三維地震勘探方法在某煤礦區(qū)中的應(yīng)用

井然 方嘯 郭磊

摘 要：煤礦采區(qū)中三維地震勘探方法通過(guò)探明井田的淺層地震地質(zhì)條件和深層地震地質(zhì)條件，進(jìn)而查明井田勘探區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)和特征，地層產(chǎn)狀及其變化情況，三維地震勘探方法對(duì)地層重要構(gòu)造斷裂和褶曲等有較好的反映，對(duì)井田采區(qū)前期開(kāi)采、巷道布置、煤礦儲(chǔ)量計(jì)算有著重要意義。以實(shí)例簡(jiǎn)要介紹三維地震勘探在某煤礦中的應(yīng)用，通過(guò)一系列良好的前期試驗(yàn)準(zhǔn)備工作、嚴(yán)格的施工標(biāo)準(zhǔn)和要求、保真求實(shí)的資料處理手段以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)馁Y料解釋流程來(lái)解決煤礦開(kāi)采過(guò)程中所遇到的斷層、褶曲等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：三維地震勘探 斷層 褶曲 煤礦開(kāi)采

中圖分類(lèi)號(hào)：P631 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（b）-0095-02

勘探區(qū)位于陰山余脈南支與洪壽山脈兩大山系所夾的山間谷底中，沖溝發(fā)育，地形支離破碎，傾斜臺(tái)地呈環(huán)狀或瓏狀，傾向于十里河床，地勢(shì)東高西低最大相對(duì)高差184.20 m。

1 地質(zhì)任務(wù)

（1）探明井田首采區(qū)的淺層地震地質(zhì)條件和深層地震地質(zhì)條件，查明井田勘探區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)和特征，地層產(chǎn)狀及其變化情況。

（2）查明勘探區(qū)內(nèi)主要煤層落差大于8m的斷層。

（3）查明勘探區(qū)內(nèi)主要煤層直徑大于30m的陷落柱。

（4）查明勘探區(qū)內(nèi)規(guī)模大于30m的煤層中的火成巖侵入體。

（5）提交勘探區(qū)主要可采煤層底板等高線(xiàn)圖，深度標(biāo)高誤差不大于1.5%.

（6）查明可采煤層層位，探測(cè)可采煤層的連續(xù)性，解釋先期采區(qū)內(nèi)主要可采煤層厚度變化趨勢(shì)。

2 地球物理特征

勘探區(qū)地貌為低山丘陵地形，為黃土丘陵地貌，地形起伏不大，沖溝發(fā)育。個(gè)別地段存在廠礦、村莊等障礙物，對(duì)野外采集造成不利影響。淺層基本為較薄的土壤、黃土層、河流沖積層或者為砂、泥巖，激發(fā)條件較差。個(gè)別地段礫石層發(fā)育，成孔激發(fā)比較困難。所以表、淺層地震地質(zhì)條件較復(fù)雜。

本區(qū)勘探主要目的層為5號(hào)煤層、8號(hào)煤層，分別對(duì)應(yīng)地震反射波T5波、T8波。

T5波：對(duì)應(yīng)的5號(hào)煤層為太原組最厚一層煤，賦存條件較好，屬穩(wěn)定煤層，煤層厚度7.15～12.72 m，平均11.09 m。煤層與圍巖波阻抗差異明顯，煤層頂、底板巖性主要為泥巖、砂巖，與煤層的物性差異較大，有利于得到較好的反射波，T5波可以全區(qū)連續(xù)可靠追蹤。

T8波：產(chǎn)生于8號(hào)煤層，8號(hào)煤層為太原組底部的一層局部可采煤層，上距5號(hào)煤層27.10～36.87 m，平均29.21 m，下距K2標(biāo)志層9.27～17.75 m，平均12.22 m，含0～1層夾矸，夾矸巖性一般為泥巖。煤層厚0～2.32 m，平均0.79 m。屬局部賦存不穩(wěn)定不可采煤層。局部8號(hào)煤層與圍巖波阻抗差異明顯，可產(chǎn)生較好的反射波。

