摘 要：三维地震勘探技术，是物探工程的重要技术之一。本文阐释了三维地震技术及其基本原理，梳理了国内外相关研究成果，分析了该技术在社会生产中产生的经济效益，指出了其在实践应用中存在的问题，并提出了相应的对策建议。
关键词：工程物探；三维地震勘探；经济效益
作者简介：夏书兵(1976―)，男，江苏省姜堰市人，河南省煤炭地质勘察研究院工程师。
中图分类号：P65 文献标识码：A doi:10.3969/j.issn.1672-3309（s）.2012.02.37 文章编号：1672-3309（2012）02-88-02
引言
工程物探主要是对地表及地下100米左右的介质，通过相应的物理仪器和数字信号转换，以数据的分析和处理为手段，全面掌握目标体的物理特性和状态。一般情况下，工程物探主要以二维地震勘探为主，但其存在着地质信息假设过于苛刻等明显缺陷，相比之下，三维地震勘探技术则有着数据完整、信息量丰富等优势，因而在近些年来的勘探工作中得到了广泛的应用。本文对三维地震勘探技术的发展进行系统梳理，总结实践应用中的经验教训，为该技术的进一步发展和应用奠定基础。
一、三维地震勘探技术及其基本原理
地震勘探通过人工方法（例如炸药等）形成人工地震，并以科学仪器记录震动详情，从而估算地下构造的特点。三维地震勘探技术作为地震勘探的重要技术之一，是从二维地震勘探衍生而来，同时融合了物理、数学和计算机等的综合性应用技术，其主要包括地震数据资料采集、地震数据处理以及地震资料解释三个环节，各环节之间既相互联系又相互独立，从而构成了在计算机软硬件支撑下的系统工程。
三维地震勘探技术的基本原理与二维地震勘探技术相似，主要是通过地面上各沿线的地震勘探施工，使人工产生的地震波在地下传播，地面上的仪器开始同步记录地震波的传播和返回时间，再通过计算机进行数字信号处理得出目标物深度，综合测线的观察处理结果，从而得到直观反映地下岩层分界面起伏变化的地震剖面图。由于其勘探对象是地下半空间的三维地质体，因而在工程物探中具有显著优势，表现在：数据量相对丰富，包含了地震波的各种信息，有利于使用正反演技术以及岩性研究；数量完整性好，准确性较高，在通常地震波分辨率范围内，可基本查明相对复杂的地质构造；充分发挥了高科技装备的先进性能，有利于数据解释的自动化及人机联作的发展，可以大大减少人为因素的影响，具有较高的投入产出比。
二、三维地震勘探技术的国内外研究进展
三维地震勘探技术的优势，引起了国内外学者的广泛关注，促进了相关技术方法的快速发展。例如Andreas Cordsen[1]等学者，详细阐述了三维地震观测系统的设计以及施工要领，介绍了三维采集参数、三维观测系统的类型，并对其优点和缺陷进行了对比。Vermeer[2]深入研究了正交块状三维观测系统的地球物理参数配置，优化了MKB方法和LUG方法，减少了决策变量和约束条件。我国学者钱荣军[3]等以目标层信息为出发点，通过对表层结构地球物理模型和地下结构地球物理模型的分析优化，设计了地震采集参数。尹成等利用带约束条件的数学规划模型计算目标函数，实现了线束状三维观测系统的优化。
总的来看，由于三维地震勘探技术所具有的低成本、高精度和短周期等优势，使其在实践中得到了普遍应用和快速的发展。受技术力量以及设备投入等因素的影响，国外不仅在三维地震勘探技术的研究方面具有较大优势，而且在软件设计方面也处于领先地位，例如，著名的绿山地震设计软件、OMM软件等，而我国近年来在观测数据参数论证方面，虽然也取得了一定的成就，但在观测系统优化设计方面，仍然尚需进一步的研究。
三、三维地震技术的经济效益
三维地震技术的广泛应用不仅提高了地质勘探的精准性，而且取得了令人瞩目的经济效益。
（一）有效促进了我国地质矿藏开采等行业的深入发展
我国地形多样，地质状况复杂，对地质的精确勘探造成了困扰。三维地震技术的应用，提高了查明细微地质问题的能力。通过该技术的运用，可以提高矿业开采的利用率，不少多年开采的老矿区通过三维勘探技术，甚至发现了新的资源，从而为行业的发展注入了新的活力。
（二）有效缩短工程周期
三维地震勘探技术具有高精度和高分辨率的特点，其探测结果能提供较为精准的地质构造信息，因此大大提高了钻探成功率，有效缩短了工程周期。例如，在东濮地区的地质勘探过程中，通过三维地震技术的应用，勘测150km2地区的复杂地质问题仅需要原计划的一半。因此，三维地震技术的运用加快了地质勘探与开发，有效降低了地质勘探费用，为煤炭、石油开采等行业的繁荣发展提供了坚实的工程技术基础。
（三）三维地震技术有效降低了勘探成本
