资料，必须研究适合本区特点的施工方法、成孔手段、测线布设方式。
2.1应用模拟飞行踏勘探技术全面了解工作区情况
测区内树高林密，且本区1：5万地形图为上世纪60年代测绘，加之经过1987年5.6大火后，测区内的树种、道路、居民地等发生了较大的变化。依靠地形图，采用传统的方式对测区进行踏勘，无法全面了解测区的情况，因此，必须采用近年来拍摄的卫星图像结合GIS技术指导地震勘探施工。
研究区由三幅QuickBird(捷鸟)卫星拍摄的高清卫星图像成，其参数如下：
结合应用软件的GIS功能，通过高清卫星图像详细对工作区进行观察，犹如通过飞行器对工作区进行现场踏勘一样，称之为“模拟飞行踏勘技术”。应用这项目技术可结合卫星照片和现场踏勘情况进行测线设计和资料采集，减少了地震采集工作的盲目性，提高了资料质量，具体体现在以下几方面：
①了解林区内道路、河流、树木的分布情况，合理确定测线线路、仪器车停车位置，划分地貌单元。
②识别各类地形地貌，合理布设和调整试验点、测线位置，避免了大面积穿越复杂地表地区，降低了施工难度，改善了激发和接收条件
③确定表层条件，并划分为不同激发岩性区，合理调配钻井设备，监控地表条件对资料的影响；
④提前进行观测系统设计。利用卫星照片和地质调查资料，预先确定测线穿越的障碍区，合理采用弯线施工技术，选择激发、接收条件较好的地段施工，以提高资料的品质。
2.2充分利用森工企业生产设备协助地震施工
森工企业在多年的防火、采伐、植树生产过程中，形成了一套适合林区作业的设备、设施，充分利用这些设备、设施为地震勘探施工提供了有利条件。
地形林相图调绘时间较晚，对地震勘探中的测量工作有很大的帮助。在林相图中详细标注了林班、林业局界，林间空地、火烧迹地，道路、河流、桥梁，通讯线路等要素。这些要素对协调关系、确定施工范围提供了根据。森工企业在多年的经营过程中，在林区建立了林场驻地、了望塔等设施工，充分利用这些已有的设施工进行车辆存放、建立监时火药库、对测区进行详细了解起到了重要的作用。由于大兴安岭林区，树林高达20多米，森林茂密，在其中进行测量工作，由于森林的遮盖，GPS捕捉不到卫星，因此采用割灌机、油锯对测线上的乔木、灌木进行清理，一方面可以协助地震施工、另一方面也起到清林的作用，维持了生态平衡。集材拖拉机是森工企业的常规生产设备，具有机动灵活、对道路要求低、通过性能强的特点，通过简单改装，进行放线、运水作业，取得了良好的效果。同时运用集材拖拉机具卷扬机特点，制作机械冲击钻机，做到一机多用。
2.3研究多种成孔方式
由于实际地质状况复杂，地层中粘土层、泥卵石，砾石层及砂层交错分布，且泥卵石中含较多漂石，故在炮孔施工过程采用多种成孔方式。
①水循环回转钻进
采用车载水循环回转钻机，为解决其在林区通行问题，将其底部安装了木制爬梨，由集材履带拖拉机牵引。这种钻机方式是成孔速度快，但在砾石区钻进深度有限，为0.5~2米，且对水源要求较大。
②人工挖坑
人工挖孔的方式可各孔同时开挖，有效提高了生产效率，机械设备投入少，但单孔施工时间较长，坑深可达2米。
③人工冲击钻进
采用自制人工冲出钻机(图1)进行成孔，施工工艺简单，钻进方式机动灵活，节省水源，是山地、卵石区地震施工首选方法，最深冲击深度可达2米。
a、冲击钻进 b、起钻过程
④机械冲击钻进
采用集材履带拖拉机改制机械冲击钻机(图2)，其重锤重量达到300-500公斤，由于重锤重量加大，施工速度加快、深度加深，加之集材拖拉机的机动性，可在丘陵地区进行快速施工。
1、集材50拖拉机；2卷扬机；3、A字架；4、拉索；
5、钢丝绳；6、滑轮；7、导正杆；8、重锤；9、钻杆及钻头
2.合理使用弯线施工技术
大兴安岭林区由于1987年5.6大火后，自然萌生的松、杨、桦树密度过大，对传统的直测线地震勘探而言，波的正常激发、接收困难极大。为此，充分利用大兴安岭林区道路密度大的特点，避开林深树密地区、在林间道路两侧进行布线、布孔，改善激发、接收条件，将弯线地震勘探技术应用于该类地区，可以提高林区煤田地震勘探技术的应用效果。图3为根据卫星图片布设弯线。
3.应用效果
针对研究区复杂的表、浅、深层地震地质条件，为完成地质任务，采用模拟飞行踏勘技术详细了解全区的情况，充分利用森工企业的设备、设施，选择适合不同地域的成孔工具，合理应用弯线技术，在原始资料采集过程中取得了良好的效果。经处理后获得的时间剖面信噪比较高(图4)，为林区地震勘探积累了经验。
a、卫星图像 b、根据卫星图像布设弯线
参考文献：
[1]何樵登.地震勘探原理和方法[M].北京：地质出版社，1986.
