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摘要 ：随着三维地震勘探技术的不断发展，三维地震 勘探技术已被广泛应用于矿山地质勘探工作中。利用地震 勘探技术对地下情况进行探测不仅可以得到地质数据， 而 且还可以反映并预测地质现象等。在矿山勘探过程中对三 维地震勘探技术进行研究和应用将大大减少复杂地表条 件对钻探、采矿、选矿等工作带来的困难， 缩短施工周期， 降低工程成本。基于多单元多尺度三维模型采集地质数据 及采集仪器处理与数据分析完成井下三维地质建模、构造 图等地质信息处理工作等， 为矿山地质勘探工作提供了重 要依据。
某些矿区地下岩体、岩层发育特点比较典型、且破碎 程度大。矿体呈多个组分分布特征明显且以破碎为主，地 表破碎现象严重， 并且存在着较大的地表沉陷等地表条件 下作业风险，对采矿带来了极大的困难，场地地形复杂多 变、地表条件比较差、地表沉陷等地表条件下作业同时也 带来风险。采用先进的三维勘探技术可以在较大程度上减 少复杂地表条件对钻探、采矿、选矿等工作带来的困难， 从而减少对采矿效率的影响和资源利用水平低下带来的 损失，对资源和环境保护方面起到了良好的作用，以下是 对三维地震勘探技术的介绍。
1 技术介绍
1.1 三维地震勘探工作原理
在三维地震勘探工作过程中，主要是通过测量不同介 质的震源振动速度和振动方向等，获得实际的地质信息。 三维地震勘探工作的基本原理是利用地震波从地表到地 下，到达地表时会形成三维地形与平面空间的叠加现象。 因此， 在这种情况下会出现由于大地与地表之间存在一定 程度的距离差导致地震波可以从三维视角进行采集并返 回的现象。通过对这些三维地形与平面空间叠加过程及地 震波采集处理技术的开展研究， 可以发现三维地形与平面 空间具有一定程度上的对应关系。因此，通过对地表或者 垂直平面上震源及地面信号进行采集处理、研究分析、结 合三维地震勘探技术手段， 可以及时发现地表或垂直方向上地震波分布情况变化的原因及规律， 在空间上是否具有 叠加现象。
1.2 主要技术指标
一般情况下，三维地震勘探技术的主要技术指标主要 包括 ：①分辨率， 即地震数据处理分辨率 ;②密度 ：即所 用地震勘探仪器的密度 ;③信噪比， 即所用计算机处理的 地震数据与实际观测到的信噪比大小。不同的地质条件需 要不同的计算机处理方法。如岩石裂隙中地震数据接收时 间应在 10s 内，而在地层内不能连续接收信号 ;土壤裂隙 中不能连续接收信号 ;岩层中地震数据接收时间应在 1s 内 ;岩石裂隙中只能连续接收信号。如果采用多个地震测 量数据进行处理解释时，应采用多个方法来进行处理解 释。另外，在地震处理过程中可通过进行反演得到地震序 列与地震数据解释结果之间存在着不一致的现象。
2 应用成果
选取一所露天矿厂，大概的矿区情况是该研究区占 地面积 163.6km2.采场位于地表下 1m，坡度为 10°。设 计能力为每天 10t矿石产出能力为200 万 t/a，尾矿处理能 力为 5 万 t/a。矿床属侏罗系中统的中细粒状砂砾岩，厚 2m ～ 10m，含少量粘土和灰岩，岩性为浅变质灰岩、粉砂 岩及石灰岩 ;经破碎磨矿为石英砂岩及砂砾岩。石英砂 岩、粉砂岩含量分别为 8.7%、8.2% ;黏土主要为中砂及细 砂 ;粉砂质黏土岩。砂岩中夹砂质砂岩中夹泥质粉岩及泥 岩。局部为黑岩为主 ;石灰岩、白云质岩等次级变质岩型 侵入岩类，其中白云质岩为含砾砂质泥岩及页岩 ;板岩 为一层至三层叠合成灰岩夹细砂岩 ;石英砂岩为细黏土 及少量泥岩 ;花岗岩中夹砂质泥墙和黏土质页岩等岩溶 侵入体 ;含钙硅灰岩、白云质黏土、粉砂岩等。矿区地表 风化强烈，风化作用明显，岩石厚度达40m ～ 80m ;表层 粉细层一般为中粗砂或泥质砂岩 ;砂砾岩层由石英、长石 颗粒组成，部分呈泥质(Ca2+Vale)。主要组成矿物有方解 石、黏土，岩性以砾质粉砂石为主 ;主要成分为白云岩、 二灰岩 - 黄褐色粉砂岩和云母片砾质板岩等次结构组成的 岩石类 ;含煤(灰)量47% ～ 71% ;总灰分(包括微细粒)在 15%左右。矿床类型为斑饼状—块状结构。矿石为白云 质花岗岩型的脉石斑晶，块状或聚集分布于中细粒砾层 内，其中细粒矿物主要指脉石结构中的硅酸盐和石英砂。 矿石破碎后呈细粒型或细粒体。
2.1 工作方法
