三維地震勘探技術(shù)在山區(qū)復(fù)雜地形的應(yīng)用

牛跟彥

（中煤科工集團(tuán)西安研究院，陜西省西安市，710077）

三維地震勘探技術(shù)在山區(qū)復(fù)雜地形的應(yīng)用

牛跟彥

（中煤科工集團(tuán)西安研究院，陜西省西安市，710077）

針對(duì)馮家塔井田地形復(fù)雜，局部厚黃土覆蓋，表、淺層地震地質(zhì)條件差等情況，采用科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊巴馐┕し椒ūＷC了三維地震勘探的第一手資料的準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)處理時(shí)采用靜校正和地表一致性反褶積等處理模塊，最大限度提高資料的分辨率，最后使用人機(jī)交換的解釋系統(tǒng)進(jìn)行解釋成圖，取得了較好的地質(zhì)勘探效果。

三維地震勘探 復(fù)雜地形 斷層

1 井田概況

馮家塔井田地處陜北黃土高原北部，地表基本被第四系松散沉積物覆蓋。地勢(shì)中、西部高，向北、東、南3個(gè)方向變低，海拔標(biāo)高一般在1000～1100m之間。區(qū)內(nèi)最高點(diǎn)位于井田中部的老畔圪塔，高程1153.3m；最低點(diǎn)位于井田南部的海則廟溝口，高程825.0m。相對(duì)高差328.3m。地層自東南向西北，沿黃河西岸、海則廟溝及主要支溝由老而新依次出露古生界奧陶系中統(tǒng)馬家溝組，石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組，二疊系下統(tǒng)山西組、下統(tǒng)下石盒子組、上統(tǒng)上石盒子組、上統(tǒng)石千峰組和中生界三疊系劉家溝組；新生界新近系上新統(tǒng)靜樂(lè)組、第四系下更新統(tǒng)午城組、中更新統(tǒng)離石組、上更新統(tǒng)馬蘭組及全新統(tǒng)沖、洪積層等松散沉積物不整合于這些老地層之上，大面積分布于梁、峁和溝谷地帶。

含煤地層主要為山西組和太原組，總厚度平均120m左右，共含煤層4～19層，其中可采煤層2～12層。山西組平均厚度40m，含煤層1～6層，自上而下編號(hào)為2＃、3＃和4＃煤層。太原組平均厚度80m，含煤層3～14層，自上而下編號(hào)為5＃、6＃、7＃、8＃、9－1＃、9－2＃、10－1＃、10－2＃和11＃煤層。井田內(nèi)可采煤層為2＃、4＃、8＃和9－2＃煤層，其他煤層為次要可采煤層或不穩(wěn)定煤層。井田包夾于清水川地塹、區(qū)域性撓褶帶、海則廟溝與黃河之間，邊緣地帶構(gòu)造較復(fù)雜，但井田內(nèi)部及首采區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)單，整體為一向北西傾斜的單斜，地層產(chǎn)狀總體較平緩，一般傾角2～9°，但撓褶帶及其以西，地層產(chǎn)狀急劇變陡，一般傾角達(dá)15～30°。根據(jù)地質(zhì)填圖和前期地震資料分析，區(qū)內(nèi)地表無(wú)較大斷層和褶皺存在，在二維地震測(cè)線(xiàn)經(jīng)過(guò)處解釋和推斷出落差在5.2～18.7m之間的隱伏小斷層（點(diǎn)）9條，其中大于10m的小斷層（點(diǎn)）僅1條，并位于北緣清水川地塹南側(cè)。

2 地球物理特征

（1）表、淺層地震地質(zhì)條件。馮家塔井田屬典型的黃土高原地貌，地形支離破碎，起伏變化大，第四系松散層廣泛分布于梁峁和坡地之上，厚度0～150m不等，對(duì)地震波的激發(fā)接收不利。但溝谷內(nèi)一般出露基巖或松散層覆蓋薄，潛水面一般較高，對(duì)激發(fā)、接收較為有利，總之表、淺層地震地質(zhì)條件較差。

（2）深層地震地質(zhì)條件。區(qū)內(nèi)深部主要為砂巖、泥巖互層夾煤層，沉積穩(wěn)定。地層傾角小，主煤層厚度2～8m，埋藏深度較淺，多在300m以?xún)?nèi)。煤層頂?shù)装鍘r性密度為2.35～2.55g/cm3，與煤層密度為1.42～1.58g/cm3差異較大，煤層的縱波速度為1700～2400m/s，與圍巖的縱波速度3300～3800m/s差異較大，因此，可獲得較強(qiáng)振幅的反射波，因此本區(qū)深層地震地質(zhì)條件較好。

