0 引言

随着砂岩型铀矿勘探开发的不断深入，待研究的地质问题越来越复杂，对地球物理探测技术也提出了更高的要求，作为精度最高的物探方法——地震勘探技术越来越受到铀矿地质工作者的关注，其应用成果也越发受到重视.

地震勘探技术的原理是在地表以人工方法激发地震波，在向地下传播时，遇有介质性质不同的岩层分界面，地震波将发生反射与折射，在地表或井中用检波器接收这种地震波，收到的地震波信号与震源特性、检波点的位置、地震波经过的地下岩层的性质和结构有关，通过对地震波记录进行处理和解释，可以推断地下地质构造、岩层的性质和形态.

尽管核工业地矿系统的地震勘探技术远落后于石油、煤炭系统，但近些年，核工业各单位在北方三大砂岩型铀矿盆地——伊犁盆地、二连盆地、鄂尔多斯盆地开展了一定量的二维地震勘探工作，基本掌握了可地浸砂岩型铀矿勘查中地震勘探数据采集、处理及解释技术方法(徐国苍等，2013)，应用结果表明，在砂岩型铀矿勘查中利用浅层地震勘探所获取的各种信息，能够解决研究区地层、岩性、岩相划分(吴曲波等，2015)和断裂构造解释等铀成矿环境问题(吴曲波等, 2016a, b).尽管如此，实践经验表明砂岩型铀矿地震技术应用过程中，仍然存在诸多问题和难点，针对这些技术问题，开展了大量的试验性研究和应用，制定了相关解决方案.

1 砂岩型铀矿地震勘探中的若干问题

(1) 埋藏深度浅

相比于石油地震勘探动辄几千米的埋深，砂岩型铀矿目标层位埋藏浅，一般在1000 m内，而基于反射波原理的常规地震勘探技术擅长深部探测，地震资料的浅层信号覆盖次数普遍较低，给人印象为“浅层盲区”，另一方面浅层地震资料易受表层采集噪声的影响，更加重了浅层资料信噪比低、成像面貌差的问题.给数据采集、处理均带来困难.

(2) 物性差异小

相比于煤炭与围岩之间较大的速度、密度差异，砂岩型铀矿目标层砂体与围岩物性差异不大，砂岩型铀矿一般以铀矿石(铀石、沥青铀矿)或离子吸附态(以黄铁矿、方解石、有机质、粘土等介质的吸附为主)的形式赋存于砂体的孔隙中(杨晓勇等，2009；马强等，2012)，如此成矿环境致使含矿砂体与围岩的物性差异较小，反映在地震数据中的有利信息将特别微弱.给数据采集处理解释均带来困难.

(3) 目标砂体薄互层多

砂岩型铀矿往往赋存于“泥砂泥”、“煤砂泥”等互层结构的砂体之中(潘澄雨等，2015)，且含矿砂层厚度通常较小，十米至几十米不等，如此一来将加大砂岩型铀矿勘查中目标砂体的识别分辨难度(吴曲波等，2015).

2 针对性解决方案 2.1 针对埋藏浅

在进行像砂岩型铀矿之类的浅层地震勘探时，不仅要减小偏移距，更重要的是尽量减小采集的面元，以提升浅层资料的空间采样，提高浅层信号信噪比，然而减小面元意味着勘探成本会骤然增加，因此，需合理优化面元大小.

砂岩型铀矿埋藏深度浅、且铀矿地震采集目前多使用可控震源激发，易造成浅层地震数据较易受面波、声波、线性干扰等噪声的影响，做好叠前去噪是提升砂岩型铀矿浅层资料成像精度的关键之一；同时，浅层速度的微小变化会导致较大的动校量，影响浅层成像效果，应注重浅层速度分析的精度.

2.1.1 采集面元优化

(1) 理论计算

① 满足横向分辨率的要求

若要分辨主要目的层的最小地质体的横向尺度，则在地震信号每个优势频率的波长内要有2~3个采样点，计算公式为

(1)

其中：b为面元尺寸，V_int为目的层上覆地层层速度，F_p为目的层主频.

