復(fù)雜地表深部采區(qū)三維地震勘探技術(shù)?

孫希杰王 靜李淅龍葉樹剛（.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司,陜西省西安市,70077; .陜西省水工程勘察規(guī)劃研究院,陜西省西安市,70003）

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復(fù)雜地表深部采區(qū)三維地震勘探技術(shù)?

孫希杰1王 靜2李淅龍1葉樹剛1
（1.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司,陜西省西安市,710077; 2.陜西省水工程勘察規(guī)劃研究院,陜西省西安市,710003）

摘要恒源煤礦深部采區(qū)進(jìn)行三維地震勘探的主要難點(diǎn)為地表及地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、煤層埋藏深且較薄、信噪比和分辨率低。針對(duì)以上難點(diǎn),采取了優(yōu)化觀測(cè)系統(tǒng)、Klseis軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)措施,深井、小藥量激發(fā),村莊內(nèi)檢波點(diǎn)實(shí)測(cè)鋪設(shè)的采集措施保證了覆蓋次數(shù)的均勻合理。經(jīng)精細(xì)處理及綜合動(dòng)態(tài)解釋,取得了較顯著的地質(zhì)成果。

關(guān)鍵詞煤炭資源 深部采區(qū) 三維地震勘探 復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造

恒源煤礦深部采區(qū)勘探程度較低,為保證煤礦正常連續(xù)開采,急需開展三維地震勘探,進(jìn)一步查明地質(zhì)構(gòu)造及主要煤層賦存情況,為下一步礦井開拓和安全生產(chǎn)提供地質(zhì)保障。

1　勘探區(qū)概況

1.1地表地貌

恒源煤礦地處淮北平原中部,區(qū)內(nèi)地勢(shì)平坦,總體為北東高南西低的微傾斜低平原地貌,地表標(biāo)高為＋32 m左右。區(qū)內(nèi)無基巖出露,均為巨厚新生界松散層覆蓋。區(qū)內(nèi)河溝、農(nóng)用灌溉渠、村莊、苗圃以及蔬菜大棚基地等障礙物較多,且連片分布。

1.2地層

恒源煤礦位于淮北煤田中西部。根據(jù)本區(qū)鉆孔揭露及鄰近地質(zhì)資料可知,地層自上而下有:新生界第四系和第三系（Q＋N）;二疊系上統(tǒng)石千峰組（P2sh）、上石盒子組（P2s）,下統(tǒng)下石盒子組（P1x）、山西組（P1s）;石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）,中統(tǒng)本溪組（C2b）;奧陶系中統(tǒng)白土組（O2b）,下統(tǒng)馬家溝組（O1m）、蕭縣組（O1x）。

1.3煤層

本區(qū)主要含煤地層為二疊紀(jì)地層,含煤3～13層,其中下石盒子組4＃煤層、山西組6＃煤層為本區(qū)主要可采煤層,也是本次勘探主要目的層,其埋深范圍為750～1150 m。

2　地球物理特征

2.1地震地質(zhì)條件

恒源煤礦全區(qū)為第四系松散沖積層所覆蓋,潛水位5～7 m,表層多為砂質(zhì)粘土,在松散層的含、隔水層之間,能形成多個(gè)反射波。本區(qū)主要目的層（4＃、6＃煤層）與圍巖之間地震波的速度和密度差異較大,波阻抗差明顯,形成了能量較強(qiáng)的反射波（T4波、T6波）。此兩組反射波特征明顯,波形穩(wěn)定、連續(xù)性較好,是構(gòu)造及煤層解釋的依據(jù)。

2.2主要技術(shù)難點(diǎn)

（1）地表復(fù)雜。區(qū)內(nèi)溝渠縱橫,村莊密集,蔬菜大棚廣布,加上橫穿工區(qū)南部的王引河以及北部的工礦廠區(qū),給地震勘探的測(cè)網(wǎng)布置和野外施工造成了很大的困難。

（2）地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜。據(jù)已知資料,采區(qū)內(nèi)分布多條斷層,相互交錯(cuò),區(qū)內(nèi)大部分鉆孔為斜孔,且孔斜較大,造成一定深度誤差,可能會(huì)影響資料解釋精度。