3 試驗(yàn)工作

為了取得最佳激發(fā)、接收參數(shù)，根據(jù)測(cè)區(qū)地質(zhì)情況，考慮全區(qū)表淺層地震地質(zhì)條件，點(diǎn)試驗(yàn)在全區(qū)特點(diǎn)布置，對(duì)所取得的試驗(yàn)資料使用KLSeis定量分析，各種試驗(yàn)記錄綜合對(duì)比，從能量、信噪比、分辨率、有效波受干擾程度及經(jīng)濟(jì)效益綜合考慮，取得最優(yōu)參數(shù)：井深：由于土層厚度不均，激發(fā)層位變化較大，因此在不同地區(qū)采用不同的激發(fā)井深：全區(qū)激發(fā)井深以基巖為最佳，若黃土層較厚則選擇在紅粘土層中激發(fā)（區(qū)內(nèi)紅粘土一般分布在12 m左右）；黃土層厚且未見(jiàn)紅粘土層時(shí)原則上井深不低于15 m；溝底礫石層盡量變觀移孔，否則采取井深2～3 m、三井組合激發(fā)。

藥量：黃土層3 kg、紅粘土層2 kg、溝底礫石層1～1.5 kg、三井組合。高速固體成型炸藥TNT。

4 觀測(cè)系統(tǒng)選擇

基本垂直地層走向布置測(cè)線(xiàn)，觀測(cè)系統(tǒng)選擇八線(xiàn)八炮束狀觀測(cè)測(cè)系統(tǒng)，檢波器采用100道（10 m道距）對(duì)稱(chēng)中間放炮，激發(fā)能量較為集中，覆蓋次數(shù)為20次。

4.1 采集方法

根據(jù)地質(zhì)任務(wù)要求及試驗(yàn)結(jié)論，針對(duì)地震地質(zhì)條件特點(diǎn)，測(cè)線(xiàn)基本垂直地層走向布設(shè)，采用常規(guī)束狀八線(xiàn)八炮制觀測(cè)系統(tǒng)，在保證滿(mǎn)覆蓋次數(shù)均勻分布的同時(shí)，又能獲得高信噪比及分辨率的資料。

對(duì)影響覆蓋次數(shù)的地段，采用恢復(fù)性放炮、加密炮孔等技術(shù)措施予以彌補(bǔ)。

4.2 施工主要參數(shù)

原始資料記錄質(zhì)量依照部頒《煤田煤層氣地震勘探規(guī)范》（MT/T897-2000）進(jìn)行評(píng)定驗(yàn)收，滿(mǎn)足《煤田煤層氣地震勘探規(guī)范》及合同要求，質(zhì)量良好。

5 資料處理主要技術(shù)措施步驟

5.1 主要處理技術(shù)措施

主要包括：（1）三維數(shù)據(jù)空間屬性定義；（2）真振幅恢復(fù)；（3）道編輯；（4）高通濾波；（5）野外靜校正；（6）反褶積；（7）速度分析；（8）自動(dòng)剩余靜校正；（9）DMO疊加；（10）隨機(jī)噪音衰減。

本次資料處理采用先進(jìn)的處理軟件，本著“高分辨率、高保真度、高信噪比”的原則，經(jīng)過(guò)精細(xì)處理后的資料在運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩個(gè)方面都取得了滿(mǎn)意的結(jié)果，最終取得了網(wǎng)格密度為5 m×5 m×1.0 ms的高精度三維數(shù)據(jù)體。

5.2 處理成果質(zhì)量評(píng)價(jià)

5.2.1 覆蓋次數(shù)比較均勻

勘探區(qū)內(nèi)大部分塊段能達(dá)到設(shè)計(jì)要求覆蓋次數(shù)，個(gè)別塊段由于受村莊、澮河的影響，覆蓋次數(shù)相對(duì)減少，但通過(guò)利用變觀等手段進(jìn)行了有效彌補(bǔ)，區(qū)內(nèi)無(wú)空白帶。