綜合以上情況，表層和淺層的地震地質(zhì)條件較差，深層地震地質(zhì)條件較好。

3 施工方法

施工前結(jié)合該區(qū)表、淺層地震地質(zhì)條件，深層地震地質(zhì)條件及復(fù)雜地形的特點(diǎn)，為選出最佳施工采集參數(shù)，確定合理的施工方案，正確指導(dǎo)野外數(shù)據(jù)采集，施工前進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)工作。首先在勘探區(qū)進(jìn)行了12個(gè)低速帶厚度調(diào)查點(diǎn)的低速帶調(diào)查工作，針對(duì)全區(qū)低速帶厚度的變化情況以及目的層埋深的變化情況，有針對(duì)性地布設(shè)了6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，過(guò)鉆孔布設(shè)了一條二維試驗(yàn)線(xiàn)。

對(duì)所得的點(diǎn)試驗(yàn)單炮記錄和二維線(xiàn)試驗(yàn)所得的地震時(shí)間剖面進(jìn)行了認(rèn)真細(xì)致的分析研究之后，結(jié)合地質(zhì)任務(wù)確定了施工的具體參數(shù)。

（1）觀(guān)測(cè)系統(tǒng)。觀(guān)測(cè)系統(tǒng)類(lèi)型：三維觀(guān)測(cè)系統(tǒng)，束狀，8線(xiàn)5炮，中點(diǎn)激發(fā)。

接收道數(shù)：480道（60道×8線(xiàn)）；

接收道距：10m；

接收線(xiàn)距：20m；

炮線(xiàn)（點(diǎn)）距：20m、60m；

疊加次數(shù)：20次；

CDP網(wǎng)格：5m×10m；

最小非縱距：10m；

最大非縱距：150m；

最大炮檢距：335m。

（2）激發(fā)參數(shù)。對(duì)井深、藥量試驗(yàn)的單炮記錄進(jìn)行了對(duì)比分析得出：在基巖出露區(qū)和第三系紅層區(qū)5～8m井深所得地震試驗(yàn)資料最好；在薄黃土區(qū)覆蓋區(qū)井深需在15～20m，且以鉆入第三系紅層2m方能得到較理想的地震記錄；厚黃土區(qū)由于厚黃土的土質(zhì)干燥、松散激發(fā)能量衰減快，所以井深需25～40m，并且兩井組合才能得到煤層有效反射波。

在基巖出露區(qū)和第三系紅層區(qū)所用藥量為1.5kg，薄黃土區(qū)為2.5kg，厚黃土區(qū)為6kg。

（3）接收參數(shù)。儀器采用加拿大Arise遙測(cè)數(shù)字地震儀和自然頻率為60Hz檢波器，檢波器3個(gè)串聯(lián)、堆放接收。接收記錄長(zhǎng)度1s，采樣間隔1ms，全頻帶接收。

4 三維地震勘探數(shù)據(jù)處理與解釋

資料處理設(shè)備為PC－CLUSTER機(jī)群，處理軟件主要有法國(guó)CGG處理系統(tǒng)和國(guó)內(nèi)的GRISYS系統(tǒng)。在詳細(xì)分析了原始資料特點(diǎn)，本著“高信噪比、高分辨率、高保真度”的原則，經(jīng)過(guò)對(duì)處理模塊和參數(shù)的反復(fù)試驗(yàn)，尤其針對(duì)該區(qū)地形復(fù)雜，表、淺層地球物理特征差的情況，在線(xiàn)性動(dòng)校正、折射波靜校正、反褶積測(cè)試、速度分析和三維剩余靜校正等重要技術(shù)環(huán)節(jié)方面，進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和反復(fù)的對(duì)比，最終取得了理想的三維數(shù)據(jù)體，處理后的偏移時(shí)間剖面如圖1所示。

圖1 偏移時(shí)間剖面

地震資料解釋是利用美國(guó)斯侖貝謝（Geo－Frame）地震解釋軟件，在偏移數(shù)據(jù)體上進(jìn)行解釋?zhuān)紫壤勉@孔測(cè)井資料制作人工合成地震記錄，根據(jù)抽層結(jié)果確定各反射波組的地質(zhì)層性，將地震反射波與地下地質(zhì)目的層聯(lián)系起來(lái)，在整個(gè)三維數(shù)據(jù)體中，以人工解釋為基礎(chǔ)、工作站人機(jī)聯(lián)作解釋為工具，由粗到細(xì)逐步進(jìn)行解釋。

