可控震源技術(shù)在煤田勘探中的應(yīng)用

龐麗娟，胡　鵬

（山西省煤炭地質(zhì)115勘查院，山西大同037003）

可控震源技術(shù)在煤田勘探中的應(yīng)用

龐麗娟*，胡鵬

（山西省煤炭地質(zhì)115勘查院，山西大同037003）

可控震源技術(shù)在煤田勘探中主要應(yīng)用于炸藥震源很難實(shí)現(xiàn)、地震地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，彌補(bǔ)了炸藥震源的不足，是特殊地表?xiàng)l件下進(jìn)行野外勘探的主要震源。

煤田勘探；可控震源；炸藥震源；特殊地表

1　概述

隨著煤田勘探技術(shù)的不斷發(fā)展和勘探市場(chǎng)的需求，可控震源技術(shù)在煤田勘探中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

山西省煤炭地質(zhì)115勘查院中標(biāo)左云韓家洼三維地震勘探項(xiàng)目，通過(guò)實(shí)地踏勘，結(jié)合其地震地質(zhì)條件，項(xiàng)目部最后決定使用可控震源激發(fā)技術(shù)完成本次三維地震勘探?？煽卣鹪淳哂行矢摺⒊杀镜?、經(jīng)濟(jì)法頻率和激發(fā)振幅可控等優(yōu)點(diǎn)，在本勘探區(qū)成功解決了地震地質(zhì)條件復(fù)雜、找不到理想的激發(fā)層位問(wèn)題，取得了較好的勘探效果。

2　勘探區(qū)地球物理特征

2.1表淺層地震地質(zhì)條件

韓家洼煤礦位于大同煤田石炭—二疊紀(jì)煤田的中南部，本區(qū)屬黃土高原平緩丘陵區(qū)，地表大面積被第四系黃土覆蓋，地勢(shì)較為平坦，黃土沖溝發(fā)育，呈樹枝狀展布。據(jù)測(cè)量資料，區(qū)內(nèi)地形總體上東北高，最高點(diǎn)標(biāo)高1583.577m；西南低，最低點(diǎn)標(biāo)高1476.07m。最大高差107.5m。

黃土層地質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，地震波速度低，吸收衰減嚴(yán)重，淺層折射、面波、聲波、多次波等強(qiáng)干擾非常發(fā)育，淺表層地震地質(zhì)條件很差，為三維地震數(shù)據(jù)采集帶來(lái)很大的困難。

2.2深層地震地質(zhì)條件

全區(qū)主要可采煤層為石炭系太原組4號(hào)、9號(hào)煤層，煤系地層底為奧陶系灰?guī)r。本次二維地震勘查主要對(duì)象為太原組4號(hào)、9號(hào)煤層。

4號(hào)、9號(hào)煤層也是本區(qū)的主采煤層，與圍巖波阻抗差異明顯，沉積穩(wěn)定，也可形成一組能量強(qiáng)，波形突出可連續(xù)追蹤、對(duì)比的反射波，是本次地震勘探的主要目的波之一。也是構(gòu)造現(xiàn)象識(shí)別的主要依據(jù)。

3　可控震源的參數(shù)選擇

本次地震勘探采用I/O Image數(shù)字地震儀，激發(fā)震源車采用F2700。為保證野外采集的原始數(shù)據(jù)有足夠的信噪比，滿足地質(zhì)任務(wù)的要求，要選擇最佳的施工參數(shù)，可控震源的參數(shù)有：掃描頻率、掃描長(zhǎng)度、震動(dòng)次數(shù)、驅(qū)動(dòng)量、組合方式。

3.1掃描頻率

掃描頻率的選擇包括起始掃描頻率和最終掃描頻率，選擇參數(shù)與目的層埋藏深度，工區(qū)內(nèi)的強(qiáng)干擾與相關(guān)子波的清晰度和分辨率有關(guān)。最佳參數(shù)要避開強(qiáng)面波干擾提高信噪比。本次三維地震選擇試驗(yàn)參數(shù)為：10～56Hz、10～64Hz、10～72Hz、10～84Hz，由試驗(yàn)記錄可以看到：10～72Hz和10～84Hz所得資料頻率較高，有效波較為明顯，但10～72Hz有效波相對(duì)較為連續(xù)和清晰。

