1喀斯特地貌條件下采區三維地震觀測系統設計規范本標準規定了巖溶喀斯特地貌條件下采區三維地震觀測系統設計規范。本標準適用于巖溶喀斯特地貌下煤田地震勘探野外采集觀測系統的設計，其它地貌條件及能源勘探可參考執行。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB6722爆破安全規程GB12950地震勘探爆炸安全規程GB16625地震勘探電雷管GB/T18314-2009全球定位系統(GPS)測量規范DZ/T0069地球物理勘查圖圖式圖例及用色標準DZ/T0215煤、泥炭地質勘查規范DZ/T0300-2017煤田地震勘探規范NB/T51025煤炭資源勘查工程測量規程SY/T5314—2011陸上石油地震勘探資料采集技術規范Q/SH0184—2013山地地震勘探測量規范3術語和定義下列術語和定義適用于本標準。3.1喀斯特地貌KarstLandform地下水與地表水對可溶性巖石溶蝕與沉淀，侵蝕與沉積，以及重力崩塌、坍塌、堆積等作用形成的地貌。3.2觀測系統AcquisitionGeometry地震波激發點與接收點相互位置關系。3.3面元Bin在三維地震勘探中，炮點與檢波點對分布的基本單元，通常為矩形或正方形。23.4覆蓋次數FoldNumber被追蹤的界面觀測的次數。3.5炮檢距Offset激發點（炮）點到接收（檢）點的距離。3.6偏移距Offset炮點和測線第一個檢波點之間的距離。3.7道集Trace道集就是地震道的集合。常見的一般有共炮點道集（CSP）、共接收點道集（CRP）、共反射點道集（CDP）、共中心點道集（CMP）等。3.8道間距GroupInterval道間距定義為相鄰2個中心道之間的距離。3.9優度Goodness一個不含單位的量，用于比較地震疊加優劣的指標。3.10聚焦射束Focusbeam通過電場和磁場的作用，將離子束或電子束聚焦到極小的尺寸（亞微米甚至納米量級），并用于對樣品進行加工、分析或成像的技術。3.11組合檢波器GeophoneArray多個同類型檢波器（如速度型、加速度型）按特定空間規則（線性、面積、立體）組合，通過同步采集、信號疊加，提升有效波信噪比的采集單元。3.12組合震源SourceArray多個點震源（如炸藥震源、氣動震源、重錘震源等）按特定空間規則（線性、面積、立體）排布，并通過精確延時控制（微秒級），使各震源激發的地震波在目標方向上相干疊加，非目標方向相消干涉，形成具有方向性的聚焦波場。4觀測系統設計4.1觀測系統設計原則3在實際三維地震勘探過程中，設計的觀測系統必須科學、合理，以便獲得高質量的野外采集資料。設計觀測系統時應盡量遵循以下原則：a)面元道集內炮檢距分布均勻；b)勘探區域內覆蓋次數分布均勻；c)線距小、線束滾動距離小；d)不同域相鄰道有連續的波長采樣；e)觀測系統、組合圖形對稱采樣；f)應采取小道距、大排列、高覆蓋的布線方式，保證地震資料的品質；g)合理的避開障礙物（河流、溝、村莊、陡坡等避免數據開天窗。4.2面元劃分在滿足地震資料橫向分辨率的情況下，確保無混疊頻率。絕大部分的繞射能量收斂情況下，合理的面元劃分可以獲得分布均勻的覆蓋次數或者減弱覆蓋次數的振蕩現象。面元劃分按照以下公式進行，(1)式中：b為面元邊長，單位m；vint為層速度，單位m/s；α為地層傾角；fmax為最高無混疊頻率，單位Hz。面元邊長也可以用炮檢距和縱橫波速比計算，式中：b為面元邊長，單位m；Δr為檢波點距，單位m；Vp為縱波速度，單位m/s；Vs為橫波速度，單位m/s。4.3高覆蓋次數三維觀測系統的覆蓋次數為縱向覆蓋次數×橫向覆蓋次數。一般認為沿測線方向為縱向。二維觀測系統覆蓋次數的計算公式：(3)式中：N-排列中的接收道數；S-1端放炮時等于1，2端放炮時等于2；M-排列和炮點向前移動的道數。炮排距=移動的道數×道間距(4)由公式（3）和公式（4）可以得到三維觀測系統中的縱向覆蓋次數的計算公式：縱向覆蓋次數=單線接數道距4橫向覆蓋次數=單線炮間距面元為5m×5m的采區覆蓋次數應不少于60次，針對極端復雜礦區可以適當增加。