淺談復(fù)雜地表?xiàng)l件下三維地震勘探技術(shù)的應(yīng)用

楊彥明，龐小宇

(內(nèi)蒙古伊泰京粵酸刺溝礦業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209)

0 引言

酸刺溝礦井位于準(zhǔn)格爾煤田南部的黑岱溝與十里長川之間[1]，自1954年以來，華北地質(zhì)局、內(nèi)蒙古煤田地質(zhì)局、內(nèi)蒙古煤田地質(zhì)勘探公司等多家單位在井田及相鄰區(qū)域展開了航空地形、地質(zhì)填圖、測繪、鉆探、剖面測量、巖礦測試等一系列詳細(xì)工作，并提交了不同等級的儲量報(bào)告[2-4]?，F(xiàn)代三維地震勘探在探測斷層、褶曲、陷落柱、采空區(qū)、火成巖分布等地質(zhì)異常區(qū)中發(fā)揮著重要作用，是煤田地質(zhì)勘探的主要手段之一[5]。復(fù)雜地表?xiàng)l件下的三維地震勘探技術(shù)也在不斷探索與實(shí)踐中取得越來越好的勘探效果[6]。

1 勘查區(qū)概況

酸刺溝井田地處黃土高原，屬高原侵蝕性丘陵地貌。地形起伏較大，溝谷切割深。地表植被稀疏，覆蓋率低，水土流失嚴(yán)重。本次三維地震勘探區(qū)內(nèi)村莊稀少但水窖、窯洞較多，交通、水源不便，對地震勘探的測網(wǎng)布置與野外施工造成了較大困難，三維地震資料質(zhì)量也因此受到一定程度影響，地表?xiàng)l件復(fù)雜。勘探區(qū)內(nèi)石炭二疊系含煤地層由灰?guī)r、砂巖、泥巖與煤層互層構(gòu)成，由于砂巖與泥巖之間波阻抗差異較小，內(nèi)部反射層稀少；而煤層與頂?shù)装逯g波阻抗差異較大(反射系數(shù)大于0.5)，可形成較好的煤層反射波。綜上所述，本次三維地震勘探的表層和淺層的地震地質(zhì)條件較差，中深層地震地質(zhì)條件較好[7-8]。

2 野外數(shù)據(jù)采集

2.1 勘探技術(shù)參數(shù)

本次勘探工作通過采集參數(shù)的室內(nèi)技術(shù)論證，將采集、處理和解釋相結(jié)合；理論研究和現(xiàn)場試驗(yàn)相結(jié)合，選出最佳的施工參數(shù)。

設(shè)備采用加拿大產(chǎn)ARIES遙測數(shù)字地震儀；采樣率1 ms；記錄長度1.0 s；采用60 Hz檢波器接收。采集參數(shù)選擇低截頻率0 Hz，高截頻率500 Hz的接收方式；采用8線5炮制觀測系統(tǒng)，道距10 m，576道接收，中點(diǎn)激發(fā)。CDP網(wǎng)格5 m×10 m，24次疊加次數(shù)。根據(jù)鉆孔資料，地震勘探測線選擇垂直地層傾向布設(shè)。此外，在障礙物附近缺炮區(qū)域采用恢復(fù)性放炮方式，并做出部分加密道，盡量彌補(bǔ)覆蓋次數(shù)降低及不均勻?qū)?shù)據(jù)體的影響[9-10]。

2.2 野外實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過區(qū)內(nèi)9處點(diǎn)試驗(yàn)，得到以下施工結(jié)論。

厚黃土覆蓋區(qū)：采用人工洛陽鏟成孔，打到硬土層或濕砂土層，確保藥柱在硬土層、濕土層內(nèi)激發(fā)。從大部分單炮記錄上看，T4、T6波能量都較強(qiáng)，連續(xù)性好。井深15 m左右時(shí)，單井激發(fā)，藥量2.5 kg；在村莊或地形復(fù)雜等區(qū)域適當(dāng)偏移及改變藥量。

薄黃土覆蓋區(qū)：鉆孔層位打到基巖面、風(fēng)化巖或硬土層，確保藥柱在基巖面或硬土層內(nèi)爆炸激發(fā)。對比了井深5～12 m的單井、雙井組合激發(fā)效果，每井藥量分別為1 kg、1.5 kg、2 kg、2.5 kg，記錄顯示T4、T6反射地震波能量都較強(qiáng)。

坡積物覆蓋區(qū)：在半坡積物地段，成孔相對困難。分別進(jìn)行了2～6 m不同井深的井試驗(yàn)，成孔深度要求達(dá)到基巖面。主要做了對比試驗(yàn)及藥量對比試驗(yàn)。激發(fā)記錄都較好，藥量1 kg、1.5 kg、2 kg記錄也都較好。

基巖出露區(qū)：使用人工鑿坑，深0.5 m，藥量1.5 kg、2 kg，記錄對比來看，2 kg激發(fā)時(shí)能量強(qiáng)于1.5 kg激發(fā)，但是聲波干擾更大，且整體不如在黃土中的激發(fā)效果，可以采用坑炮或變觀方法。

施工情況：本次共施工線束30束，生產(chǎn)物理點(diǎn)10 703個(gè)，其中甲級品7 672個(gè)(71.68%)，乙級品3 023個(gè)(28.24%)，廢品8個(gè)(0.08%)，符合規(guī)范要求；另外有試驗(yàn)物理點(diǎn)149個(gè)，全部合格，總物理點(diǎn)10 852個(gè)。高品質(zhì)的原始資料為以后的數(shù)據(jù)處理與成果解釋打下良好基礎(chǔ)。