（3）煤層埋藏較深。目的煤層埋深750～1150 m,傾角8°～15°,造成偏移量較大。如果偏移速度不準(zhǔn),會(huì)造成歸位和成像的偏差。

（4）煤層厚度較薄。4＃煤層平均厚度1.7 m, 6＃煤層平均厚度2.19 m,并且6＃煤層厚度橫向變化較大,在采區(qū)中南部分布有6＃煤層沖刷區(qū)。

（5）低信噪比。由于深層地震記錄抗干擾能力遠(yuǎn)低于淺層地震記錄,并且受淺層多次波干擾嚴(yán)重,導(dǎo)致了深層地震記錄的低信噪比。

（6）低分辨率。地震波向下傳播中,經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間吸收和衰減,其頻率降低,工作頻帶寬度變窄。球面地震波波前在向深部的傳播過程中,菲涅爾帶半徑成比例增大,造成深層地震反射波空間分辨率的降低,波形復(fù)雜,成像模糊。

3　技術(shù)對(duì)策

（1）針對(duì)勘探區(qū)內(nèi)村莊、溝渠等障礙物眾多以及主要目的層埋藏深等特點(diǎn),經(jīng)充分試驗(yàn)后,采用10線8炮制三維束狀觀測(cè)系統(tǒng),中間激發(fā)。采用20 m×40 m的地面采樣間隔,10 m×10 m的CDP網(wǎng)格,疊加次數(shù)為24次（橫向4次,縱向6次）。觀測(cè)系統(tǒng)的主要參數(shù)為接收道數(shù)為960道,接收線數(shù)為10條,接收道距為20 m,接收線距為40 m,排列長(zhǎng)度為1900 m,束距為120 m,偏移距為120 m,炮點(diǎn)距為20 m和60 m,炮排距為160 m,最大非縱距為310 m,最大炮檢距為1010 m。單井激發(fā),井深為8～10 m,藥量為2.0 kg（村莊附近采用深井、小藥量）。采用加拿大Aries數(shù)字遙控地震儀,TEBS-60 HZ數(shù)字檢波器接收,儀器參數(shù)選用采樣間隔1 ms、記錄長(zhǎng)度1.5 s。

（2）結(jié)合地質(zhì)任務(wù),在野外提前踏勘、測(cè)量并充分了解工區(qū)地表、地球物理?xiàng)l件的基礎(chǔ)上,利用Klseis軟件做好設(shè)計(jì)參數(shù)改進(jìn),做好特殊觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì),施工中實(shí)時(shí)監(jiān)控質(zhì)量。

（3）在保證安全的情況下,盡可能地將炮點(diǎn)布置在離村莊較近的位置,井深加大,藥量減小;在檢波點(diǎn)偏移范圍控制在合理范圍的情況下,村莊內(nèi)盡量沿道路實(shí)測(cè)鋪設(shè)檢波點(diǎn),減少空道空炮,保證覆蓋次數(shù)。

（4）在整個(gè)資料處理過程中,始終以“三高”（高保真度、高分辨率、高信噪比）為目標(biāo),提高信噪比同時(shí),兼顧提高煤層反射波分辨率。采用全三維處理技術(shù),合理搭配、精選參數(shù),對(duì)資料進(jìn)行精細(xì)處理,從而保證清晰明確地反映實(shí)際地質(zhì)情況。重點(diǎn)對(duì)高通濾波、地標(biāo)一致性反褶積、反Q濾波、三維一步法偏移等模塊進(jìn)行測(cè)試。采用高通濾波對(duì)面波進(jìn)行了較好地壓制,提高了剖面的信噪比。在疊加前使用了地表一致性反褶積模塊,疊加后又進(jìn)行了反Q濾波頻率補(bǔ)償,使剖面低頻干擾得到較好壓制,有效波的主頻和頻寬都有了提高,并且增強(qiáng)了對(duì)薄煤層的分辨能力。采用三維一步偏移后剖面斷點(diǎn)清晰,地質(zhì)構(gòu)造成像明朗,如圖1所示,同一位置在疊加剖面上顯示為蝴蝶結(jié)形狀,而偏移剖面很明顯可以看出為一向斜構(gòu)造。

（5）采用人機(jī)交互,面、塊、體結(jié)合的綜合動(dòng)態(tài)解釋方法,對(duì)恒源煤礦深部4＃、6＃煤層埋深、構(gòu)造進(jìn)行了較為可靠的解釋。采用常規(guī)縱橫剖面結(jié)合優(yōu)選多屬性綜合分析的方法對(duì)4＃、6＃煤層的厚度及6＃煤層的沖刷帶分布范圍進(jìn)行了預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)結(jié)果如圖2所示,沖刷帶在時(shí)間剖面中表現(xiàn)為同相軸的缺失與中斷,而在屬性切片中表現(xiàn)為高屬性值區(qū)域。