4.4最大炮檢距最大炮檢距的選擇應重點考慮以下因素：a)動校拉伸不宜超過12.5%；b)速度分析的精度誤差不宜高于6%；c)切除干擾波時有效波不被切除掉；d)保證反射系數穩定。4.5覆蓋次數遞減帶在設置覆蓋次數遞減帶時應重點考慮以下因素：a)梯度遞減率≤15%/100m；b)以目的層頂面深度為基準，取目的層頂面深度的20%；c)梯度與深度嚴格匹配，確保深層能量不低于淺層60%d)通過采集參數優化（如變觀、變組合）實現平滑過渡。4.6偏移孔徑偏移孔徑應滿足以下要求：a)為了確保地震資料的橫向分辨率，要求偏移孔徑大于第一菲涅爾帶半徑，具體計算公式如下；(5)式中：h為激發點和接受平面的最小距離，單位m；λ為地震波長，單位m。b)繞射波能量收斂較好；c)偏移孔徑大于傾斜目的層偏移的橫向移動距離。4.7觀測系統方位角在地層傾角較大的地區，觀測系統方位角限定應考慮當前資料處理的能力，檢查因方位角不同產生的動校正時差，限定橫向最大炮檢距和觀測系統方位角的變化。觀測系統的方位角由放炮模板的橫縱比（最大非縱距與縱向最大炮檢距之比值）來表征，縱橫比應≥0.5。4.8震檢協同因子震源組合基距Ds與檢波器組合基距Dg的波長匹配關系，需滿足Ds≥且Ds≤。λ為目的層主頻波長。55觀測系統評價5.1面元屬性評價指標面元屬性的計算包括面元大小、面元基準點坐標和工區方位角。5.1.1面元大小面元的縱向大小By為最長接收線平均接收點距的一半，面元橫向大小Bh為平均接收線距和平均炮線間距的較小者。5.1.2面元基準點位置三維工區面元基準點的坐標：找到觀測系統中最長的炮線和接收線，在最長炮線中找到炮點號最小的炮點Smin，在最長接收線中找到接收點號最小的接收點Rmin。面元基準點X坐標為Rmin的X坐標。面元基準點的Y坐標按照以下公式計算，5.1.3工區方位角工區方位角按照以下公式計算，式中：n-觀測系統中最長的接收線接收點數；xi-觀測系統中最長的接收線接收點的x坐標；yi-觀測系統中最長的接收線接收點的y坐標；i-觀測系統中最長的接收線第i個接收點。5.2優度評價指標優度計算公式， 式中：M為角元的個數；Pm為第m角元上的平均疊加響應。其中：6式中：f為反射波頻率，單位Hz；K為角元內的炮檢距個數；Xk為該角元內的第k個炮檢距值，單位m；q為多次波剩余時差系數；N為q的采樣個數；Δq為q的采樣間隔；為某個多次波剩余時差系數nΔq對應的平均疊加響應；pmax和pmin為M個角元中最大與最小壓制量。5.3聚焦射束評價指標聚焦射束分析由以下公式確定，Δpij(zm)=Fi+(zm,z0)P(z0)Fj-(z0,zm)(10)其中Fi+(zm,z0)為檢波器聚焦算子，Fj-(z0,zm)為震源聚焦算子，P(z0)為炮記錄。5.4面元熵評價指標面元熵（即聯合熵）可由下式計算，(11)其中XN和AM分別為炮檢距段總數和方位角元總數，pn,m是聯合分布概率。5.5震檢協同參數評價指標震檢協同參數由下式計算，應保證誤差應小于15%。(12)其中:Vp：縱波速度；Vs：橫波速度；fg：檢波器主頻；fs：震源主頻。6前期資料準備6.1自然地理、氣象、測繪及人文地理資料地震觀測系統設計前收集的自然地理、氣象、測繪及人文地理資料包括：a)自然地理資料：地形、河流、湖泊、海洋潮汐資料，動植物分布及地表覆蓋物類型、分布范b)氣象資料：氣候特點、溫度、風季、雨季及洪水期、冰凍期等；c)測繪資料：大比例尺地形圖、GPS控制點成果、數字地形圖、地表高程數據、衛星遙感數據、航空照片等；d)人文地理資料：行政區劃、居民點分布、公路、鐵路、通信電纜、工業電網、工業地面及地下設施、油水氣管線、水利設施、農作物、水產養殖、文物古跡、民族風俗等。6.2地質資料7地震設計前收集的地質資料包括：a)區域地質資料：大地構造區劃、地層、巖性、構造特征、石油地質和主要探井資料(綜合完井和VSP測井)；b)探區以往的勘探成果和綜合報告。