礫石層覆蓋區(qū)煤田高精度三維地震勘探技術(shù)在張家口蔚縣單侯井田的應(yīng)用

陳紅恩

中國(guó)煤炭地質(zhì)總局水文物測(cè)隊(duì)，河北邯鄲，056001

礫石層覆蓋區(qū)煤田高精度三維地震勘探技術(shù)在張家口蔚縣單侯井田的應(yīng)用

陳紅恩*

中國(guó)煤炭地質(zhì)總局水文物測(cè)隊(duì)，河北邯鄲，056001

以張家口蔚縣單侯井田三維地震勘探為例，在松散厚礫石層覆蓋區(qū)使用可控震源組合激發(fā)進(jìn)行三維地震勘探，獲得了較高質(zhì)量的原始資料。地震資料經(jīng)精細(xì)處理及三維多屬性地質(zhì)解釋，斷層的斷點(diǎn)清晰、自然，煤層缺失區(qū)反射波特征明顯，褶曲（向斜、背斜）顯示明顯。在使用炸藥震源難以取得較好地質(zhì)成果的厚礫石層覆蓋區(qū)，使用可控震源組合激發(fā)取得了較滿意的地質(zhì)成果。

礫石層覆蓋區(qū) 三維地震 可控震源

張家口蔚縣單侯井田屬山前平原，工作區(qū)內(nèi)相對(duì)高差約50m，地表被新生界松散地層所覆蓋，深切NW向“V”型沖溝較發(fā)育，深度一般為15～20m。區(qū)內(nèi)所揭露地層由老至新為：古生界寒武系上統(tǒng)（∈3）、奧陶系下統(tǒng)（O1）、中生界侏羅系下～中統(tǒng)下花園組（J1－2x）、中統(tǒng)髫髻山組（J2t）、后城組（J2h）、新生界第四系下更新統(tǒng)泥河灣組（Q1）、上更新統(tǒng)馬蘭組（Q3）及全新統(tǒng)（Q4）。第四系（Q）：為砂礫石、亞砂土、粘土、卵石、卵石質(zhì)粘土、含礫粘土、含卵石亞砂土等，厚度為100～215m。

井田含煤地層為中生界侏羅系下—中統(tǒng)下花園組（J1－2x），井田內(nèi)含可采和局部可采煤層共8層，自下而上分別為1、1-1、4、5、5-1、6、6-1、7煤層，主要可采煤層有：1煤、5煤、6煤。區(qū)內(nèi)及附近鉆孔揭露的煤層厚度：1煤層平均厚

3.16m，5煤層平均厚0.9m，6煤層平均厚2.04m ，7煤層平均厚0.59m。1煤底板至奧陶系灰?guī)r頂界面的距離平均為5.6m，1煤缺失時(shí)，5煤底板至奧陶系灰?guī)r頂界面的距離平均為16.14m。

根據(jù)單侯井田第四系松散礫石層的淺層地震地質(zhì)條件，又考慮在本區(qū)使用炸藥震源不能取得比較理想的地震原始資料（經(jīng)試驗(yàn)），需使用可控震源車組合激發(fā)。根據(jù)可控震源施工的特點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選擇可控震源參數(shù)，進(jìn)行針對(duì)性數(shù)據(jù)處理和資料解釋，以提高礫石層覆蓋區(qū)煤田高精度三維地震勘探技術(shù)在本區(qū)的應(yīng)用效果。

1 厚礫石層覆蓋區(qū)煤田高精度三維地震勘探技術(shù)

礫石層覆蓋區(qū)三維地震勘探主要受淺層地震地質(zhì)條件影響，地震波在傳播過(guò)程中會(huì)衰減，地層的吸收造成地震波的衰減，地震波的幾何擴(kuò)散、透射、反射、散射等也會(huì)造成地震波的衰減。地震波的衰減主要表現(xiàn)為地震波振幅逐漸減小、地震波的高頻成分逐漸消失。巖石的吸收系數(shù)與巖石性質(zhì)有關(guān)，還和地震波的頻率有關(guān)，松散巖石一般比致密巖石的吸收系數(shù)大；對(duì)某一種巖石在相同的頻率下，吸收系數(shù)為常數(shù)，吸收系數(shù)大小與頻率有關(guān)，地震波頻率越高，巖石的吸收系數(shù)越大。近地表的松散礫石層中，孔隙率高，介質(zhì)密度低，吸收系數(shù)大，地震波在松散礫石層中衰減快。