② 满足最高无混叠频率的要求

每个倾斜同相轴都有一个偏移前可能的最高无混叠频率f_max，它依赖于此同相轴的上一层的均方根速度V_rms、倾角θ、面元的大小，计算公式为

(2)

其中：b为面元尺寸，V_rms为均方根速度，F_max为最高无混叠频率，θ为最大倾角.

以二连盆地某地区砂岩型铀矿地震勘探为例介绍，根据上述两式，表 1计算出为保证良好横向分辨率和偏移时不产生偏移噪声所需的面元最大尺度为9 m.

(2) 试验应用效果

同样以二连地区地震资料为例介绍，通过对不同面元大小进行实际应用试验并偏移成像，图 1可知10 m面元与5 m面元的成像效果、分辨能力相当，陡倾角、不整合接触细节刻画方面5 m面元稍好，15 m面元得到的成像结果模糊，断裂不清晰.

可见，小面元有利于提高资料分辨率，有利于断点、尖灭点的刻画和砂体的精细识别，但过小的面元会显著提高采集成本.因此，结合理论计算和实际试验应用分析认为，二连盆地砂岩型铀矿地震数据采集使用5~9 m面元较为合适.其他砂岩型铀矿区的地震采集工作可借鉴此参数.

2.1.2 关键处理环节

(1) 叠前去噪

砂岩型铀矿地震数据叠前去噪处理中，主要针对下述三类噪声进行处理解决：

① 针对强能量干扰.采用一种非线性自适应噪声检测及压制方法，这种处理能有效地减小信号的畸变，使各种强能量干扰得到很好的压制，同时不损失有效波成分.此处理所采用的去噪技术，根据振幅随偏移距的变化，在所给定的时窗和频带内，对每个样点的振幅值进行统计，对不符合统计规律和异常值的点加以剔除，完成异常强能量噪声的消除和随机噪声的衰减.

② 针对面波干扰.采用基于小波变换的弹性建模自适应面波衰减技术对原始资料中的面波进行去除.首先，通过可逆的小波变换，将输入数据分解为不同的频率—波数域子集；其次，从输入数据的频率—相速度谱上提取出群速度和相速度，用于弹性建模；再次，在每个子集中进行弹性建模并计算自适应参数进行噪声衰减；最后，通过扇形滤波去除负斜率和弹性建模中没有去除的剩余假频等.

③ 针对线性噪声.根据频率与速度设计一个多道滤波器，利用其视速度差异大、相干性强、能量强的特点采用线性噪声衰减及信噪分离技术，在频率—空间域对线性噪声进行预测并从记录中减去.

图 2所示为针对上述砂岩型铀矿地震勘探中常见干扰，去噪处理得到的单炮记录，可见去噪后单炮记录中线性干扰、面波、声波、随机强能量等各种噪声得到了有效压制，单炮记录的信噪比得到有效提高.

(2) 精细速度分析

结合实际的砂岩型铀矿浅层速度分析经验，主要从以下三个方面来提高速度分析的精度：第一，详细试验优选速度谱参数提高速度谱的质量，利用处理软件的交互速度解释功能以及速度谱能量团、CDP道集、变速扫描及交互叠加图等信息，精细拾取速度值，速度拾取时拾取能量团的极值并非是最好的选择，应结合地质结构形态和速度分布实际情况进行综合试验后确定速度拾取点，同时在速度拾取时不应出现速度倒转现象；第二，经验表明减小速度谱控制点的间隔，可一定程度上提升浅层速度分析精度，尤其在资料信噪比较低、速度谱质量差、叠加速度难以准确拾取的CDP段，常用的速度谱控制点间隔为500~2000 m，而砂岩型铀矿浅层速度分析的控制点间隔应加密一倍或以上；第三，实际证明结合剩余静校正处理开展的速度分析效果更佳，尽管大部分砂岩型铀矿地震资料的剩余静校正问题不大，但实践表明开展1~2次剩余静校正处理仍然可较大程度提升浅层速度分析的精度.

