三維地震勘探技術(shù)在鄂爾多斯盆地煤田勘探中的應(yīng)用實(shí)例

李元杰

（中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西西安710077）

三維地震勘探技術(shù)在鄂爾多斯盆地煤田勘探中的應(yīng)用實(shí)例

李元杰*

（中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西西安710077）

隨著科技的進(jìn)步，三維地震勘探技術(shù)在煤田勘探中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。三維地震勘探技術(shù)在探測(cè)煤礦采區(qū)構(gòu)造和其它地質(zhì)異常方面取了較大的進(jìn)步，以三維地震勘探技術(shù)在鄂爾多斯盆地煤田勘探中的應(yīng)用為例，說(shuō)明三維地震勘探技術(shù)對(duì)于煤礦采區(qū)工作面的合理布置和煤礦的安全生產(chǎn)都有著重大的意義。

三維地震勘探技術(shù)；煤礦；斷層；構(gòu)造

1 概況

1.1 地質(zhì)任務(wù)

根據(jù)勘探要求，某煤礦三維地震勘探的任務(wù)如下：

（1）查明區(qū)內(nèi)各可采煤層（3-1、4-1、5-1、5-2、6-1、6-2煤層）賦存形態(tài)，深度誤差不大于1%；

（2）查明區(qū)內(nèi)落差5m以上的斷層，平面擺動(dòng)范圍小于15m，解釋區(qū)內(nèi)落差3m以上的斷層；

（3）查明區(qū)內(nèi)各煤層直徑大于20m的陷落柱、沖刷帶等地質(zhì)異常體，平面擺動(dòng)范圍小于15m；

（4）研究各煤層無(wú)煤區(qū)、薄煤帶及厚度變化情況；

（5）解釋各可采煤層（3-1、4-1、5-1、5-2、6-1、6-2煤層）厚度變化趨勢(shì)。

1.2 地質(zhì)概況

東勝煤田地層劃分屬于華北地層區(qū)鄂爾多斯分區(qū)，具體位置處于高頭窯小區(qū)、烏審旗小區(qū)和準(zhǔn)格爾—臨縣小區(qū)的交界地帶。對(duì)于東勝煤田乃至整個(gè)鄂爾多斯盆地，無(wú)論是從盆地成因還是盆地現(xiàn)存狀態(tài)來(lái)說(shuō)，三疊系上統(tǒng)延長(zhǎng)組(T3y)是侏羅紀(jì)聚煤盆地和含煤地層的沉積基底。在此之上，還沉積了侏羅系、白堊系、第三系上新統(tǒng)和第四系更新統(tǒng)、全新統(tǒng)地層。

井田位于東勝煤田的南緣，為一幾乎全部覆蓋的隱伏井田。據(jù)地質(zhì)填圖及鉆探成果對(duì)比分析，區(qū)內(nèi)地層由老至新發(fā)育有：三疊系上統(tǒng)延長(zhǎng)組(T3y)、侏羅系中統(tǒng)延安組(J2y)、直羅組(J2z)、安定組(J2a)、白堊系下統(tǒng)志丹群(K1ZH)、第三系上新統(tǒng)、第四系(Q)。

1.3 地震地質(zhì)條件

（1）表層地震地質(zhì)條件。勘探區(qū)屬侵蝕性丘陵地貌特征，第四系廣泛分布，第三系基巖出露在勘探區(qū)的西部。地形總體趨勢(shì)是北高南低，東高西低，地形較為簡(jiǎn)單。區(qū)內(nèi)水塘、大片苗圃、農(nóng)田及村民居點(diǎn)較多，工業(yè)廣場(chǎng)也在區(qū)內(nèi)，這些都給施工帶來(lái)很大的困難。所以本區(qū)表層地震地質(zhì)條件一般。

（2）淺層地震地質(zhì)條件。區(qū)內(nèi)沙層之下為第三系棕紅色粘土，形成一層較好的隔水層，潛水面一般在1～10m。激發(fā)層位一般選在潛水面以下3～5m激發(fā)，潛水面較深時(shí)則選在紅色粘土內(nèi)1～2m處激發(fā)，在致密層中激發(fā)，均能能獲得較理想的記錄。但是地表基本被第四系松散風(fēng)積沙所覆蓋，沙層對(duì)地震波吸收衰減比較嚴(yán)重，會(huì)一定程度影響地震勘探的分辨率。所以本區(qū)淺層地震地質(zhì)條件一般。

