沙漠戈壁地區(qū)三維地震勘探方法

楊志國，高啟明

（安徽省煤田地質(zhì)局物探測量隊，安徽宿州234000）

沙漠戈壁地區(qū)三維地震勘探方法

楊志國*，高啟明

（安徽省煤田地質(zhì)局物探測量隊，安徽宿州234000）

戈壁沙漠地區(qū)的三維地震勘探越來越引起人們重視，介紹了野外采集方法，施工難度及解決措施。在資料處理上，采用野外靜校正和偏移技術(shù)，在解釋上，工作站交互解釋系統(tǒng)，人機聯(lián)動，使處理更加靈活。速度分析、構(gòu)造解釋、褶曲解釋使解釋愈發(fā)精確。

三維地震勘探；野外靜校正；偏移技術(shù)；構(gòu)造解釋

我國沙漠主要分布在賀蘭山—烏鞘嶺以西的廣大地區(qū)，面積52×104km2。我國戈壁廣泛分布于溫都爾廟—百靈廟—鄂托克旗—鹽池一線以西北的廣大荒漠、半荒漠平地，總面積約45×104km2。隨著西部大開發(fā)，越來越多的地質(zhì)隊伍開進了沙漠戈壁，探尋石油和煤炭，沙漠戈壁地區(qū)三維地震勘探被廣泛應用。

1 地質(zhì)地形

哈密是新疆自治區(qū)的國有重點煤礦區(qū)。蘭新鐵路通過礦區(qū)南側(cè)，礦區(qū)專用鐵路線與之相聯(lián)；公路有國道相通。礦區(qū)位于天山褶皺帶的南緣哈密盆地的西北邊緣，礦區(qū)東西長43.2km，南北寬24.3km，面積1050km2，礦區(qū)距烏魯木齊市500余公里，交通方便。本區(qū)地表為戈壁地貌，無居民點。區(qū)內(nèi)地勢北高南低、西高東低。由于區(qū)內(nèi)含有厚度不均的風化石，對地震波的高頻信息有明顯吸收作用，激發(fā)效果差，成孔困難。因此，表淺層地震地質(zhì)條件較為復雜。本區(qū)含煤地層為中下侏羅系地層，勘探的主要目的層2、4煤層賦存條件較好，煤層與圍巖波阻抗差異明顯，煤層之間間距適中,能夠形成2組反射波，易分辨。煤層頂、底板巖性主泥巖、砂巖，與煤層的物性差異較大，有利于得到較好的反射波，因此具有良好的中深部地震地質(zhì)條件。

2 資料采集方法

觀測系統(tǒng)的設(shè)計必須綜合考慮地質(zhì)任務(wù)、地形及諸多地下因素，充分利用高密度采集的面積接收技術(shù)和炮、檢點網(wǎng)格的靈活組合，獲得分布均勻的地下數(shù)據(jù)點網(wǎng)格及所要求的覆蓋次數(shù)，以保證較高的信噪比和分辨率。

觀測系統(tǒng)及采集參數(shù)：

觀測系統(tǒng)：

二維觀測系統(tǒng)：24次疊加；

接收道數(shù)96道，道距10m，炮距20m，偏移距5m。

三維觀測系統(tǒng)：24次（橫4縱6）；

觀測系統(tǒng)類型:規(guī)則束狀8線14炮中間激發(fā)。

接收道數(shù)：60×8=480道；

接收線數(shù)：8條；

接收道距：20m；

井深：6m；

藥量：3kg。

本區(qū)野外采集的難處是地下水位較淺，埋置炸藥時雷管受潮，影響爆炸，許多炮放不響，丟炮率較高，野外施工人員集思廣益，反復試驗，最后在雷管外面裹上避孕套，起到了很好的密封作用，終于解決了這個難題。

3 資料處理

本區(qū)三維地震數(shù)據(jù)處理工作是在涿州市深達計算機技術(shù)服務(wù)部進行的，利用sun brade2000工作站，采用法國CGG公司的Geovecteur Plus 2100和GREEN MOUNTAIN等專用地震處理軟件進行處理。