该矿选矿厂位于矿区内，主要利用本项目采用的三 维地震勘探技术，采集深度从 0 ～ 70m不等，采集数据处 理和储存的方式分为RTK数据和 OD 数据两种类型 ：即 Voc 数据和 RTK数据。目前使用最多的方法是三维地震 勘探方法， 通过数据处理软件把地震资料转换为空间数据 进行解译， 然后通过扫描仪器将数据逐级分析并得出各个 层中信号分布情况等参数。首先将该参数转换为数字信号 输入设备中以便提取该参数层中的地下埋藏物信息。在地 质勘察过程中，将每个地下点的资料用计算机存储起来， 通过计算机检索能够确定该资料所包含部分中哪些参数。 将这些参数与实际测量结果对比可以得出地面和地下埋 藏物类型以及埋藏深度和密度等参数。其中埋藏物厚度越 大，相应地被揭露得越少 ;埋藏物越深得不到信息越多。
2.2 地震勘探结果
采场位于矿区内，地表最大坡度为 17.4°, 整个地表 最大坡度达26.7°。因此，对于一个长约 150m、宽约20m 的回廊状断层来说， 构造控制和地面的沉降将会影响其稳 定性。传统勘探方法采用“一井一桩”技术实施，地震勘 探工作量大。在本项目中运用基于二维地震勘探技术来获 得矿区内的地质信息和复杂地表情况下的地质现象剖面 地震勘探三维资料。地震勘探主要应用于矿体内部的地质 结构的勘探、岩溶和构造等方面设计和预测工作，同时还 可用于岩层和矿体构造、岩石结构的岩性识别、构造变形 分析和矿体充填预测以及矿产资源普查等方面。LNT 测 量分为三种类型 ：包括地震波探测及多波束测量、高精度 成像技术以及多普勒测深成像技术等 3 类多种方法来探 测矿区中浅层岩石层 ;它可以用来进行复杂地形的勘探 ; 或者也可用于地质问题。总之，勘探目标及区域复杂程度 是决定其勘探精度的重要因素之一。主要方法为 ：针对地 表进行2×3m 布置两个 3T 地震数据采集装置，并可进行 数据存储、提取整理以及三维重建 ;另一台为激光扫描仪 及数据处理系统。最终成果，地表三维雷达波场为高分辨 率的三维空间矢量剖面图 ;由地质测量软件中得到不同 地震方向对应于地表不同部位和深度的剖面数据格式和 层数，在其上形成的二维地震波形也具有三维表现形式 ; 因此可以通过不同波束频率与信号幅值直接反映地下岩 层的空间结构和平面形状以及构造情况。
2.3 三维数据处理结果
该露天矿利用三维地震勘探技术采集了 1×10 兆赫 的三维地震资料， 用软件对数据进行了处理和分析。首先 获取区域地表的地质信息。在进行处理前， 首先分析出本 次钻探作业中的主要困难，主要是地表植被发育不完全， 局部土壤性质和土层情况比较复杂，对地下埋深及地层 结构缺乏了解。针对这一点采用的软件只有三维地震勘 探软件 FTP。因为本次采集到的三维数据经过了二维处 理和压缩等处理方法， 最终得到了有效数据。为进一步对 其进行三维立体展示分析打下坚实的群众基础。因此首 先对整个矿区进行地质背景调查工作，在对本区域地质 图和三维地震资料等进行进一步的深入研究之后，选择 了二维地震勘探技术，最终确定在该区域内采集 2×10 兆 赫的三维地震资料。
3 技术方法
通过对三维地震勘探软件及采集仪器进行优化设计， 形成了完整的矿山地质勘探一体化管理系统， 并结合生产 实际对数据进行整理、叠加，建立一个真实的三维模型， 完成井下三维地质建模与构造图等地质信息建模。将所有 三维地震数据通过网络传输至数据库进行地质成果的存 储、处理和应用系统。基于该系统，可以自动生成地质数 据库和工程地质数据库中所需数据内容，并可通过互联 网、移动通信等多种形式共享数据。利用该平台可实现从 野外高精度波速测量的目标采集与三维模型制作无缝连 接，保证勘探质量。在项目设计过程中采用了多尺度实时 三维显示、三维建模等技术方案， 以满足施工需要。
3.1 三维地震勘探的数据处理
首先将系统中的数据转换为二维数据。将二维数据转 换格式从而将地震数据进行处理以进行二次合成。在经 过第一次二维数据处理后数据能够以2D格式输出最终结 果。利用软件生成一维地震数据图。然后再利用另一个软 件进行二维地震数据的处理工作 ;将地质数据库(GIS) 中所有地震信号以二维数据的形式上传到数据处理中心 进行深度处理与存储，并保存成二维图形，使其更加直 观 ;并且在此基础上编制出与之相关的工程地质数据库 ; 并可以通过网络共享这些数据信息。因此将整个矿山地质 勘探工作流程全部建立起来。
3.2 施工验证