（3）中、深層地震地質(zhì)條件。根據(jù)井田內(nèi)鉆孔資料可知，含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組，圍巖與煤層速度、密度差異明顯，能夠產(chǎn)生能量較強(qiáng)的煤層反射波。區(qū)內(nèi)煤系地層埋藏適中，一般在400～550m，且煤層賦存較穩(wěn)定、煤層產(chǎn)狀變化不大，有利于地震勘探，加之煤層層數(shù)多，對(duì)斷層視傾角解釋較為有利。但是局部煤層間距小，容易形成復(fù)合反射波，且上組煤對(duì)下伏煤層有屏蔽作用，給下伏煤層的地震資料解釋增加了難度。所以本區(qū)中、深層地震地質(zhì)條件較好。

綜合分析認(rèn)為本區(qū)屬地震地質(zhì)條件較好。

2 野外數(shù)據(jù)采集

本次三維地震野外施工采用規(guī)則10線8炮三維束狀觀測(cè)系統(tǒng)，以束為單位施工，自南向北按序編號(hào)，依次為第1束、第2束……，每束與上一束重合5條接收線。每束內(nèi)有測(cè)線10條，線距40m，道距10m。三維地震的地下CDP面元為5m×10m，滿覆蓋次數(shù)為24次。根據(jù)線束方向盡量垂直地層走向和主要構(gòu)造走向的原則，結(jié)合區(qū)內(nèi)地形、障礙物分布等具體情況，選擇線束呈北東向布置。

觀測(cè)系統(tǒng)的確定主要考慮了勘探區(qū)地形條件、目的層賦存狀態(tài)、構(gòu)造發(fā)育程度、反射波的發(fā)育情況以及儀器設(shè)備等因素，綜合分析鄰區(qū)前期地震勘探觀測(cè)系統(tǒng)、采集參數(shù)、室內(nèi)技術(shù)論證及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況，確定了10線8炮制束狀規(guī)則觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行施工。

（1）觀測(cè)系統(tǒng)主要參數(shù)：束狀、10線8炮制、中點(diǎn)激發(fā)；接收線數(shù)：10條(每條108道接收)；總接收道數(shù)：10× 108=1080道；接收線距：40m；接收道距：10m；激發(fā)炮線距：90m；激發(fā)炮點(diǎn)距：20m；縱向最小炮檢距：10m；縱向最大炮檢距：540m；橫向最小非縱距：10m；橫向最大非縱距：310m；最小炮檢距：10m；最大炮檢距：623m；CDP網(wǎng)格：5m(縱向)×10m(橫向)；覆蓋次數(shù)：6次(縱向)×4次(橫向)=24次；束距：200m。

（2）儀器因素。采用加拿大產(chǎn)Aries數(shù)字地震儀，采樣間隔：1.0ms，記錄長(zhǎng)度：2.0s，記錄格式：SEG-Y，前放增益：24dB，高、低截頻：全通。采用3個(gè)60Hz檢波器串聯(lián)組合接收，將檢波器挖坑埋置，插準(zhǔn)、插直、插牢。

（3）激發(fā)因素。施工采用沙鉆、電鉆及洛陽(yáng)鏟進(jìn)行成孔，激發(fā)參數(shù)如下：

①覆蓋區(qū)：成孔至風(fēng)化基巖層中1～2m或基巖面上激發(fā)，激發(fā)藥量1.5kg。

②覆蓋區(qū)：成孔至潛水位以下3～5m激發(fā)，一般井深為4～6m，激發(fā)藥量1.0kg。

③基巖出露區(qū)：成孔井深3m激發(fā)，激發(fā)藥量1.0kg。

（4）針對(duì)區(qū)內(nèi)工業(yè)廣場(chǎng)面積比較大，無(wú)法進(jìn)行正常施工。采取了特殊觀測(cè)系統(tǒng)，在施工中將廣場(chǎng)內(nèi)的炮點(diǎn)移至廣場(chǎng)外，實(shí)測(cè)工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)的檢波點(diǎn)坐標(biāo)，使得工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)盡量不丟道。通過(guò)增加炮點(diǎn)和加大接收排列的技術(shù)方案，確保理論覆蓋次數(shù)達(dá)到技術(shù)要求。

3 數(shù)據(jù)處理與解釋

(1)數(shù)據(jù)處理：

①由于地表高程及地表低（降）速帶厚度、速度的橫向變化使得地震波旅行時(shí)差會(huì)對(duì)信號(hào)的疊加效果產(chǎn)生一定的不利影響，致使反射波同相軸信噪比下降、頻率降低。采用初至折射靜校正技術(shù)消除較大的地表起伏引起的炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)高程差異引起時(shí)差，確保疊加剖面的質(zhì)量。