2.2 针对物性差异小

砂岩型铀矿地震勘探中目标砂体的有效反射信息较弱，这就首先要求，在数据接收端的检波器参数和覆盖次数两个方面进行优化，检波器应选用灵敏度高、能接收宽频信号的检波器，提高感知弱信息的能力，同时提高覆盖次数增强目标砂体反射弱信息的信号强度，但过高的覆盖次数将使资料的分辨率下降，不利于砂体分辨，同时伴随着采集成本陡增，应合理优化覆盖次数的取值；其次，应该在数据处理环节采用保幅处理手段，尽可能展现和保留目标砂体信息.

2.2.1 检波器类型选择

目前，地震勘探通常使用的是速度和加速度两种类型检波器，图 3从不同类型检波器的频率响应对比看(吕公河，2005)：速度型检波器在自然频率附近响应线性最好，但相应频带窄，且在自然频率两边相位响应变化剧烈；加速度型检波器在远低于自然频率时响应线性好，但自然频率高，有较宽的响应频带，且在远离自然频率处相位响应相对较好，同时具有较高的灵敏度.因此，砂岩型铀矿地震工作应选用频率响应好、灵敏度高的加速度检波器以感知砂体弱信号.而加速度检波器有涡流式和压电式两种：涡流式检波器直接接收的物理量仍然是速度，只是通过涡流转换，相当于对速度进行了一次求导，变为加速度；压电式检波器直接感应作用力，是一种真正的加速度检波器，且具备较高的稳定性.

2.2.2 优化覆盖次数

通常情况，覆盖次数的选择主要取决于地震资料的信噪比，而在砂岩型铀矿地震勘探中覆盖次数的选取，一方面，要考虑提高覆盖次数，以提升砂体反射弱信息的信号强度，另一方面，还要考虑控制覆盖次数不宜过高，以保证地震资料有较高的分辨率，利于砂体精细反演.目前，砂岩型铀矿地震领域进行了为数不多的覆盖次数试验，图 4是在二连盆地铀矿区开展的覆盖次数试验，通过采集处理得到了32次、64次、128次覆盖的叠加剖面，可见32次剖面频率最高，但信噪比最低，128次剖面信噪比最高，但频率最低，64次覆盖时分辨率和信噪比均较好.基于本试验工作，本文认为砂岩型铀矿区采集覆盖次数不应过高，60次左右的覆盖次数取值是较好的选择，既可满足构造解释的要求，又可为砂体反演保留较好的分辨率，同时令采集成本可控.

2.2.3 保幅处理

地震资料保幅处理是指在保持原始地震资料有效地震信息的振幅不发生相对畸变的前提下，采用合理有效的处理手段来提升地震资料品质的过程(陈新荣等，2009).在砂岩型铀矿地震勘探实践过程中，影响振幅发生变化的主要因素包括：① 传播因素，球面扩散、透射损失、介质的非弹性性质均将影响到信号的振幅；② 地表因素，激发和接收条件的不一致性导致道与道之间的振幅差异；③ 采集噪声，工区的采集干扰波将破坏反射信号的相对振幅关系(芮拥军，2011).

(1) 最大限度地减少因素①、② 的影响需要使用球面扩散补偿(刘财等，2004)和地表一致性振幅补偿两类处理技术进行振幅恢复性处理(张尔华等，2009).

(2) 要减小因素③ 的影响，主要需从叠前去噪环节入手，着力去除面波、声波、线性干扰等采集噪声，这一部分可参见2.1.2所述内容，同时应注重叠后随机噪声的去除或衰减.值得提出的是，在砂岩型铀矿地震数据去噪处理过程中，还应把控好去噪的力度，遵循宁可去噪不足，也不应去噪过度的原则，过度的去噪处理将导致砂体弱信息被滤除，目标层波组特征信息不明晰，影响后期砂体反演解释.