3.2掃描長(zhǎng)度

震源激發(fā)應(yīng)具有足夠的掃描長(zhǎng)度和作用時(shí)間來(lái)提高激發(fā)能量，同時(shí)要考慮目的層的埋藏深度以及資料的信噪比，避開可控震源的諧振干擾。本次勘探選取掃描長(zhǎng)度：10s、12s、14s、16s進(jìn)行試驗(yàn)。分析不同掃描長(zhǎng)度激發(fā)所得資料可以看出：掃描長(zhǎng)度14s資料有效波顯示出信噪比高的特征；而10s、12s、16s資料有效波則相對(duì)較弱，連續(xù)性較之14s資料較差。綜合對(duì)比分析，掃描長(zhǎng)度采用14s有效波清晰、連續(xù)性好。

3.3震動(dòng)次數(shù)

根據(jù)垂直疊加原理，增加震動(dòng)次數(shù)可以壓制不規(guī)則干擾。本次勘探選擇震動(dòng)次數(shù)2、4、6、8次進(jìn)行試驗(yàn)，考慮到壓制干擾提高信噪比，激發(fā)能量和地震波動(dòng)態(tài)范圍對(duì)目的層反射波精度的影響，施工采用4次激發(fā)。

3.4驅(qū)動(dòng)量

本次勘探選取驅(qū)動(dòng)量：50%、60%、70%、80%、100%進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)可知，驅(qū)動(dòng)量的變化對(duì)于反射波主頻和有效頻寬沒(méi)有影響，當(dāng)震源驅(qū)動(dòng)量過(guò)大時(shí)反而會(huì)發(fā)生低頻成分畸變；從能量上分析50%～70%驅(qū)動(dòng)量增加，反射波能量增加，70%～80%反射波能量增加變緩，80%以上不再增加，實(shí)際施工采用驅(qū)動(dòng)量80%。

3.5組合方式

使用多臺(tái)震源是加強(qiáng)向地下發(fā)射掃描信號(hào)能量的重要手段，既是單臺(tái)震源出力大小限制的一種補(bǔ)救措施，也是單次震源能量太大過(guò)多的消耗，增強(qiáng)對(duì)地表干擾波壓制效果的有力手段。本次勘探采用2臺(tái)震源組合激發(fā)。單炮記錄如圖1所示。

圖1　單炮記錄

3.6觀測(cè)系統(tǒng)

據(jù)本采區(qū)地質(zhì)特征進(jìn)行計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，通過(guò)多種觀測(cè)系統(tǒng)的比較及多年來(lái)開展采區(qū)三維地震勘探的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行優(yōu)化后擬采用12線6炮制規(guī)則束狀觀測(cè)系統(tǒng)。

采用觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)為：

接收道距：20m；接收線距：40m；

炮點(diǎn)距：100m；炮線距：20m；

最小炮檢距：10m；

接收線數(shù)：12線；

接收道數(shù)：600道（12線×50道）；

CDP網(wǎng)格：10m×10m；

疊加次數(shù)：30次（5×6）。

4　數(shù)據(jù)處理

詳細(xì)分析地震原始資料的特點(diǎn)，本著“高分辨率、高保真度、高信噪比”的原則，做好折射靜校正，選取合理的基準(zhǔn)面和充填速度；處理流程參數(shù)的選擇以有利于突出目的層有效波為主；適當(dāng)選取反褶積的類型及參數(shù)提高資料的信噪比；認(rèn)真做好速度分析，盡可能加密速度點(diǎn)，嚴(yán)密控制速度的橫向變化情況；使用一步法偏移，提高橫向分辨率。確保最終剖面上波組特征明顯、地質(zhì)現(xiàn)象清楚、斷層斷點(diǎn)歸位合理、斷面清晰。最終取得了理想的時(shí)間剖面和三維數(shù)據(jù)體，如圖2、圖3所示。

