礦區(qū)全數(shù)字高密度三維地震勘探技術(shù)的應(yīng)用

郭占峰 程增慶 郭 欣 葛佳偉 王建忠

(1.山西華晉韓咀煤業(yè)有限責(zé)任公司；2.中國煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院)

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礦區(qū)全數(shù)字高密度三維地震勘探技術(shù)的應(yīng)用

郭占峰1程增慶2郭 欣2葛佳偉2王建忠1

(1.山西華晉韓咀煤業(yè)有限責(zé)任公司；2.中國煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院)

全數(shù)字高密度三維地震勘探采集系統(tǒng)的動態(tài)范圍與地震勘探成果精度相關(guān)，煤炭全數(shù)字三維地震資料成像質(zhì)量與空間采樣密度、觀測系統(tǒng)相關(guān)。詳細(xì)分析了煤炭采區(qū)全數(shù)字三維地震勘探數(shù)據(jù)采集技術(shù)、三維地震數(shù)據(jù)目標(biāo)處理技術(shù)以及三維地震資料屬性解譯技術(shù)。研究表明：煤炭采區(qū)全數(shù)字三維地震勘探處理時間剖面上的煤層波頻帶寬度達(dá)到160 Hz以上，煤層波的主頻為110 Hz，可有效識別落差5 m的斷層及巷道。

三維地震勘探 數(shù)據(jù)采集 采樣密度 觀測系統(tǒng) 屬性解譯

煤炭全數(shù)字高密度三維地震勘探的關(guān)鍵技術(shù)是采用大動態(tài)范圍的數(shù)字檢波器接收、高空間采樣率及高疊加次數(shù)、精細(xì)的目標(biāo)處理及地質(zhì)解譯[1-2]。地震勘探系統(tǒng)動態(tài)范圍的提高是地震勘探精度的關(guān)鍵，光點(diǎn)儀器和模擬儀器的動態(tài)范圍小于40 db，雖然檢波器的動態(tài)范圍為60 db，但地震勘探系統(tǒng)的動態(tài)范圍為40 db。近年來，隨著地震勘探儀器設(shè)備的發(fā)展，地震勘探系統(tǒng)的動態(tài)范圍增加至60 db，地震勘探系統(tǒng)的動態(tài)范圍主要受模擬檢波器動態(tài)范圍的限制，目前數(shù)字檢波器的動態(tài)范圍已增加至90 db。相關(guān)研究表明，對于煤炭采區(qū)落差大于5 m的斷層，全數(shù)字高密度三維地震勘探技術(shù)的識別合格率高達(dá)80%。為進(jìn)一步推動礦區(qū)全數(shù)字高密度三維地質(zhì)勘探技術(shù)的應(yīng)用研究，本研究對該技術(shù)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)、三維地質(zhì)目標(biāo)數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及三維地震資料屬性解譯技術(shù)進(jìn)行探討。

1 三維地震勘探數(shù)據(jù)采集技術(shù)

煤炭采區(qū)全數(shù)字高密度三維地震勘探技術(shù)有利于提高地震資料的分辨率和保真度，從觀測系統(tǒng)設(shè)計角度，需考慮如下問題：

(1)煤炭全數(shù)字高密度三維地震勘探采用單點(diǎn)數(shù)字檢波器接收數(shù)據(jù)，不僅能提高高頻弱信號的接收能力，而且可提高低頻弱信號的記錄能力，實(shí)現(xiàn)寬頻帶記錄，記錄中不產(chǎn)生50 Hz的工頻干擾，數(shù)字檢波器的低頻可達(dá)1 Hz，高頻響應(yīng)優(yōu)異。因此觀測系統(tǒng)須有利于線性噪音、反向散射噪音、多次波與環(huán)境噪音等噪音的壓制。

(2)擯棄滾動半個排列片或多條接收線的設(shè)計方法，滾動距以不產(chǎn)生嚴(yán)重的腳印為準(zhǔn)，最大線距不大于第一菲涅爾帶的半徑。

(3)面原尺寸以滿足斷面波或短波長分量不出現(xiàn)空間假頻為原則，煤層中斷層面的傾角多為40°～75°，在均方根速度為3 200 m/s、保護(hù)的最高頻率為120 Hz、斷層傾角為75°時，計算得到的面元尺寸為6.9 m。為便于施工并顧及更大的傾角成像問題，設(shè)計面元尺寸為5 m×5 m，確保高角度斷層波的正確成像。

數(shù)字檢波器在整個接收頻帶范圍內(nèi)相位變化較小，在低頻段不會引起相位畸變，且在高頻部分的相位畸變遠(yuǎn)小于常規(guī)檢波器，有利于展寬頻帶。

2 三維地震數(shù)據(jù)目標(biāo)處理技術(shù)