在矿山建设中、在施工过程中发现地表构造复杂，存 在地下煤层，为保证施工质量，对地质数据采用多种采集 方法， 利用野外采集手段完成高精度波速测量并建立多尺度模型， 最终建立一个真实可视化的高精度地质构造图层 模型，实现了井下三维地震勘探模型。使用该模型对地层 剖面进行重建与分析， 能直观地反映出地层及水文地质特 征特点，如井下的岩性、岩石类型、矿物种类和含量以及 分布情况等地质信息 ;还能对地下水文、水害、地震、地 下构造等各类信息进行研究分析、预测等综合考虑评价 ; 能实现矿山建设与生产规划、建设方案的有效结合。以提 高矿山建设速度及经济效益。利用三维地震勘探技术，在 矿区范围内开展勘探工作，采用三维物探方法进行测量。 井下进行三维地震勘探，在高精度的地下三维扫描工作 下，采集到了大量高精度、高分辨率的三维物探数据。并 实现了高精度波速采集、三维地质建模、二维地质建模、 井下钻探施工、实时数据处理、结果分析等一系列功能。 为矿井地下地质勘探提供了可靠、高效、科学的地质信 息，为采掘工作提供科学依据。
3.3 基于地震勘探软件的三维地震勘探设计
为满足某大型露天矿选矿厂的施工需求，在三维地震 勘探软件中添加了地表沉陷调查、地表沉降调查等功能， 能够对地表地质条件进行准确预测、模拟。目前，我国各 行业对于复杂地学问题还没有形成统一认识。各行业为了 自己的发展进步与提高自身发展往往会选择利用新技术， 对于这些新技术的应用要有一个明确的方向。同时应注 意，不同地区的研究成果不能相互替代 ;新技术、新工艺 方法也不能完全替代传统方法， 也不能代替传统手工操作 水平和能力 ;不能完全满足新技术、新工艺和新方法应用 的要求。在三维开发领域内存在着许多尚未解决的问题， 特别是对于勘探领域发展来说具有重大意义。目前大多数 地质勘探工作者并不具备一定的计算机知识、丰富的专业 知识以及较强的实践能力， 从而很难完全驾驭并应用好传 统软件方法带来的问题。因此通过建立新一代的勘探软件 来弥补传统方法中可能存在的不足是非常有必要的。此外 在实际应用中仍存在着一些问题(如 ：由于勘探软件本身 原因产生的数据无法实时地反映其实际情况)。为了能够 解决这些问题， 就需要进一步加强计算机硬件的支持水平 和应用能力以及软件应用水平。基于计算机技术、现代软 件和传统专业技术相结合是处理和解决某一具体问题的 最佳手段和方法， 对于这类问题有一个好的方法就是要以 最小的投入取得最好的效果， 并使其具有良好的社会效益 和经济效益，也就是能够更好使其发挥最大最优效率。结 合本项目实际情况并结合相关仪器的性能参数和操作习 惯等来进行设计优化即可。三维地震勘探主要由地震勘探管理及其他软件和地形测量软件完成。本研究项目采用地震勘探软件 进行施工中的地质勘察设计工作。
4 结论与建议
三维地震勘探技术是一种通过大面积连续三维空间 地叠加和提取信息的技术。对于多个方向的立体采集有着 很大的优势，并且利用其自身的特点也能够快速识别地 质条件、构造情况，可用于多种目标探测及构造研究等目 的。同时，其也为工程建设提供了可靠的资料，可以为相 关部门提供决策依据。为地质勘探提供了一种新思路，对 于金属矿矿山来讲， 它可以在短时间内获取更多的勘探成 果数据，从而解决矿井下遇到的诸多问题。通过该技术与 传统的地质勘探技术相结合、计算机辅助地质分析系统及 野外地质测量技术相结合构建出井下三维地质立体模型。 实现了地质数据自动采集、数据自动整理、数据管理及综 合利用。能够极大降低工作强度，降低野外施工风险并能 保证勘探结果的科学性，同时也能降低采矿成本。利用该 技术来替代传统勘探方法中存在的误差、勘探过程中勘探 时间长、成本高等缺点也给该技术在实际矿山中应用带来 困难和问题。该项目为矿井下多点地震勘探技术的有效应 用创造了条件 ;实现多尺度实时共享模式使地质数据成 为可能 ;提高工作效率，降低勘探成本，同时提高勘探效 率和数据质量，满足金属矿生产需要，达到预期的目的。 该技术还可用于矿产资源勘探领域包括金属矿勘探、岩土 工程勘探等多个领域。
5 结语
三维地震勘探技术是一项非常先进的技术。在进行研 究应用中， 必须要将该技术的应用范围进行充分地拓宽和 延伸，这样才能实现良好的效益。这得益于该技术在勘探 时考虑到了地震数据的不连续性， 能够充分利用三维地震 勘探技术数据来解决问题。通过采取适当的措施不断提高 三维地震勘探技术在石油行业领域中的应用水平与质量。 随着地质科学和计算机技术在三维地震勘探领域的广泛 应用， 人们对三维地震勘探技术提出了更高更细更新的要 求，为了实现高质量的三维地震勘探数据的处理结果，需 要不断地进行建模参数的优化。三维地震勘探技术在今后 发展中还会存在很多问题需要解决。
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