6.3地球物理資料地震設計前收集的地球物理資料包括：a)表層資料：表層巖性、結構、速度、厚度，潛水面及其他水文資料，小折射，微測井、鉆井表層聲波測井數據等，近地表地質填圖資料；b)干擾波調查資料：干擾波類型、速度、頻率、波長、分布的范圍及能量變化情況；c)非地震資料：重、磁、電等勘探資料；d)以往地震資料：地震測線位置圖、典型的水平疊加和偏移剖面、資料采集、處理和研究成果報告及主要附圖；e)地質、地球物理參數：勘探目的層的深度、雙程旅行時、最大傾角；層速度、平均速度、均方根速度；主要反射目的層主頻、最高頻率；地層厚度、地質體單元的最小寬度。6.4其他有關資料地震設計前收集的其他有關資料包括：a)收集工區內的大比例尺的城區數字化地圖或高精度衛星照片、航空照片等資料；b)收集工區的地面建筑、管線、橋涵、地下設施等分布情況；c)收集道路的寬度、路基和道路兩側等建筑物類型、結構及其抗震性等情況；d)相關技術標準、規范及要求，了解工區所在地的勘探賠償政策與施工有關的安全環保法規等。7野外采集應對措施在三維地震勘探野外采集工作開展前，應做好室內炮點預設計，將預設計的井炮炮點坐標交測量組實地放樣。a)在實際采集過程中，可能會遇到一些特殊情況需要對觀測系統進行調整，即所謂的“變觀”。如果需要變觀，應盡量保持觀測系統不變、炮點沿接收線方向整樁號移動；b)完成針對目的層的分析論證，保證覆蓋次數與疊次均勻；c)采集時，要充分考慮炮點的安全性、可行性。在選擇炮點位置時，要充分考慮周邊的地形地貌、地質條件、環境因素等，確保炮點所在位置既能夠滿足采集技術要求，又能夠保障施工人員和設備的安全。8觀測系統設計成果觀測系統設計成果主要包括文字報告和成果圖件兩部分。文字報告應簡明扼要，簡要介紹觀測系統的設計思路，包括觀測目標、觀測方法。同時簡要說明涉及的工作量，包括觀測點數量、測線長度等關鍵信息。要求觀點明確、文字簡練、插圖和表格齊全。8成果圖件需基于巖溶喀斯特地貌進行設計，圖面設計應合理、方便使用。圖面要求以相應比例尺地形圖為底圖，統一坐標系和地物符號，并根據需要對地物進行取舍。直角坐標網格采用10cm×10cm（1:25000時為8cm×8cm），二維地震測線需標記測線號、樁號和CDP號，三維地震需標注In-Line和Cross-Line線號，間隔不超過20m×20m。9（規范性附錄）地震工程量的計算與統計A.1地震工程量統計內容野外數據采集的地震工程量按完成的記錄道、物理點、測線長長度、炮線長度、剖面長度和勘探面積六個方面統計。A.2勘探面積三維地震勘探面積按施工面積、滿覆蓋面積和勘探面積(控制面積)、計價條件勘探面積進行統計:a)施工面積：施工時最外側工程點連線圍成的面積。b)滿覆蓋面積：達到設計覆蓋次數的面積。c)勘探面積(控制面積)：項目來源單位確定的控制地下構造和煤層的面積。d)計價條件勘探面積：三維地震勘探CDP基本網格是10m×10m×10mn，標準疊加次數是12次，CDP網格加密或疊加次數增加時，可折合計價條件面積，其計算公式為：1)CDP網格為5m×10m時，S1=S×1.42)CDP網格為5m×5m時，S1=S×1.93)疊加次數增加或減少時：S1=S×[1+(N-12)/12×40%]式中：計價條件勘探面積，km2。S--控制面積，km2。N--疊加次數。注：多重計價條件同時滿足時，按以上順序依次計算，獲得最終計價條件勘探面積。（資料性附錄）說明書的提綱及編寫內容B.1文字說明書第一章概況敘述項目來源、地質任務、工作范圍，勘查區的行政區劃、交通位置及自然地理概況等。第二章地質及地震地質條件第一節地質概況（包括地層、煤層和主要構造情況）第二節地震地質條件第三章觀測系統設計方案第一節系統布置及工程量第二節系統評價第四章施工方案B.2附圖設計附圖包括：a)地形地質及地震工程布置圖b)觀測系統設計圖c)方位角玫瑰圖d)其他有關圖件（包括以往地質、物探工作研究程度圖）。參考文獻[1]GB6722爆破安全規程[2]GB12950地震勘探爆炸安全規程[3]GB16625地震勘探電雷管[4]GB/T18314-2009全球定位系統(GPS)測量規范[5]DZ/T0069地球物理勘查圖圖式圖例及用色標準[6]DZ/T0215煤、泥炭地質勘查規范[7]DZ/T0300-2017煤田地震勘探規范[8]NB/T51025煤炭資源勘查工程測量規程[9]SY/T5314—2011陸上石油地震勘探資料采集技術規范[10]Q/SH0184—2013山地地震勘探測量規范喀斯特地貌條件下采區三維地震觀測系統設計規范Codefordesignofthree-dimensionalseismicobservationsysteminminingareaunderkarstgeomorphologl起草單位：中國礦業大學（北京）一、工作簡況1.