3.1 資料處理的主要技術(shù)措施

（1）野外靜校正。本區(qū)地處戈壁地區(qū)，地表地形較為復雜，地表高差較大，高程變化范圍990～1180m，故野外靜校正是本區(qū)地震資料處理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于地表高程及地表低（降）速帶厚度、速度存在橫向變化使得由此產(chǎn)生的地震波旅行時差會對信號的疊加效果產(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。應用合適的靜校正方法和參數(shù)，可以消除這種時差，確保疊加剖面的質(zhì)量。本區(qū)雖然高差不大，但靜校正問題嚴重，折射靜校正效果十分明顯。

針對檢波點高程及激發(fā)井深的變化，我們選定靜校正基準面高程為1120m，替換速度為2000m/s。

（2）隨機噪音衰減。為了提高疊加剖面信噪比，增強疊加剖面的連續(xù)性保證疊加剖面質(zhì)量和歸位效果，我們采用FX域隨機噪音衰減模塊，對預測道數(shù)和回加百分比進行了試驗，選取最佳的參數(shù)，保證了該模塊的處理效果。

（3）偏移。偏移采用三維一步法有限差分偏移，是目前國際上通用的先進偏移技術(shù)方法。偏移所采用的速度是對DMO速度進行平滑并適當降低不同百分比，通過觀察斷點，地質(zhì)構(gòu)造特征是否合理得當進行調(diào)整，本次速度采用100%效果較好。

3.2 處理效果分析

本次處理疊前采用了野外靜校正、地表一致性反褶積、常速掃描，最大限度地提高了資料的分辨率，剖面質(zhì)量有了較大的提高。這主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）去噪方法、參數(shù)選取適當，疊前采用高通濾波使得面波得到較好壓制，疊后又采用隨機噪音衰減，提高了剖面的信噪比，能清楚地呈現(xiàn)出主要反射層的成像效果。

（2）疊前采用了地表一致性反褶積技術(shù)，使剖面低頻干擾得到較好壓制，高頻信號得到補償，頻帶得到展寬。處理的剖面分辨率高，層次清楚。

（3）最終處理的剖面歸位準確，目的層連續(xù)性較好，達到了“三高”處理目的。

4 資料解釋措施和特殊方法

三維地震勘探是一種面積地震勘探，高密度的采集和高精度的處理，提供了精細的三維數(shù)據(jù)體資料，利用該數(shù)據(jù)體可以提取各種剖面圖、平面圖和立體圖像，以滿足解釋工作的需要。

解釋流程以工作站解釋為主，人工解釋為輔。把技術(shù)人員對井田和測區(qū)構(gòu)造規(guī)律的認識及解釋經(jīng)驗與工作站智能解釋軟件相結(jié)合，參考前期地震勘探成果資料，全面開展解釋工作。

4.1 解釋原則

資料解釋是物探資料轉(zhuǎn)換為地質(zhì)成果資料的深入研究過程，它是物探技術(shù)、地質(zhì)規(guī)律、解釋經(jīng)驗的綜合體現(xiàn)。

（1）用于解釋的基礎(chǔ)資料。用三維地震數(shù)據(jù)體（網(wǎng)格為5m×5m×1ms）切出的各種剖面和切片作為解釋的基礎(chǔ)資料，其中有X方向、Y方向和任意方向垂直時間剖面和一定時間間隔切出的水平切片。剖面和切片圖重點部位增加變密度和彩色顯示，顯示間隔視解釋階段而定。

（2）工作站交互解釋系統(tǒng)。人機聯(lián)作解釋系統(tǒng)對于三維地震資料的解釋具有特殊的優(yōu)越性，是三維解釋必不可少的工具，其主要特點有：

①能充分利用三維高密度數(shù)據(jù)體進行精細解釋。由于三維資料作為數(shù)據(jù)體存入系統(tǒng)內(nèi)，因此，可根據(jù)需要，顯示任意方向測線的垂直剖面或水平切片、或顯示立體圖像來幫助解釋、驗證解釋方案。并能在解釋過程中隨時了解剖面解釋的平面展布，觀察構(gòu)造形態(tài)及斷層的平面延伸。