②振幅恢復(fù)是疊前處理中較為關(guān)鍵的一步，其目的是補(bǔ)償球面擴(kuò)散、吸收衰減及透射損失等因素引起的深層與淺層及遠(yuǎn)道與近道能量的差異。由于大地濾波的作用，地震波在傳播過(guò)程中能量衰減很多，尤其高頻成份損失嚴(yán)重，另外震源能量差異、檢波器藕合差異也會(huì)對(duì)有效波振幅產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致接收到的振幅不能真實(shí)地反映地下介質(zhì)的動(dòng)力學(xué)特征及相互差異。在本次處理中采用球面擴(kuò)散補(bǔ)償、吸收補(bǔ)償及地表一致性振幅補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)對(duì)振幅進(jìn)行了處理，

③反褶積處理是提高分辨率主要手段之一。反褶積測(cè)試包括反褶積處理方法和處理參數(shù)2方面。本區(qū)主要進(jìn)行了3種反褶積方法測(cè)試，即子波整形反褶積、地表一致性預(yù)測(cè)反褶積及地表一致性脈沖反褶積。由于地表一致性預(yù)測(cè)反褶積可以很好地壓制短程多次波，地表一致性脈沖反褶積可以很好地提高數(shù)據(jù)分辨率，拓寬頻帶。因此，在疊前選用地表一致性預(yù)測(cè)反褶積與地表一致性脈沖反褶積結(jié)合的串聯(lián)反褶積方法。

④在三維疊加處理中通常有常規(guī)疊加和DMO疊加兩種方式。對(duì)于地層傾角較大、構(gòu)造復(fù)雜的區(qū)域應(yīng)進(jìn)行DMO疊加。本區(qū)地層平緩傾角較?。ㄒ话阈∮?°），因此選用常規(guī)疊加方式。

⑤三維偏移的主要目的是消除地下傾斜界面對(duì)反射波的影響，使之成像歸位到真實(shí)的反射界面位置上去，從而正確地反應(yīng)地下形態(tài)和構(gòu)造變化情況。采用F-X-Y域三維隨機(jī)噪聲衰減技術(shù)將隨機(jī)噪聲分離出來(lái)，進(jìn)一步提高資料的信噪比。

(2)數(shù)據(jù)解釋：本次三維地震資料使用全三維解釋系統(tǒng)進(jìn)行解釋，采用工作站解釋和人工解釋相結(jié)合，時(shí)間剖面、水平切片、面塊切片解釋相結(jié)合的思路和流程進(jìn)行解釋。

充分利用現(xiàn)有的地質(zhì)資料，從聯(lián)井剖面出發(fā)，通過(guò)人工對(duì)比解釋明確各個(gè)反射波所對(duì)應(yīng)的地質(zhì)信息，在確定好空間關(guān)系后，利用工作站的自動(dòng)追蹤拾取功能，由粗網(wǎng)格到細(xì)網(wǎng)格逐步加密解釋。首先用人工解釋的粗網(wǎng)格建立區(qū)內(nèi)主體構(gòu)造框架，確定較大斷層，再利用人機(jī)聯(lián)作方式進(jìn)行細(xì)網(wǎng)格追蹤對(duì)比，進(jìn)一步核查構(gòu)造方案解釋的合理性，解釋局部小斷層和細(xì)微構(gòu)造，最后確定構(gòu)造方案。

人機(jī)交互輔助解釋系統(tǒng)可以隨時(shí)使用三維數(shù)據(jù)體，靈活地顯示垂直剖面、水平切片、層拉平切片顯示圖（圖1），并通過(guò)不同位置上三維立體透視圖的顯示，掌握構(gòu)造在空間上的變化規(guī)律；還可以通過(guò)逐步放大圖來(lái)了解構(gòu)造變化的細(xì)節(jié)，從而建立起最終構(gòu)造解釋方案的空間立體概念。

4 地震地質(zhì)效果

三維地震勘探查明了主要煤層的賦存形態(tài)、構(gòu)造發(fā)育情況及區(qū)內(nèi)落差大于3m斷層有13條，并對(duì)斷層性質(zhì)、產(chǎn)狀、延伸方向進(jìn)行了定性；對(duì)煤層厚度變化趨勢(shì)、無(wú)煤區(qū)、煤層變薄帶、煤層分叉合并范圍、陷落柱進(jìn)行了分析。

P631.4

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1004-5716(2015)08-0113-03

2014-12-23

李元杰（1981-），男（漢族），山東泰安人，工程師，現(xiàn)從事煤礦采區(qū)地震勘探研究和應(yīng)用工作。