任務來源我國西南巖溶喀斯特地貌區煤炭資源豐富，但地表斷崖、沖溝發育，地下巖溶空洞、地層傾角大（普遍＞30°),常規三維地震觀測系統設計方法難以滿足勘探精度需求。地震數據采集的好壞直接決定了后期地震數據處理和成果解釋的成敗，而觀測系統的設計又決定著地震采集的結果，但是目前對于復雜地質條件尤其是巖溶喀斯特地貌下的地震觀測系統設計并沒有相關規范，現行國家標準和行業標準（如DZ/T0300-2017、SY/T5314-2011）未針對巖溶地貌特點規范觀測系統設計參數及評價指標，導致數據采集質量不穩定，煤層成像誤差大，隱蔽致災體（如斷層、溶洞）識別率低。因此有必要提供專門的指導性標準。制定本標準旨在解決巖溶喀斯特地貌區地震觀測系統設計的標準化難題，填補行業空白，支撐煤礦安全高效開采。本文件的制定任務主要來源于自選課題“滇東礦區喀斯特地貌條件下高精度三維地震勘探技術研究”。本標準由中關村綠色礦山產業聯盟（以下簡稱中綠盟）提出并歸口，基于我國西南地區巖溶喀斯特地貌煤礦采區三維地震勘探的迫切需求而制定。2023年經中綠盟批準立項。2.起草單位、參編單位本文件起草單位：中國礦業大學（北京）、華能煤炭技術研究有限公司、云南滇東礦業分公司本文件參編單位：中國礦業大學（北京）、華能煤炭技術研究有限公司、云南滇東礦業分公司3、主要起草人文件的主要起草人：彭蘇萍、鄒冠貴、顧雷雨、殷裁云、韓成陽、石婧媛。表1主要起草人所做的主要工作序號姓名工作單位主要工作1彭蘇萍中國礦業大學（北京）項目負責人2鄒冠貴中國礦業大學（北京）項目主要負責人3顧雷雨華能煤炭技術研究有限公司負責工程實踐4殷裁云華能煤炭技術研究有限公司負責工程實踐5韓成陽中國礦業大學（北京）負責理論分析與編撰6石婧媛中國礦業大學（北京）負責標準編撰二、制定標準的必要性和意義隨著我國煤炭資源從東部往西部發展、從淺部往深部發展，煤礦對采區地質構造、巖性探查的需求越來越突出，三維地震勘探的需求在不斷增大。巖溶喀斯特地貌區域的地表特征復雜，斷崖和沖溝廣泛發育，而地下則存在大量的巖溶空洞，地層傾角也較大。這種復雜的地質條件使得常規地震采集技術難以獲取高質量的數據。然而，現有的相關標準，如《煤田地震勘探規范》（DZ/T0300-2017）和《陸上石油地震勘探資料采集技術規范》（SY/T5314-2011并未對復雜地貌條件下的觀測系統設計參數及評價指標進行明確規范。這導致在實際的地震數據采集過程中，采集方案往往具有較強的主觀性，數據質量也參差不齊，難以滿足高精度勘探的要求。所以，本文件提出一套適用于巖溶喀斯特地貌條件下采區三維地震觀測系統的設計規范，以規范觀測系統設計流程，提升地震數據橫向分辨率與信噪比，可為西南礦區隱蔽致災體探測、煤層穩定性評價提供技術支撐，推動三維地震技術在復雜地貌區的標準化應用，降低勘探成本。三、主要起草過程1、前期準備2023年7月-2023年12月，開展了前期研究與資料收集工作，探討立項的必要性和結構要點，為本標準編制打下了良好基礎。2、標準立項2024年2月，在中關村綠色礦山產業聯盟的指導下，成立標準起草團隊，標準起草團隊就《巖溶喀斯特地貌條件下采區三維地震觀測系統設計規范》團體標準研制工作召開了專題會議，擬定了標準編制工作方案，對標準編制工作進行總體部署和任務分工，力求科學性和實用性。3、確定標準編制原則標準編制團隊在充分研究國內現有的綠色礦山發展相關政策及要求，確定了本標準的編制原則。4、標準起草過程①立項。2023年7月，成立標準起草團隊，召開專題會議，擬定了標準編制工作方案，對標準編制工作進行總體任務部屬和任務分工，力求科學性和實用性。②規范編寫啟動。2024年2月，組建起草工作組，明確巖溶地貌觀測系統設計的技術難點與標準化需求。召開項目啟動會，確定中國礦業大學（北