②三維高密度數(shù)據(jù)體精細地反映了各種地質(zhì)現(xiàn)象的變化。相鄰測線有嚴格的相似性，加之高密度的水平切片與之聯(lián)合作用，增加了對細微地質(zhì)現(xiàn)象的識別能力。要落實小的地質(zhì)異常體和小斷層，只有采用人機聯(lián)作解釋系統(tǒng)才能做到精細解釋，從而達到落實各種細微地質(zhì)現(xiàn)象的目的，這是人工解釋望塵莫及的，充分體現(xiàn)了工作站人機交互解釋的優(yōu)越性。

4.2 解釋方法和步驟

資料解釋是一個由原始資料轉(zhuǎn)變?yōu)榈刭|(zhì)成果的研究過程，是經(jīng)驗、地質(zhì)規(guī)律、多種技巧和知識的全面體現(xiàn)，有其獨特的方法和步驟：

（1）主要反射波地質(zhì)層位的確定。地震資料解釋工作的第一步是根據(jù)鄰區(qū)三維地震資料來確定地震地質(zhì)層位。然后，確定各煤層的標準反射波。

（2）時間剖面上層位的解釋。三維地震時間剖面層位的標定、對比與追蹤，主要是根據(jù)時間剖面上有效波的同相軸、波組波形及相位特征、振幅強度、時差等，利用解釋系統(tǒng)的局部縮放的顯示功能，并用鉆孔資料進行層位標定，確定其層位。

（3）綜合對比。依靠垂直時間剖面、利用各種彩色切片，以同相軸的錯斷、分叉、強相位轉(zhuǎn)換、振幅變?nèi)鮼砼卸〝鄬?。在時間剖面上把錯斷的波形放大，以便細致地研究小斷層的性質(zhì)和斷距。利用方差體、時間切片、三維可視化等方法來識別和查找測區(qū)的構(gòu)造。

4.3 速度研究

地震波的傳播速度是地震資料解釋中的重要參數(shù)，速度標定正確與否，將直接影響時深轉(zhuǎn)換后煤層底板標高的精度。

本區(qū)各煤層時深轉(zhuǎn)換速度的求取，是在充分利用鉆孔資料的基礎(chǔ)上完成的。根據(jù)鉆孔見煤點的高程計算出鉆孔處見煤點與基準面的距離，再根據(jù)見煤點對應煤層反射波的時間來求出該點與基準面間的速度。進而根據(jù)所有鉆孔標定，求出全區(qū)的速度場。

4.4 構(gòu)造解釋

（1）斷層的解釋：

①時間剖面上斷層的解釋。在垂直時間剖面上斷點的反映為同相軸的錯斷、分叉、強相位轉(zhuǎn)換、振幅變?nèi)?。小落差斷層主要表現(xiàn)為同相軸扭曲，出現(xiàn)所謂“層斷波不斷”的現(xiàn)象。用上述方法、原則對剖面進行對比和斷點解釋。然后，再根據(jù)斷點在相鄰時間剖面上的傾向、落差等顯示特征的相似性，將時間剖面上的斷點在平面上進行組合。

②利用方差體解釋斷層。斷層在方差體上表現(xiàn)為顏色上與周邊差異較大的條狀區(qū)域。1煤、2煤、4煤斷層在方差體上的顯示如下。

（2）褶曲的解釋。原始的沉積巖層，主要呈水平狀態(tài)。當水平巖層受到擠壓力時，便會形成波浪狀的彎曲，稱為褶曲。地震解釋上，從垂直剖面和水平切片可以較直觀地看出褶曲的發(fā)育情況，從煤層底板等高線圖上可以準確地控制褶曲軸部、翼部的分布范圍。

本區(qū)的煤層底板形態(tài)自西北向東南總體為由向斜到背斜再過渡到向斜的形態(tài)，在底板等高線圖上等高線呈“S”型，在勘探區(qū)北部由于受到地應力及斷層的切割影響次級褶曲較發(fā)育。褶曲在時間剖面上的顯示見圖1。