5.2.2 時(shí)間剖面質(zhì)量高

該區(qū)資料處理分析詳細(xì)、全面，測(cè)試充分，選擇的處理流程和處理參數(shù)比較合理，最終獲得的偏移時(shí)間剖面整體品質(zhì)較好。該區(qū)按40 m×80 m網(wǎng)度進(jìn)行時(shí)間剖面質(zhì)量評(píng)級(jí)，質(zhì)量評(píng)級(jí)按國(guó)家煤炭工業(yè)局《煤炭煤層氣地震勘探規(guī)范》（MT/T897-2000）進(jìn)行評(píng)定，其標(biāo)準(zhǔn)為：

Ⅰ類(lèi)剖面：目的層齊全，同相軸連續(xù)性好，信噪比高，構(gòu)造現(xiàn)象清楚，真實(shí)地反映了測(cè)線(xiàn)上的地質(zhì)情況。

Ⅱ類(lèi)剖面：凡達(dá)不到Ⅰ類(lèi)，又不是Ⅲ類(lèi)剖面者。

Ⅲ類(lèi)剖面：剖面信噪比低，主要目的層未顯示出來(lái)，構(gòu)造現(xiàn)象不清楚。

全區(qū)時(shí)間剖面總計(jì)316.08 km，按上述標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)結(jié)果如下：

Ⅰ類(lèi)剖面：197.64 km，占62.53%

Ⅱ類(lèi)剖面：82.56 km， 占26.12%

Ⅲ類(lèi)剖面：35.88 km， 占11.35%

Ⅰ+Ⅱ類(lèi)剖面：280.20 km，占88.65%

5.2.3 時(shí)間剖面信噪比、分辨率高，空間歸位準(zhǔn)確

時(shí)間剖面整體質(zhì)量良好，反射波組分辨率、信噪比高，深淺層次分明，構(gòu)造現(xiàn)象明顯，空間歸位準(zhǔn)確，小斷點(diǎn)清晰。

資料能真實(shí)地反映地下地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)，能夠滿(mǎn)足本次三維地震勘探解釋要求。

6 資料解釋方法和步驟

6.1 搜集用于解釋的基礎(chǔ)資料

偏移后的三維地震數(shù)據(jù)體、方差體處理數(shù)據(jù)體、相關(guān)地質(zhì)資料。

6.2 確定地震地質(zhì)層位

利用甲方提供的地形地質(zhì)圖與5、8號(hào)煤層底板等高線(xiàn)圖計(jì)算出5、8號(hào)煤層埋深，利用疊加速度估算時(shí)深轉(zhuǎn)換速度推算出T5、T8波在時(shí)間剖面上的對(duì)應(yīng)時(shí)間，以此標(biāo)定主要反射波對(duì)應(yīng)的地質(zhì)層位。

6.3 標(biāo)準(zhǔn)反射波的選擇

將時(shí)間剖面上能量強(qiáng)、信噪比高、連續(xù)性好、地震地質(zhì)層位明確的反射波定為標(biāo)準(zhǔn)反射波，它是地震地質(zhì)解釋的主要依據(jù)。本區(qū)T5、T8波可作為標(biāo)準(zhǔn)反射波。

6.4 地質(zhì)資料解釋

充分運(yùn)用方差體異常特征，首先進(jìn)行全區(qū)方差體分析，獲得反映全區(qū)構(gòu)造異常平面分布，建立測(cè)區(qū)構(gòu)造框架。

在三維地震時(shí)間剖面上層位標(biāo)定后，根據(jù)時(shí)間剖面上有效波的同相軸、波形波組特征、振幅強(qiáng)度、時(shí)差等，充分利用解釋系統(tǒng)的局部放大及顯示功能，對(duì)資料進(jìn)行反復(fù)多次對(duì)比。在正確識(shí)別上述地震波的基礎(chǔ)上，應(yīng)用波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，按20 m×20 m網(wǎng)格，進(jìn)行相位對(duì)比和波組波系對(duì)比，局部復(fù)雜塊斷網(wǎng)格加密到10 m×10 m。