[2]卢君实，主编.黑龙江省大兴安岭地区上黑龙江中断(坳)陷煤炭预查二维地震勘探可行性研究[R].沈阳：东北煤田地质局物探测量队，2008.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
[关键词] 林区 模拟飞行踏勘技术 成孔工具 弯线地震勘探
大兴安岭是国家生态安全重要保障区和生态功能区，随着国家天然林保护工程的深入实施，林区木材产量逐年调减，“以煤代木”工程的再次开展，开发大兴安岭地区的煤炭资源也成为当地可持续发展战略的重要组成部分。而作为煤炭勘探的重要手段-地震勘探，也要研究适合林区特点的地震采集技术。
1.研究区概况
研究区位于黑龙江省漠河县图强林业局境内，北距中国最北端乌苏里仅18公里，是典型的大兴安岭森林沼泽区，表浅层地震地质条件非常复杂。
研究区属内陆山系地区，群山连绵，沟谷纵横。山顶平坦，河谷开阔。属于低山丘陵地貌区。标高为324~527米，高差为203米。地貌山势柔和，山顶平坦，水系密度极大。额木尔河流过全境，总特点为，河谷开阔，河曲与河谷阶地发育，河谷多不对称，河流比降较小，宽度平均为100米。沼泽发育是本区地貌另一个重要特征，几乎全部宽广的河谷均为沼泽化。不仅分布河谷地带，也见于平缓的山坡乃至分水岭地带。区内广布森林，主要树种为兴安落叶松、白桦、樟子松、杨、柳、榆等，多为1987年大火后的次生林、树高林密；部分沼泽为覆水沼泽、部分为塔头沼泽。
浅层为新生界残积物、坡积物、洪积物，由黄褐色巨砾岩层、砾石层夹粘土层和细砂岩组成。由于大陆气候的影响，岩石遭受物理风化作用大，到处可见残积层、坡积层，并为其所覆盖，一般厚度1~5米，局部厚度达5米以上。成孔十分困难。本区潜水位较高，距地表约2米左右，永冻层为良好的不透水层。
勘探区内主要含煤地层为侏罗系上统二十二站组、额木尔河组。二十二站组以长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩夹粉、细砂岩、粉砂质泥岩和煤线沉积为特征；额木尔河组主要由灰黑、黑色中粗粒、中细粒岩屑长石砂岩及长石岩屑砂岩、粉细砂岩、泥岩夹杂色砾岩及煤层组成。从地层的物性分析以及以往的经验可知各组之间存在较大的物性差异，可以产生较强的反射波。但由于本区处于额木尔逆冲推覆带，推覆构造十分发育，地层切割不完整，对地震反射波的追踪带来不利影响。
总之，本区表、浅、深层地震地质条件均较复杂。
2.资料采集技术研究
区内深、浅、表层地震地质条件异常复杂，既属林区，又是山地，因此采用常规工作方法进行地震数据采集是不可能的，为取得高信噪比的原始资料，必须研究适合本区特点的施工方法、成孔手段、测线布设方式。
2.1应用模拟飞行踏勘探技术全面了解工作区情况
测区内树高林密，且本区1：5万地形图为上世纪60年代测绘，加之经过1987年5.6大火后，测区内的树种、道路、居民地等发生了较大的变化。依靠地形图，采用传统的方式对测区进行踏勘，无法全面了解测区的情况，因此，必须采用近年来拍摄的卫星图像结合GIS技术指导地震勘探施工。
研究区由三幅QuickBird(捷鸟)卫星拍摄的高清卫星图像成，其参数如下：
结合应用软件的GIS功能，通过高清卫星图像详细对工作区进行观察，犹如通过飞行器对工作区进行现场踏勘一样，称之为“模拟飞行踏勘技术”。应用这项目技术可结合卫星照片和现场踏勘情况进行测线设计和资料采集，减少了地震采集工作的盲目性，提高了资料质量，具体体现在以下几方面：
①了解林区内道路、河流、树木的分布情况，合理确定测线线路、仪器车停车位置，划分地貌单元。
②识别各类地形地貌，合理布设和调整试验点、测线位置，避免了大面积穿越复杂地表地区，降低了施工难度，改善了激发和接收条件