在陸地進(jìn)行地震勘探，常使用炸藥震源。在松散礫石層覆蓋區(qū)，地震鉆井（成井）困難，或能鉆進(jìn)到預(yù)設(shè)的激發(fā)層位但炸藥下不到預(yù)設(shè)的激發(fā)條件較好的激發(fā)層位。炸藥在松散礫石層中爆炸時(shí)，爆炸能量大部分被松散的巖層所吸收，轉(zhuǎn)化為有效波的彈性能量不大，能量不強(qiáng)的有效波在松散礫石層中傳播時(shí)又快速衰減。增大有效波能量的兩個(gè)途徑：一是增大振幅，如加大藥量，但炸藥量的加大是受一定限制的；二是增大信號(hào)的延續(xù)時(shí)間，但增大信號(hào)的延續(xù)時(shí)間又降低了分辨能力?？傊?，在厚礫石層覆蓋區(qū)使用炸藥震源難以取得比較理想的地震原始資料。

根據(jù)相關(guān)分析原理，使用可控震源向地下輸入一個(gè)延續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)的脈沖信號(hào)，在最后記錄時(shí)把它壓縮成一個(gè)短脈沖，從而既增強(qiáng)了信號(hào)的能量，又不降低分辨能力。在使用炸藥震源不能取得比較理想的地震原始資料時(shí)考慮使用可控震源車組合激發(fā)，以取得在厚礫石層覆蓋區(qū)進(jìn)行煤田高精度三維地震勘探的較好效果。

可控震源的優(yōu)點(diǎn)：①可控震源選擇最適于地層傳播的頻帶作為掃描的頻帶，震源的能量能夠發(fā)揮最大的效果。②可控震源沖擊地面的力量一般為十幾噸，對(duì)巖石的破壞較小，大部分能量用于產(chǎn)生彈性波。③可控震源系統(tǒng)采用了相關(guān)技術(shù)【1】，可避免許多干擾，抗干擾能力強(qiáng)，提高資料信噪比。

1.1 三維地震觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

使用可控震源車組合激發(fā)，可控震源車直行容易，調(diào)頭用時(shí)間多。采用可控震源車進(jìn)行三維地震勘探時(shí)，用多檢波線、多炮線的束狀觀測(cè)系統(tǒng)，按線束施工有利于提高效率。

采用12線12炮規(guī)則束狀觀測(cè)系統(tǒng)，中間放炮，CMP網(wǎng)格為10m×10m，疊加次數(shù)24次（橫向Ny=6，縱向Nx=4），每條線33道接收。

1.2 可控震源參數(shù)

可控震源參數(shù)有掃描頻寬（掃描信號(hào)的起始和終了頻率）、震動(dòng)臺(tái)數(shù)、掃描長(zhǎng)度、振動(dòng)次數(shù)、驅(qū)動(dòng)電平。

適當(dāng)提高掃描信號(hào)的終了頻率有利于提高分辨率，增加震動(dòng)臺(tái)數(shù)、掃描長(zhǎng)度、振動(dòng)次數(shù)、驅(qū)動(dòng)電平幅度有利于增強(qiáng)反射波能量但會(huì)影響分辨率。煤田三維地震勘探區(qū)煤層埋藏不深，一般為幾百米，2臺(tái)可控震源車組合激發(fā)能量足夠，在能量夠強(qiáng)時(shí)盡量減少掃描長(zhǎng)度、振動(dòng)次數(shù)。

按單一因素變化的原則試驗(yàn)了掃描頻寬：20～80Hz 、20～104Hz；掃描長(zhǎng)度：12s、14s；震動(dòng)臺(tái)次：2臺(tái)×6次、2臺(tái)×8次、2臺(tái)×10次、2臺(tái)×12次；驅(qū)動(dòng)電平試驗(yàn)為60%、80%。

確定的可控震源參數(shù)：掃描頻寬20～104Hz，掃描長(zhǎng)度12s，震動(dòng)臺(tái)次2臺(tái)×8次，驅(qū)動(dòng)電平80%。

1.3 數(shù)據(jù)采集、資料處理、解釋

采用確定的可控震源參數(shù)。60Hz檢波器4只（2串2并）點(diǎn)式接收，儀器因素為采樣率1ms、記錄長(zhǎng)度1s、前放增益12dB。檢波器點(diǎn)式接收、較小的時(shí)間采樣率，有利于進(jìn)行高分辨地震勘探。采取做好兩臺(tái)震源車的一致性檢測(cè)工作，并時(shí)刻注意兩臺(tái)震源車的一致性，震源車的震板與地面大面積接觸并藕合良好等技術(shù)措施，取得的原始資料質(zhì)量較好，初至波清晰，目的層反射波清楚。