在終端屏幕上把斷層兩側(cè)的波形放大，以便細(xì)致地研究斷層的性質(zhì)和斷距。垂直剖面和水平切片相結(jié)合參考解釋?zhuān)谒角衅痛怪逼拭嫔弦詮?qiáng)振幅的錯(cuò)斷、扭曲、突然中斷來(lái)判別斷層；任意切割時(shí)間剖面，可以檢查相位追蹤和斷面閉合關(guān)系；利用方差體剖面和水平切片判別斷層及其空間展布和其它異常體的存在；利用三維可視化，幫助確定煤系地層的整體形態(tài)，利用振幅投影了解煤層變化情況；同時(shí)輔助地震時(shí)間剖面進(jìn)行層位判定及構(gòu)造特征研究。

6.5 速度標(biāo)定

地震波在地下沿路徑的傳播速度是地震資料解釋中至關(guān)重要的參數(shù)，速度選擇正確與否，直接影響到地震地質(zhì)成果的精度。采集的原始資料煤層反射波對(duì)應(yīng)時(shí)間是自地表至煤層的雙程時(shí)間，而資料處理時(shí)將時(shí)間值通過(guò)增加填充層（填充層速度2500 ms）校正到統(tǒng)一基準(zhǔn)面（1420 m），所以在速度標(biāo)定時(shí)必須將處理中進(jìn)行高程校正的填充時(shí)間減去，才能求取正確的標(biāo)定速度。

7 地質(zhì)成果分析

煤系地層在勘探區(qū)東部比較平緩，傾角在1°～9°。西部煤層構(gòu)造復(fù)雜，煤系地層產(chǎn)狀變化大，傾角在1°～15°左右?？碧絽^(qū)東部發(fā)育一個(gè)軸部東西走向?qū)捑彵承盨1，兩翼傾角3°～9°，西部北西向向斜軸部斷裂構(gòu)造發(fā)育，兩翼產(chǎn)狀受斷層影響，變化較大。

地震成果資料共解釋斷點(diǎn)799個(gè)，其中A級(jí)斷點(diǎn)435個(gè)，B級(jí)斷點(diǎn)215個(gè)，C級(jí)斷點(diǎn)149個(gè)，共組合斷層57條，其中保留修改斷層1條（原來(lái)的DFC1），新發(fā)現(xiàn)斷層56條。按斷層性質(zhì)分類(lèi)，其中正斷層56條，逆斷層1條。按落差分類(lèi)，0～8m斷層18條，8～20m斷層19條，20～50m斷層16條，大于50m斷層4條。按可靠程度分，可靠斷層49條，較可靠斷層8條。另外解釋0～5m斷層10條，不參與評(píng)價(jià)。

8 結(jié)語(yǔ)

本次三維地震勘探施工設(shè)計(jì)合理，野外施工規(guī)范，試驗(yàn)工作充分，技術(shù)措施得當(dāng)，質(zhì)量管理嚴(yán)格，原始資料真實(shí)可靠。處理工作針對(duì)該區(qū)實(shí)際情況，采用了野外靜校正、二次剩余靜校正和三次速度分析，DMO之前進(jìn)行了能量調(diào)整等一系列措施，較好的解決了由于野外采集條件及煤層實(shí)際地質(zhì)條件影響而造成的一系列問(wèn)題。使用Geoframe軟件進(jìn)行全三維資料解釋?zhuān)ㄟ^(guò)做方差體切片了解全區(qū)構(gòu)造特點(diǎn)，確定測(cè)區(qū)構(gòu)造方案，再利用垂直時(shí)間剖面結(jié)合水平時(shí)間切片、三維可視化等按一定網(wǎng)格由疏到密進(jìn)行反復(fù)解釋?zhuān)麄€(gè)流程方法正確，工作細(xì)致，成果可信。

參考文獻(xiàn)

[1]陸基孟.地震勘探原理[M].北京：中國(guó)石油大學(xué)出版社，1993.

[2]張愛(ài)敏.采區(qū)高三分辨率三維地震勘探[M].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1997.

[3]王磊，何偉.煤礦采區(qū)三維地震勘探技術(shù)的回顧和展望[J].勘查科學(xué)技術(shù)，2003（6）：61-64.

[4]王振東：淺層地震勘探應(yīng)用技術(shù)[M].北京：地質(zhì)出版社，1988.