（1）斷層的解釋。在時(shí)間剖面上解釋斷層斷點(diǎn)的依據(jù)為煤層反射波同相軸錯(cuò)斷、分叉合并、扭曲及同相軸產(chǎn)生突變等，認(rèn)為5m左右的小斷層在巷道掘進(jìn)過(guò)程中影響較大，在解釋過(guò)程中采用處理性解釋軟件對(duì)小斷層進(jìn)行了認(rèn)真的分析解釋后，新發(fā)現(xiàn)了9條斷層，否定了以前二維地震勘探解釋斷點(diǎn)4個(gè)。圖2是新發(fā)現(xiàn)斷層之一DF1斷層在時(shí)間剖面上表現(xiàn)小斷層特征的扭曲反映，圖3是否定以前二維地震勘探解釋落差9m的F101斷點(diǎn)，從時(shí)間剖面上看出煤層反射波同相軸連續(xù)性完好、無(wú)斷點(diǎn)特征的表現(xiàn)。

（2）主采煤層賦存形態(tài)和深度的解釋。在構(gòu)造解釋的基礎(chǔ)上，由工作站繪圖系統(tǒng)將拾取的目的層反射波時(shí)間值，經(jīng)網(wǎng)格化及平滑處理后自動(dòng)繪制出等時(shí)平面圖。然后，利用速度研究的結(jié)果由繪圖軟件進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，并將深度數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化和平滑處理及局部人工干預(yù)修飾，自動(dòng)繪制主采煤層底板等高線(xiàn)圖。

（3）主采煤層煤厚變化趨勢(shì)的解釋。對(duì)煤層煤厚變化趨勢(shì)的檢測(cè)，傳統(tǒng)的方法是借助鉆孔資料進(jìn)行類(lèi)比、內(nèi)插而獲得。對(duì)于單個(gè)鉆孔，煤厚數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的。然而在任何勘探區(qū)內(nèi)，鉆孔的數(shù)量是有限的，往往孔距都比較大，其內(nèi)插煤厚值的可信度很低。本次解釋在利用已知鉆孔的基礎(chǔ)上采用近年使用比較成熟的以模型為基礎(chǔ)的稀疏脈沖波阻抗反演方法預(yù)測(cè)了各主采煤層厚度變化趨勢(shì)。

5 結(jié)論

（1）查明了測(cè)區(qū)內(nèi)主要可采煤層的賦存形態(tài)和深度。

（2）查明了區(qū)內(nèi)落差大于5m的斷層，也對(duì)0～5m的斷層或斷點(diǎn)進(jìn)行了解釋。全區(qū)共解釋斷層9條，全為新發(fā)現(xiàn)正斷層，并否定了原二維地震勘探解釋的F101、F102、F103和F308斷點(diǎn)。

（3）結(jié)合鉆孔利用波阻抗反演預(yù)測(cè)了各主采煤層厚度變化趨勢(shì)。

本次三維地震勘探，在原有地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，邊解釋邊驗(yàn)證，取得了較可靠的地震地質(zhì)成果。對(duì)斷層的解釋采用了多種分析手段，礦方在綜合分析了已知地質(zhì)資料和三維地震解釋的資料后及時(shí)調(diào)整了工作面的布置，三維地震勘探成果為礦井布局和安全生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的地質(zhì)保障。

［1］ 衛(wèi)學(xué)忠，王真，許崇寶.黃土覆蓋丘陵地區(qū)地震資料處理技術(shù)［J］.煤炭技術(shù)，2008（2）

［2］ 魏健，杜繼國(guó).典型地質(zhì)構(gòu)造的地震波特征及斷層的量化預(yù)測(cè)［J］.中國(guó)煤炭，2010（5）

［3］ 趙士華，胡朝元，稱(chēng)增慶.斷層顯微分辨率及其它地震解釋方法［J］.煤田地質(zhì)與勘探，2004（4）

Application of 3D seismic prospecting in complicated mountain area

Niu Genyan
（Xi＇an Research Institute of China Coal Technology ＆Engineering Group Corp，Xi＇an，Shaanxi 710077，China）

The surface terrain of Fengjiata coalmine field is very complicated，part of this area is covered by huge thick loess，and the seismic geological condition here in surface and shallow layer is bad.In this paper，a rigorous and scientific data acquisition method was adapted to ensure the high quality of 3Dseismic data on this complicated area.In data process step，static correction and surface consistent models was used to improve data resolution to the best limit.And finally adopted man－machine interactive interpretation system to interpret seismic data.This prospection has achieved relatively good geologic prospecting effect.

3Dseismic prospecting，complicated surface terrain，fault

P631.4

B

牛跟彥（1977－），男，甘肅通渭人，2002年畢業(yè)于長(zhǎng)安大學(xué)地測(cè)學(xué)院應(yīng)用地球物理專(zhuān)業(yè)，工程師，現(xiàn)在中煤科工集團(tuán)西安研究院從事煤田地質(zhì)勘探工作。

（責(zé)任編輯 張毅玲）