圖2　時(shí)間剖面圖

圖3　三維數(shù)據(jù)體圖

5　數(shù)據(jù)解釋

三維野外采集的原始資料經(jīng)過(guò)全三維時(shí)間偏移處理后，得到了一個(gè)三維數(shù)據(jù)體，三維數(shù)據(jù)體中包含著勘探區(qū)內(nèi)豐富的地質(zhì)信息，資料解釋工作就是利用相應(yīng)的技術(shù)方法對(duì)數(shù)據(jù)體內(nèi)的地質(zhì)信息進(jìn)行提煉，將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成地質(zhì)信息。在這個(gè)過(guò)程中，必須把技術(shù)人員對(duì)井田構(gòu)造規(guī)律的認(rèn)識(shí)及解釋經(jīng)驗(yàn)與解釋軟件的智能功能相結(jié)合，對(duì)地震資料反復(fù)認(rèn)識(shí)，不斷深化研究。本次解釋工作是在Sun Blade2000工作站上進(jìn)行的，利用美國(guó)斯倫貝謝公司GeoFrame4.03地震解釋軟件（IESX）進(jìn)行地質(zhì)解釋工作。

（1）充分利用已有的地質(zhì)信息資料，掌握區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件的變化規(guī)律，將宏觀的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造規(guī)律和本礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，力求對(duì)地層賦存形態(tài)，尤其是煤系地層的賦存形態(tài)、構(gòu)造發(fā)育特征建立起完整的概念模型。并利用區(qū)內(nèi)鉆孔資料制作人工合成地震記錄，將它與時(shí)間剖面對(duì)比確定反射波的地質(zhì)屬性。

（2）以人工對(duì)比解釋為基礎(chǔ)，利用工作站的自動(dòng)追蹤拾取功能，由粗網(wǎng)格（80m×80m）到細(xì)網(wǎng)格（10m×10m）逐步加密解釋。首先用人工解釋的粗網(wǎng)格數(shù)據(jù)建立區(qū)內(nèi)主體骨架，確定較大斷層，閉合后再利用人機(jī)聯(lián)作進(jìn)行細(xì)網(wǎng)格追蹤對(duì)比，解釋局部小斷層及細(xì)微構(gòu)造，最后確定整體構(gòu)造方案。

（3）解釋過(guò)程中，縱向、橫向和任意時(shí)間剖面相結(jié)合，時(shí)間剖面和水平切片、順層切片相結(jié)合，全方位的反復(fù)對(duì)比、反復(fù)檢查、反復(fù)修改確認(rèn)，確保解釋結(jié)果的正確可靠。

（4）以90%疊加速度的偏移數(shù)據(jù)體為主，多個(gè)數(shù)據(jù)體綜合解釋。充分利用各種三維數(shù)據(jù)體的多源信息，包括方差體以及各種數(shù)據(jù)體的等時(shí)切片、順層切片等屬性，進(jìn)行綜合解釋，從各個(gè)角度反復(fù)認(rèn)識(shí)構(gòu)造特征，確定構(gòu)造方案，然后進(jìn)行構(gòu)造的空間閉合，組合斷層等。

（5）將解釋好的層位、斷層等數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺PS-3繪圖系統(tǒng)中，結(jié)合已知鉆孔資料，進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換運(yùn)算，繪制出各煤層底板等高線圖，切出地震地質(zhì)剖面。

6　結(jié)論

通過(guò)本次三維地震勘探工作，可控震源技術(shù)解決了煤田勘探中地震地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)炸藥震源很難施工的問(wèn)題，彌補(bǔ)了炸藥震源的不足。并且可控震源具有效率高、成本低、頻率和激發(fā)振幅可控等優(yōu)點(diǎn)。證明了可控震源技術(shù)在煤田勘探中的勘探效果，具有廣泛的前景。

［1］王曉燕.可控震源在采區(qū)勘探中的應(yīng)用效果［J］.煤炭與化工，2013（2）.

［2］張新生.淺談可控震源在煤田地震勘探中的應(yīng)用［J］.河北煤炭，2006（4）.

［3］寧鵬鵬，田根海，張?jiān)谖?，盧湘鵬.可控震源在新疆沙漠區(qū)地震勘探中的應(yīng)用［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2011（18）.

·隧道與建設(shè)工程·

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1004-5716（2016）08-0199-03

2015-09-16

2015-09-21

龐麗娟（1981-），女（漢族），山西大同人，助理工程師，現(xiàn)從事地球物理勘探工作。