2.3 针对砂体薄互层的问题

砂岩型铀矿地震勘探中要求解释结果能够较好地分辨砂泥薄互层.而分辨薄层的能力主要体现在资料的纵向分辨率上，纵向分辨率主要与两个因素有关：1/4波长和优势频带宽度，1/4波长即为v/(4×f)，可见纵向分辨率与频率成反比，频率越高越能分辨薄层，同时优势频带宽度越大分辨率越高.这两个因素首先取决于采集端原始信号的频率及带宽，其次，与处理手段有关，处理过程中应在保证信噪比的前提下尽可能地提高信号的频率，最后，在解释反演阶段应该采用适合砂岩型铀矿岩石物性特征的反演方法定量精细地刻画目标砂体.

2.3.1 提升采集资料的频率特性

做好宽频激发和接收是获取高分辨率地震资料的前提，其中，铀矿地震勘探的激发方式主要为炸药和可控震源.

(1) 炸药激发.要提高原始资料频率主要考虑井深和药量两个因素：① 激发井深应选择在高速层内，相比于低降速带中激发，其与大地的波阻抗耦合较好，激发子波的能量较强，同时可以减弱疏松表层对高频成分的吸收，有利于拓宽激发子波的有效频宽，同时还可减弱面波和声波干扰，提高资料的分辨率，图 5为某铀矿工区激发井深试验^①，可见在激发深度达到高速层时(14 m、16 m)得到的单炮记录的质量较高，浅、中、深层信号的信噪比更高，面波、声波等噪声水平更低.② 适当减少激发药量可提高砂岩型铀矿浅层地震数据的分辨率，但由于该区地震信号在浅表层衰减较强，需适当增加激发药量来提高目标层的反射波能量，图 6所示激发药量试验可知，砂岩型铀矿区激发药量使用1.5~2 kg时，可同时兼顾目标层的分辨率和信噪比.

① Yi C, Wang M T, Liu L, et al. 2013. A survey report of shallow seismic in Dachengliang-Hangjingqi area[R]. Beijing: Beijing Research Institute of Uranium Geology.

(2) 可控震源激发.可控震源激发参数中扫描频率直接决定着地震原始资料的频率成分，激发台数和次数也间接地影响着频谱特征(吴曲波等, 2016a, b).扫描频率选择应兼顾的高频端和低频端信号，尤其注重低频信号的保护，实际应用表明，低频保护能够显著增强多个倍频程频段上的信号能量，图 7所示不同扫描频率得到的原始单炮的频谱，随着扫描信号向低端和高端扩展，单炮记录的频带得到有效拓宽，形成较为尖锐的子波，有利于砂体薄互层识别，即扫描频带越宽越好.同时，图 8所示震动台数和次数试验可知，随震动台数和次数的提高，单炮记录的频率和频带分别下降和变窄.因此，在砂岩型铀矿地震勘探中为保证原始资料的分辨率应采用“宽频扫描”激发，以及在确保信噪比的前提下采用“低震动台次”激发.

(3) 检波器频率选择.不管采用炸药激发还是可控震源激发，砂岩型铀矿地震采集激发的信号均为宽频信号，如像以往刻意采用高频检波器接收只会失去优势段的低频信号，造成窄频带接收的后果，影响后期砂体反演解释的分辨率.因此，检波器的主频和带宽应尽量与激发频带有相应的匹配，使用低频检波器接收可尽量匹配宽频激发.目前，较广泛使用的低频检波器是5 Hz和10 Hz，在成本可控的前提下5 Hz检波器是较好的选择.

2.3.2 提频处理

解决砂岩型铀矿砂泥薄互层的问题，不仅需要获得高频、宽频带的原始资料，在此基础上还需对原始资料进行高分辨率处理进一步提升资料的分辨率.高分辨率处理不仅仅与静校正、去噪等处理工作有关，还与提频技术处理息息相关，只有做好了这项工作，才有可能“充分且适当”地提升地震资料的分辨率(宋常州和张旭明，2009).