三维地震技术的不断发展，使其在勘探精度与效率等工程效益方面不断提高的同时，技术应用成本在不断降低，为工程单位节省了大量资金。以单位勘探成本为例，二维测线单位成本为6200元/ km ，而采用三维测线，其成本则仅需810元/km，降低了7.5倍，而且勘探效果更加完美。因此，对该技术的采纳与有效应用，极大减轻了相关企业单位的资金压力，提高了经济效益。
四、三维地震勘探在实践中存在的主要问题及原因
（一）三维地震勘探实践的局限性
三维地震勘探虽然在构造勘探方面有着其他勘探方法不可比拟的优势，但在实践中也存在种种局限。一方面，探测结果准确率有待提高。在大多数地震勘探任务中，一般要求其断层落差为5m，平面位置误差范围是±15m。然而，调查显示，既使在地质条件较好的华东地区，对落差区间5-10m之内的的断层进行的探测，其准确率尚不及70%。另一方面，存在着地震信息的缺失，所观测系统搜集到的信息难以有效显示落差较小的断层。同时，由于信息解释的不准确，导致所勘探出的断层位置与实际位置相比差距较大，这一点在断层落差较大或倾斜角度较大的地层中表现的尤为明显。另外，由于难以有效识别距离较近的断层，经常会把两条倾向相同的断层解释为一条大落差断层，甚至也会将两条角度完全相反的断层解释为一打小落差断层或无断层。这些情况的出现，严重影响了物探工作的科学性和可靠性。
（二）原因解析
三维地震勘探作为一种间接的勘探方法，除了技术上的局限之外，实际工作中的质量控制以及技术应用失当，是影响其准确性的重要因素，主要包括以下几个方面：
1、野外勘探质量控制以及观测系统设计缺陷。受当前排列分布面积大以及质量控制点较多等观测方式的影响，观测系统设计规范性较差，在客观上增加了质量控制的难度。特别是频频照搬或套用既定的观测系统，或是随意进行野外变现，极易造成炮距分布不均匀以及系统复杂多变等问题，严重拖慢了数据分析速度，最终影响偏移效果。
2、技术应用与地质条件的匹配问题。我国大多数地区的激发条件复杂多变，但是地震成孔工具较少，由此街面的成孔激发问题使原始资料的信噪比较低，从单炮甲级率来看，其效果很不理想。其他技术应用方面，例如，纵、横分辨率问题造成的构造遗漏、长波长静校正方法不理想造成的假断层探查结果、偏移成像问题等，都成为提高三维地震勘探效果的“拦路石”。
3、仪器设备的升级更新与实际应用未能做到协调一致。先进的仪器设备未必都能取得理想中的效果，例如，现在常用的集中逻控型数字地震仪，虽然其排列布置和处理技术更加合理、先进，理论性能得到了很大提升，但是由于很少考虑勘探过程中对可操作性以及可靠性等的实际需求，在应用中的效果却不甚理想，有时勘查效果甚至不如旧式的16位A/D转换遥测地震仪。
五、提高我国三维地震勘探经济效益的对策
地震勘探技术已进入了成熟阶段，短期内产生技术飞跃的条件尚不具备，因此，要提高三维地震勘探水平，就要抛弃“唯技术论”，以全新的视角和细致入微的工作来提升勘探水平。
（一）以体制创新为重点，全面提升勘探质量
技术趋同条件下，管理水平以及人员素质等非技术因素，成为提高三维地震勘探的突破口，而良好的工作体制是决定这一问题的关键。特别是强调实际工作中的权、责、利的辩证统一，就成为物探企业必须解决的重大现实问题，尤其是在物探这样一个国有企业处于优势地位的行业，更应该把体制创新作为重中之重，最大限度的实现“人尽其才、物尽其用”，为地震勘探工作创造坚实的制度环境。
（二）优化物探工作流程，对各环节进行严格的管控
三维地震勘探工作集数据收集、处理以及解释为一体，因此，在实际工作中必须从成本控制、人员配备、人机优化组合等环节着手，重视施工人员培训以及相关试验和生产过程的流畅有序，做到工作管理的动态化和监管适时化，全面保障各项细则落到实处，从而实现质量控制与施工成本的平衡，在确保地震勘探效果的同时，实现经济效益的提升。
（三）强化成熟技术的融合与集成研究
当前，三维地震勘探技术已相当成熟，各种仪器和软件配备都已做到了系统化，要在技术层面上提升地震勘探效果，就必须走集成化的道路，尤其是做好三维地震技术中采集、处理和解释三环节技术上的衔接和融合，形成实用的一体化技术，使各环节之间相互监管，实现立体化、综合化和动态化的勘探能力，从而快速锁定勘探目标，有效提高问题解决能力，全面提高勘探效益。
参考文献：
[1] Andreas Cordsen, Johnw.peire.陆上三维地震勘探的设计和施工[M].石油物探地球物理勘探局出版，1996.
[2] Vemreer Gijs J O、3D seismic survey design optimization[J].The Leading Edge[M].2003，(10):934~941.
[3]钱荣钧.对地震资料野外采集工作中一些问题的讨论[M].石油工业出版社，1993.