煤炭全數(shù)字高密度三維地震勘探數(shù)據(jù)采用目標(biāo)處理方式，采用線性動校正、觀測系統(tǒng)圖、最大炮檢距圖、最小炮檢距圖、高程平面圖、覆蓋次數(shù)圖和單炮顯示等對原始采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，通過該類監(jiān)控圖件的分析，逐炮、逐點(diǎn)判斷炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)位置及激發(fā)井深的正誤。利用人工進(jìn)行精細(xì)的炮、道編輯工作，工作量約占三維地震數(shù)據(jù)處理工作量的66%。在靜校正、反褶積、衰減多次波、速度分析、頻譜整形等步驟中，均采用目標(biāo)處理方式力求實(shí)現(xiàn)精細(xì)化處理三維地震數(shù)據(jù)。在靜校正完成的基礎(chǔ)上，檢查異常靜校正量炮點(diǎn)單炮記錄后對信噪比較低的炮文件進(jìn)行剔除，反褶積因子在目的層反射波發(fā)育區(qū)段求取，保持煤層波的寬頻帶和高信噪比。衰減多次波主要為衰減淺層多次波和多次折射波，可采用400 m×400 m的網(wǎng)度進(jìn)行精細(xì)速度分析。

采用疊前時間偏移方法進(jìn)行偏移時，通過CRP道集可詳細(xì)分析與檢查偏移速度的準(zhǔn)確性，可得到更為精確的均方根速度場。對于成像偏移角度采用時變分析法，淺層基本為水平層狀反射，淺層角度為30°，在深層時變?yōu)?0°，可確保斷面波能夠正確成像。若原始采集面元尺寸為5 m×5 m，那么輸出的面元尺寸亦為5 m×5 m。

河南某礦采區(qū)全數(shù)字三維地震勘探表明，在130～260 Hz的分頻掃描中該礦13-1#煤層仍能得到較連續(xù)的反射信號，處理成果剖面新生界地層主頻為130 Hz，頻帶寬度為10～260 Hz，煤層反射波的主頻為110 Hz，頻帶寬度為10～220 Hz，各煤層的反射特征都較常規(guī)三維地震資料反映得更明顯，特別是T4波(11-2#煤層)，數(shù)據(jù)品質(zhì)得到大幅度提高。

3 三維地震資料屬性解譯技術(shù)

對于煤炭采區(qū)全數(shù)字三維地震資料的解譯，可首先利用鉆井資料、測井資料制作合成地震記錄，以標(biāo)定層位；然后進(jìn)行垂直剖面對比、解譯，并對疊加、相干、方差、三瞬、波阻抗等數(shù)據(jù)沿層屬性檢查及三維可視化精細(xì)構(gòu)造解譯[3-4]。根據(jù)地震資料屬性與地層、煤層頂?shù)装逯g的物性差異，通過選取不同窗口的屬性參數(shù)，得到反應(yīng)地質(zhì)現(xiàn)象的屬性信息，實(shí)現(xiàn)高精度解譯三維地震資料屬性的目的，此外，加強(qiáng)剖面對比與屬性分析，可進(jìn)一步提高解譯精度。河南某礦區(qū)的實(shí)踐表明，對于落差大于5 m的斷層的三維地震資料屬性解譯結(jié)果與實(shí)際情況基本一致，老空區(qū)位置解譯結(jié)果與實(shí)際情況吻合度較高。

4 討 論

采用數(shù)字檢波器接收的地震記錄中頻帶較寬，一般可達(dá)到3～180 Hz，屬于寬頻帶震勘探，加之采用連續(xù)、對稱采樣觀測系統(tǒng)對短波長的噪音與中—長波長信號均能充分地采樣，該類地震記錄有助于在資料處理時壓制干擾，有效提高地震時間剖面的成像質(zhì)量。分析了煤炭采區(qū)全數(shù)字三維地震勘探數(shù)據(jù)采集技術(shù)、三維地震數(shù)據(jù)目標(biāo)處理技術(shù)以及三維地震資料屬性解譯技術(shù)，認(rèn)為全數(shù)字三維地震勘探時間剖面頻帶較寬、信噪較高，可有效識別出小斷層、老窯采空區(qū)，是一種真正意義上的高精度地震勘探方法，在復(fù)雜區(qū)和簡單區(qū)均可推廣應(yīng)用，在簡單區(qū)以提高分辨率為主，以識別小斷層、小陷落柱為主要目標(biāo)，在復(fù)雜區(qū)以提高信噪比為主，以識別落差5 m以上的斷層、采空區(qū)和構(gòu)造形態(tài)為主要目標(biāo)。

[1] 劉美玲.煤田三維地震勘探在障礙物密集區(qū)的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(6)：104-105.

[2] 饒河清，李萍軍，黃 河，等.寬方位角在煤田三維地震勘探中的研究與應(yīng)用[J].金屬礦山，2014(12)：143-146.

[3] 張 冰.三維地震勘探技術(shù)在地質(zhì)補(bǔ)充勘探中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2011(3)：10-11.

[4] 郭占峰，程增慶，王建忠，等.韓咀煤礦識別煤層老采空區(qū)的相對波阻方法[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2016(1)：254-255.

2016-05-06)

郭占峰(1966—)，男，高級工程師，042100 山西省寧鄉(xiāng)縣。