3 數(shù)據(jù)處理與成果解釋

3.1 數(shù)據(jù)處理

處理原則：酸刺溝煤礦三維地震勘探項(xiàng)目資料處理過程在詳細(xì)分析原始資料的基礎(chǔ)上，本著“高信噪比、高分辨率、高保真度”的原則對原始資料進(jìn)行精細(xì)處理。為了保證地震勘探施工的質(zhì)量與工期進(jìn)度，在現(xiàn)場利用工作站對野外數(shù)據(jù)展開實(shí)時(shí)處理，并及時(shí)將野外數(shù)據(jù)質(zhì)量情況反饋給項(xiàng)目管理層，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題及時(shí)補(bǔ)救，為后續(xù)的室內(nèi)地震資料處理做出良好的鋪墊。

處理方法：在預(yù)處理后，針對該區(qū)的具體地質(zhì)任務(wù)，采用了“三高”的處理方法，在處理流程中以全三維處理技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)，加強(qiáng)了靜校正、反褶積及速度分析，實(shí)施全三維技術(shù)，獲得了較好的處理效果。

靜校正：結(jié)合測量成果選取勘探區(qū)段的統(tǒng)一基準(zhǔn)面，拾取所有單炮初至?xí)r間并進(jìn)行折射靜校正處理，通過數(shù)次迭代計(jì)算得到近地表模型，并利用計(jì)算反演的厚度和速度求出高速界面到基準(zhǔn)面的靜校正量。本次三維地震勘探資料處理過程選取1 250 m的勘探區(qū)統(tǒng)一基準(zhǔn)面以及3 000 m/s的替換速度。此外，由于勘探區(qū)地表高程與低(降)速帶的厚度、速度存在橫向差異，由此產(chǎn)生的地震波旅行時(shí)差將對信號的疊加效果產(chǎn)生一定的不利影響，導(dǎo)致地震波反射波同相軸頻率降低、信噪比下降。數(shù)據(jù)處理較好地消除了短波長引起的時(shí)差化，確保反射層信息一致性，提升疊加剖面的品質(zhì)，如圖1、圖2所示。

圖1 靜校正前單炮記錄

圖2 靜校正后單炮記錄

分辨率：本次三維地震勘探野外資料通過多種模塊及參數(shù)試驗(yàn)，選擇合理的地表一致性反褶積方法和參數(shù)，起到提高信噪比和分辨率的作用，取得良好的處理效果。此外，同時(shí)反褶積后單炮記錄的頻譜范圍將會變寬，也有利于提高處理資料的分辨率，如圖3、圖4所示。

圖3 反褶積前疊加剖面

圖4 反褶積后疊加剖面

其它處理：開展了剩余靜校正消除由于地表不均勻性給反射波帶來的剩余時(shí)差；DMO疊加消除地層傾角的影響；去噪壓制干擾波，突出有效波；偏移完成三維數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確歸位等一系列野外資料處理工作，得到了完整的數(shù)據(jù)體資料。

成果評價(jià)：本次三維地震勘探資料處理過程依據(jù)地質(zhì)任務(wù)以及精度要求，通過認(rèn)真分析原始資料，結(jié)合已有地質(zhì)資料，針對性選取處理模塊、合理優(yōu)化處理流程、精確選擇處理參數(shù)、嚴(yán)控中間資料處理質(zhì)量，獲取了質(zhì)量較好的時(shí)間剖面，為地質(zhì)成果解釋做出良好鋪墊。

3.2 成果解釋

本次三維地震勘探工作在收集已有地質(zhì)成果的基礎(chǔ)上，目的明確、設(shè)計(jì)合理、方法得當(dāng)，尤其是針對勘探區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜的狀況對施工參數(shù)做出合理的調(diào)整，提高了野外數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量。資料處理的流程合理，信噪比較高，得到了較高質(zhì)量的數(shù)據(jù)體。此外，在成果解釋階段，采用人工解釋與工作站相結(jié)合的方式，提高了成果資料解釋的效率及準(zhǔn)確度，取得可靠的地震地質(zhì)成果。

煤層賦存：本次三維地震勘探成果資料主要控制了4上、5上、6上和6煤層的分布范圍、埋藏深度以及煤層的整體賦存形態(tài)。

斷層控制：對區(qū)內(nèi)落差5 m以上的斷層進(jìn)行了控制，并對3～5 m的斷層和斷點(diǎn)進(jìn)行了解釋，確定了斷層落差及產(chǎn)狀；解釋斷層80條，均為正斷層。本次解釋斷層按照可靠程度分類，可靠斷層33條，較可靠斷層37條，控制程度較差的斷層10條。

奧灰等界面與煤層厚度：對奧灰等界面的起伏形態(tài)以及對4上、5上、6上和6煤層的厚度等都進(jìn)行了解釋并繪制了平面圖。對區(qū)內(nèi)主要煤層的厚度進(jìn)行了解釋，并繪制了4上、5上、6上和6煤層厚度變化趨勢圖。

4 結(jié)語

本次準(zhǔn)格爾煤田酸刺溝煤礦三維地震勘探工作通過結(jié)合研究區(qū)主采煤層的賦存條件與發(fā)育特征，結(jié)合實(shí)際地質(zhì)任務(wù)，確定合理的數(shù)據(jù)處理技術(shù)路線，使得處理煤層反射波的信噪比得到很大提高。在解釋過程中，采用人工解釋與工作站相結(jié)合的方式并深入結(jié)合研究區(qū)內(nèi)鉆孔資料，將時(shí)間剖面與實(shí)際鉆井資料反復(fù)對比分析，確保了解釋結(jié)果的正確可靠。得到的三維地震勘探成果對礦井的開發(fā)決策、巷道布置及開拓提供了有力的指導(dǎo)作用。