③确定表层条件，并划分为不同激发岩性区，合理调配钻井设备，监控地表条件对资料的影响；
④提前进行观测系统设计。利用卫星照片和地质调查资料，预先确定测线穿越的障碍区，合理采用弯线施工技术，选择激发、接收条件较好的地段施工，以提高资料的品质。
2.2充分利用森工企业生产设备协助地震施工
森工企业在多年的防火、采伐、植树生产过程中，形成了一套适合林区作业的设备、设施，充分利用这些设备、设施为地震勘探施工提供了有利条件。
地形林相图调绘时间较晚，对地震勘探中的测量工作有很大的帮助。在林相图中详细标注了林班、林业局界，林间空地、火烧迹地，道路、河流、桥梁，通讯线路等要素。这些要素对协调关系、确定施工范围提供了根据。森工企业在多年的经营过程中，在林区建立了林场驻地、了望塔等设施工，充分利用这些已有的设施工进行车辆存放、建立监时火药库、对测区进行详细了解起到了重要的作用。由于大兴安岭林区，树林高达20多米，森林茂密，在其中进行测量工作，由于森林的遮盖，GPS捕捉不到卫星，因此采用割灌机、油锯对测线上的乔木、灌木进行清理，一方面可以协助地震施工、另一方面也起到清林的作用，维持了生态平衡。集材拖拉机是森工企业的常规生产设备，具有机动灵活、对道路要求低、通过性能强的特点，通过简单改装，进行放线、运水作业，取得了良好的效果。同时运用集材拖拉机具卷扬机特点，制作机械冲击钻机，做到一机多用。
2.3研究多种成孔方式
由于实际地质状况复杂，地层中粘土层、泥卵石，砾石层及砂层交错分布，且泥卵石中含较多漂石，故在炮孔施工过程采用多种成孔方式。
①水循环回转钻进
采用车载水循环回转钻机，为解决其在林区通行问题，将其底部安装了木制爬梨，由集材履带拖拉机牵引。这种钻机方式是成孔速度快，但在砾石区钻进深度有限，为0.5~2米，且对水源要求较大。
②人工挖坑
人工挖孔的方式可各孔同时开挖，有效提高了生产效率，机械设备投入少，但单孔施工时间较长，坑深可达2米。
③人工冲击钻进
采用自制人工冲出钻机(图1)进行成孔，施工工艺简单，钻进方式机动灵活，节省水源，是山地、卵石区地震施工首选方法，最深冲击深度可达2米。
a、冲击钻进 b、起钻过程
④机械冲击钻进
采用集材履带拖拉机改制机械冲击钻机(图2)，其重锤重量达到300-500公斤，由于重锤重量加大，施工速度加快、深度加深，加之集材拖拉机的机动性，可在丘陵地区进行快速施工。
1、集材50拖拉机；2卷扬机；3、A字架；4、拉索；
5、钢丝绳；6、滑轮；7、导正杆；8、重锤；9、钻杆及钻头
2.合理使用弯线施工技术
大兴安岭林区由于1987年5.6大火后，自然萌生的松、杨、桦树密度过大，对传统的直测线地震勘探而言，波的正常激发、接收困难极大。为此，充分利用大兴安岭林区道路密度大的特点，避开林深树密地区、在林间道路两侧进行布线、布孔，改善激发、接收条件，将弯线地震勘探技术应用于该类地区，可以提高林区煤田地震勘探技术的应用效果。图3为根据卫星图片布设弯线。
3.应用效果
针对研究区复杂的表、浅、深层地震地质条件，为完成地质任务，采用模拟飞行踏勘技术详细了解全区的情况，充分利用森工企业的设备、设施，选择适合不同地域的成孔工具，合理应用弯线技术，在原始资料采集过程中取得了良好的效果。经处理后获得的时间剖面信噪比较高(图4)，为林区地震勘探积累了经验。
a、卫星图像 b、根据卫星图像布设弯线
参考文献：
[1]何樵登.地震勘探原理和方法[M].北京：地质出版社，1986.
[2]卢君实，主编.黑龙江省大兴安岭地区上黑龙江中断(坳)陷煤炭预查二维地震勘探可行性研究[R].沈阳：东北煤田地质局物探测量队，2008.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文