圖1　疊加與偏移時(shí)間剖面對(duì)比圖

4　地質(zhì)成果

本次恒源煤礦深部采區(qū)采用三維地震勘探,通過合理施工、嚴(yán)控質(zhì)量取得了高品質(zhì)的野外資料;經(jīng)資料處理獲得了高信噪比、高分辨率的三維數(shù)據(jù)體;經(jīng)對(duì)地震數(shù)據(jù)解釋取得了豐富的地質(zhì)成果。

（1）全區(qū)共解釋斷層113條,包括新發(fā)現(xiàn)斷層105條,修正斷層8條。其中MK斷層、F16及F17斷層發(fā)生了很大變化,原精查成果中MK斷層延展范圍為貫穿全區(qū),本次解釋后修正為從區(qū)南部延展至中部后尖滅,且MK斷層具有典型的落差上小下大、上窄下寬的特征,見圖3;原精查成果中F16、F17斷層走向?yàn)镹NE向,延伸至區(qū)外,本次解釋后修正為F16、F17、F17－1及F17－2斷層組成的一NE走向斷層組,見圖4,F16斷層并未延伸出勘探區(qū),而是延展超過100 m后尖滅,并發(fā)育有支斷層F16－1。

圖2　沖刷帶地震反映特征

圖3　MK斷層時(shí)間剖面反映特征

圖4　F16、F7、F17－1、F17－2斷層時(shí)間剖面反映特征

（2）在勘探區(qū)中南部對(duì)原精查結(jié)果圈定的6＃煤層沖刷帶范圍進(jìn)行了修正,面積為0.56 km2,見圖5。

圖5　煤層沖刷帶勘探前后范圍示意圖

（3）對(duì)X2孔可靠性提出疑議。從時(shí)間剖面可看出4＃煤層總體形態(tài)為一由X1孔向X2孔傾斜的單斜,見圖6,而實(shí)際獲得的鉆孔資料為X1孔4＃煤層底板標(biāo)高－883.38 m,X2孔4＃煤層底板標(biāo)高－877.62 m,即X2孔底板比X1孔淺,與時(shí)間剖面矛盾,故此提出疑議。

（4）本次三維地震勘探解釋成果與后期14－1鉆孔揭露情況對(duì)比,發(fā)現(xiàn)誤差率很低。三維地震解釋底板標(biāo)高為－1023 m,鉆孔揭露標(biāo)高為－1027 m,誤差為－4 m,誤差率僅為－0.38%,由此看出三維地震勘探成果精度較高。

圖6　X1、X2鉆孔在時(shí)間剖面上的反映

5　結(jié)論

我國(guó)東部煤礦已經(jīng)逐漸進(jìn)入深部開采階段,而這些地區(qū)勘探程度較低、地表復(fù)雜、煤層埋藏較深等特點(diǎn)對(duì)煤炭持續(xù)高效開采帶來了較大困難。恒源煤礦深部采區(qū)通過采用三維地震勘探技術(shù),短時(shí)間內(nèi)用較低的費(fèi)用查明了勘探區(qū)內(nèi)4＃、6＃煤層整體構(gòu)造及賦存形態(tài),對(duì)恒源煤礦深部采區(qū)安全高效開采具有重要的指導(dǎo)意義。

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（責(zé)任編輯郭東芝）

3D seismic exploration technology in deep mining area under complicated ground surface

Sun Xijie1,Wang Jing2,Li Xilong1,Ye Shugang1
（1.Xi＇an Research Institute of China Coal Technology& Engineering Group Co.,Ltd., Xi＇an,Shaanxi 710077,China; 2.Shaanxi Water Engineering Survey and Planning Institute,Xi＇an,Shaanxi 710003,China）

AbstractThe complicated ground surface and geologic structure,deep and thin coal seam, low signal to noise ratio and resolution ratio were the main difficulties of 3D seismic exploration in deep mining area of Hengyuan Coal Mine.Aiming at above difficulties,observing system optimization and real-time monitoring by Klseis software were adopted as designing measures,drilling and small dosage stimulating and actual measurement of detection points in the villages were adopted as data collection methods to ensure the uniform and reasonable of coverage times.By precise processing and comprehensive dynamic interpretation,remarkable geology results were achieved.

Key wordscoal resources,deep mining area,3D seismic exploration,complicated geologic structure

作者簡(jiǎn)介:孫希杰（1986－）,男,山東龍口人,助理研究員,碩士研究生,主要從事煤田地震勘探及煤田地質(zhì)工作。

基金項(xiàng)目:?中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司2015年度科技創(chuàng)新基金重點(diǎn)項(xiàng)目（2015XAYZD12）

中圖分類號(hào)P631

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A