本區(qū)資料的處理堅(jiān)持“三高（高信噪比、高保真度、高分辨率）”的原則，在保證信噪比的基礎(chǔ)上，提高分辨率。強(qiáng)化疊前處理，重點(diǎn)做好靜校正及全力壓制各種噪聲，做好預(yù)處理、反褶積、精細(xì)速度分析和剩余靜校正、DMO疊加、全三維偏移等工作。獲得的三維數(shù)據(jù)體成像效果較好，構(gòu)造清晰、自然，波組關(guān)系合理，波組特征明顯，反射波連續(xù)性好，信噪比高。主要目的層反射波:7煤層薄，反射波T7能量弱、連續(xù)性差；6煤層較厚，反射波T6能量強(qiáng)、連續(xù)性好；5煤層薄，反射波T5能量弱、連續(xù)性差，1煤缺失時(shí)T5波為5煤和奧陶系灰?guī)r頂界面形成的復(fù)合波；1煤層較厚，反射波T1為1煤和奧陶系灰?guī)r頂界面形成的復(fù)合波，能量強(qiáng)、連續(xù)性好；T1波下面的反射波可能為奧陶系灰?guī)r的未風(fēng)化灰?guī)r的頂界面形成的。見(jiàn)圖1，典型時(shí)間剖面（蔚66孔：7煤厚0.55m、6煤厚2.73m、5煤厚0.55m、1煤厚3.27m，1煤底至O1頂2.47m、5煤底至1煤底31.95 m、6煤底至5煤底25.58 m、7煤底至6煤底25.74 m）。

對(duì)三維數(shù)據(jù)體進(jìn)行了綜合精細(xì)解釋（圖2～4)。

圖1 典型時(shí)間剖面Fig.1 Typical time section

圖2 5煤缺失的顯示Fig.2 No.5 coal bed lacunae

2 結(jié)論

根據(jù)單侯井田第四系松散礫石層的淺層地震地質(zhì)條件，使用2臺(tái)可控震源車組合激發(fā)，根據(jù)可控震源施工的特點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選擇可控震源參數(shù)，進(jìn)行針對(duì)性數(shù)據(jù)處理和資料解釋，獲得的三維數(shù)據(jù)體成像效果較好，波組關(guān)系合理，波組特征明顯，反射波連續(xù)性好，信噪比高，斷層的斷點(diǎn)清晰、自然，煤層缺失區(qū)反射波特征明顯、褶曲（向斜、背斜）顯示明顯。礫石層覆蓋區(qū)煤田高精度三維地震勘探技術(shù)在本區(qū)的應(yīng)用獲得了較好勘探效果。

圖3 18-8孔東背斜的顯示Fig.3 Eastern anticline of No. 18-8 bore

圖4 小斷層（逆斷層）的顯示Fig.4 Reverse fault

文章寫作過(guò)程中還參考了陸基孟的《地震勘探原理》（東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2006）；陳紅恩，韓愛(ài)英，朱紅，成潤(rùn)根等，開灤（集團(tuán))蔚州礦業(yè)有限責(zé)任公司單侯礦井首采區(qū)西南翼（Ⅰ塊）高分辨率三維地震及瞬變電磁勘探報(bào)告（地震部分，河北邯鄲：中國(guó)煤炭地質(zhì)總局水文物測(cè)隊(duì)，2008，內(nèi)部文獻(xiàn)）。

1董敏煜. 地震信號(hào)分析[M]. 東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，1990

APPLICATION OF GRAVEL LAYER COVERING AREA COALFIELD 3D SEISMIC EXPLORATION TECHNIQUE
IN ZHANGJIAKOU YUXIAN DANHOU MINE

Chen Hongen

Hydrogeological Prospecting and Surveying Team，CNACG，Handan，Hebei ，056001，China

Three-dimensional seismic exploration in Zhangjiakou Yuxian Danhou mine as an example， using vibroseis combination of excitation of 3D seismic exploration in loose covering area of thick gravel，gained a higher quality of the original data. Seismic data by the fine processing and 3D multi attribute geological interpretation， fault clear breakpoint， natural， the coal seam missing area of reflection wave characteristics，fold （ anticline syncline) showing obvious . using dynamite source can not obtain better geological results in loose covering area of thick gravel，using vibroseis combination of excitation obtained better geological results.

gravel layer covering area，3D seismic，vibroseis

P631.4

A

1006–5296（2011）03–0189–04

陳紅恩（1966～），男，地球物理探專業(yè)，高級(jí)工程師

2011-03-12；改回日期：2011-07-26