圖1 褶曲在時間剖面上的顯示

5 地震地質(zhì)成果

本報告經(jīng)過對三維勘探區(qū)時間剖面進行網(wǎng)格為40m×40m的追蹤，查明了主要可采煤層1煤、2煤、4煤的起伏形態(tài)及10m以上的褶曲；查明了落差5m及5m以上的斷層，對落差3～5m的斷點及小斷層進行了解釋；對煤層的賦存區(qū)及煤厚變化趨勢進行了預測；本區(qū)1煤層、2煤層和4煤層埋藏較深，未發(fā)現(xiàn)煤層在基巖面出露現(xiàn)象。

二維勘探區(qū)初步查明了主采煤層1煤、2煤和4煤的起伏形態(tài)及沿測線上斷點的發(fā)育情況，并對覆蓋層的厚度進行了解釋。

本次三維地震勘探將二維區(qū)和三維區(qū)放在一起解釋并統(tǒng)一進行時深轉(zhuǎn)換，提高了二維區(qū)資料解釋的可靠程度和掀接的精度，以便于礦方使用。

5.1 新生界厚度的控制

本區(qū)新生界較厚，厚度變化范圍約290～450m（二維區(qū)320～450m，三維區(qū)290～400m），總體上由東南向西北逐漸增厚。第四系底界起伏較小，坡角一般在2°～4°，三維勘探區(qū)南部及二維區(qū)西部相對較陡約在6°～7°，在勘探區(qū)內(nèi)新生界底部古隆起和古凹陷較為發(fā)育。

全區(qū)新生界厚度共有15個鉆孔控制，其中三維區(qū)11個鉆孔控制，二維區(qū)4個，三維區(qū)控制程度較高；二維區(qū)鉆孔較少，均未在測線上，且測線未形成網(wǎng)格，新生界厚度控制程度極低，僅供參考。

5.2 煤系地層起伏形態(tài)的控制

根據(jù)地質(zhì)任務(wù)，對勘探區(qū)內(nèi)的主要可采煤層2、4煤層的起伏形態(tài)進行了解釋，并在合同之外根據(jù)潞新公司要求又增加了對1煤層的解釋，現(xiàn)簡述如下：

勘探區(qū)煤系地層形態(tài)自西北向東南總體為背—向—背的褶曲形態(tài)。在勘探區(qū)北部，由于受斷層切割和地層擠壓的影響，褶曲發(fā)育，發(fā)育有一軸向北西—南東向的背斜，背斜兩翼坡角較陡，一般在10°左右，最陡處可達15°。

勘探區(qū)2煤層底板標高自北東向南西逐漸加深，在670～150m（三維區(qū)670～250m，二維區(qū)500～150m），測區(qū)內(nèi)地層傾角自北東往南西方向由緩逐漸變緩，傾角在15°～3°；4煤層底板標高自北東向南西逐漸加深，在640～100m（三維區(qū)640～210m，二維區(qū)480～100m）之間；測區(qū)內(nèi)地層傾角自北東向南西由緩逐漸變緩，傾角在15°～3°；1煤層底板標高在730～200m，其中三維區(qū)730～300m，二維區(qū)560～200m。

6 問題

為了便于礦方更好地使用本成果資料，需做以下幾點說明：

（1）全區(qū)鉆孔較少，特別是二維區(qū)鉆孔更少，地層速度很難把握，影響了時深轉(zhuǎn)換的精度，在勘探區(qū)西部特別是二維區(qū)煤層在底板深度上可能存在較大誤差。

（2）本次勘探為常規(guī)三維地震勘探，不能從根本上解決煤厚，制作的煤層厚度變化趨勢圖（包括沖刷變薄區(qū)、不可采區(qū)）只能對煤層厚度進行定性的分析和預測，不可避免地存在一定誤差，相應地質(zhì)成果僅供礦方參考。

[1]徐水師，王冬，等.再論中國煤炭地質(zhì)綜合勘查理論與技術(shù)新體系[J].中國煤炭地質(zhì)，2009（12）.

[2]王慶瑞.記三維地震勘探技術(shù)的應用[J].科技論壇，2011（2）.

[3]于謙.三維地震勘探技術(shù)在新莊井田中的應用[J].中國煤炭地質(zhì)，2011（2）.

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1004-5716(2015)09-0117-04

2014-08-29

2014-08-29

楊志國（1968-），男（漢族），安徽宿州人，工程師，現(xiàn)從事煤田地質(zhì)勘探工作。