在砂岩型铀矿地震资料提频处理试验研究中得知，叠前组合反褶积(地表一致性反褶积+单道预测反褶积)与叠后反Q滤波技术是提高单炮和剖面分辨率的有效手段.图 9为组合反褶积处理前后的单炮以及目的层频谱对比，可见处理后的地震资料的主频得到提升，频带得以拓宽.叠前组合反褶积的作用是消除子波影响和去除层间多次波干扰.叠后反Q滤波是在地震记录经过叠加后，在记录中各频率成分具有更高的信噪比的基础上，继续拓宽频带提高分辨率，反Q滤波一般存在品质因子无法取准和高频补偿过程中存在能量和相位不稳定，目前一般主要采取对高频补偿加入稳定性条件来解决高频补偿的不稳定问题，该方法具有一定的相对保幅的理论基础，但需要有大量的试验来确保处理的保幅性，图 10是反Q滤波前后对比图，可见有效的反射波同相轴被恢复出来，分辨率得到有效提高.

尽管如此，提频技术是解决砂泥薄互层的重要手段之一，但并不是所有的提频手段均可无限制地应用，不当的提频操作反而会造成地层假象，如地层层序增多、地层连续性变差，让解释人员误认为是沉积特征的变化.提频处理是应建立在信噪比未显著下降的基础上，而过分地追求分辨率提高可导致信噪比下降，因此在提频处理的参数选取时也应进行多次试验，确定适当的参数取值.

2.3.3 波阻抗反演目标砂体

以往砂岩型铀矿勘查中砂体解释的手段主要是电磁测深法(李茂等，2009)、钻探法、地震相(张赓等，2011)和属性分析(吴曲波等，2015)等方法.电磁测深法能够分辨大套砂体和泥岩层，但对于薄层分辨该方法有局限性；钻探法虽可通过岩芯辨识岩性，但成本较高效率低；地震相和属性数据分析(石桂等，2007)可以对地层岩性进行粗略划分，但该类方法往往存在人为经验限制，可信度和精确度不高.砂岩型铀矿地震解释反演试验表明，基于模型的叠后波阻抗反演技术较适用于铀成矿地质环境，能够可较好地反演解释砂体分布(李子伟等，2016).

波阻抗反演技术现已广泛应用于石油(崔成军等，2010；路鹏飞等，2011)和煤炭地震系统(苗广文等，2011)，但在核地矿领域应用成果不多，该技术是把常规的界面型地震反射剖面转换成岩层型的伪测井剖面，因而使地震资料转变成可以与钻井资料直接对比的剖面形式，达到识别目标层岩性的目的.砂岩型铀矿勘查中使用波阻抗反演技术进行砂体解释的步骤及参数设定如下(吴曲波等, 2016a, b)：

(1) 井震标定.井震标定的主要意义在于帮助确定子波的极性、子波的稳定性及正确的时深关系，将地质与地震有机的结合起来.

(2) 建立初始模型.采用低频趋势法建立波阻抗反演的初始约束模型，模型频率为15~20 Hz，差值方法为井约束下的克里格差值法.

(3) 过井质量控制.过井质量控制主要是分析反演计算的地震数据与实际地震数据的误差、反演计算的曲线与实际测井曲线的误差.误差分析求取反演参数：① 叠代次数：10次；② 采样率：1 ms；③ 硬约束最大阻抗变化范围：50%；④ 预白化率：1%；⑤ 运算块大小：1 ms；⑥ 比例因子：1.

(4) 波阻抗反演及岩性预测.首先，对地震纯波数据进行波阻抗反演得到剖面的波阻抗数据(如图 11a所示)，其次，通过砂岩型铀矿地区钻井资料的岩石物理分析表明，声波阻抗可以较好地区分砂泥岩，因此，利用声波阻抗门槛卡算岩性数据体(如图 11b所示).在伊犁盆地砂岩型铀矿地震数据反演试算中，在测井数据质量较好的地段，得到的岩性反演结果可以分辨10 m以上的砂体，如此分辨率较以往砂体解释方法已有较大的进步，核地矿系统相关单位可推广此类反演技术.

上述地震波阻抗反演技术是砂岩型铀矿砂体识别的有效手段，而在反演技术应用过程中易碰到声波数据质量问题，导致反演解释精度较低.拟声波重构技术可较好地解决无声波测井数据及声波测井数据质量不佳的问题(吴曲波和李子伟，2015).

3 结论及建议

基于砂岩型铀矿地震勘探过程中存在的诸多难点问题，通过大量的技术试验和应用研究，开发提出了针对砂岩型铀矿成矿特点的地震勘探技术解决方案：

3.1

目标层埋藏深度浅.主要从采集中面元优化、处理中精细去噪、速度分析等方面解决该问题，以提高浅层资料的信噪比和成像质量为目标.通过理论计算和实际应用试验得知，面元大小选择5~9 m时，对于砂岩型铀矿浅层地震勘探较为适用；处理过程中通过叠前多域去除面波、声波、线性干扰等噪声以及高精度高密度(间隔小于等于250 m)的速度分析+剩余静校正迭代分析技术可有效提升浅层资料的成像质量.

3.2

目标砂体与围岩物性差异小.主要从采集中检波器类型优选、覆盖次数优化和处理中的保幅处理等方面解决该问题，以提高目标砂体反射信号的信噪比为目标.检波器应选用灵敏度较高的压电式加速度检波器；实际试验得知，在砂岩型铀矿地震勘探过程中覆盖次数不应过高，适当的覆盖次数既可满足构造解释和砂体反演的要求，又对砂体反演解释提供较好的分辨率，同时还降低了采集成本；采用球面扩散补偿+地表一致性补偿方法可对浅层弱信息进行有效补偿和恢复.

3.3

目标砂体薄互层解释问题.主要从采集中提高激发和接收频宽、处理中的提频处理以及解释中的波阻抗反演等方面解决该问题，以有效提升目标砂体信号的分辨率为目标.采集中采用“高速层小药量激发(或少震源台次、宽频扫描激发)，宽频接收”的方式提升原始资料的频率和带宽；在提频处理中叠前采用地表一致性反褶积+单道预测反褶积、叠后采用反Q滤波适当提升资料的频宽；解释中采用基于模型波阻抗反演技术定量刻画目标砂体的分布范围，实际应用可知，在地震数据质量较高、钻井资料较丰富的地区，波阻抗反演结果可识别出厚度大于10 m的砂体；拟声波重构技术可解决波阻抗反演中缺少声波数据及声波数据质量不佳的问题，提高了波阻抗反演的计算精度，在核地矿系统中具有一定的推广价值.

3.4

可概括砂岩型铀矿地震勘探的技术思路：“小面元、适当覆盖次数、高速层小药量激发(或少震源台次、宽频扫描激发)、宽频接收”的采集方式，“精细去噪、高精度浅层速度分析、提频保幅”的处理方式，“精细解释、拟声波重构、基于模型波阻抗反演”的解释反演方式.

3.5

尽管如此，砂岩型铀矿地震勘探仍然是一项系统且复杂的工作，勘探效果与地震数据采集方案、施工质量、处理手段、处理参数、解释方法、测井数据、反演方法等内容息息相关，如有一个技术环节出现质量问题都将导致结果出现偏差.因此建议，第一，在采集环节要尽量优化采集方案，严控采集施工的质量，着重关注信噪比，其次是分辨率；第二，处理中应尽量减少使用修饰性处理手段，防止损失砂体弱信息；第三，解释反演阶段应注重所用井资料的质量，应选取质量较高的井资料进行层位标定、拟声波重构以及反演.

致谢 感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持！