三維地震勘探精細(xì)處理技術(shù)在智能礦井生產(chǎn)中的應(yīng)用

郝立彬, 解潔清, 孟建盛

(呂梁東義集團(tuán)煤氣化有限公司鑫巖煤礦，山西呂梁 033400；中國(guó)煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院，河北涿州 072750)

0 引言

在礦山深部開(kāi)采過(guò)程中，斷層、塌陷柱、含水體、巖漿巖、裂隙區(qū)、礦層結(jié)構(gòu)變化等是不容忽視的災(zāi)難性地質(zhì)體，它們嚴(yán)重?fù)p壞了礦層的接連性，大大降低了機(jī)械化采礦的工作效率，嚴(yán)重者甚至可能會(huì)導(dǎo)致地層滲水，瓦斯爆炸等安全事故，為礦山的安全開(kāi)采帶來(lái)一定程度的威脅[1-4]。智能化物探技術(shù)通過(guò)地上人工地震獲取地下層位的反射波，經(jīng)過(guò)室內(nèi)資料處理技術(shù)獲得地下多層位疊加剖面，進(jìn)而在成果數(shù)據(jù)體進(jìn)行層位解釋、構(gòu)造解釋、煤層厚度預(yù)測(cè)等一系列精細(xì)技術(shù)操作，最終形成指導(dǎo)礦山深部開(kāi)采的地質(zhì)剖面，此技術(shù)流程的應(yīng)用在預(yù)防礦山地質(zhì)災(zāi)害以及防治地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)方面的優(yōu)勢(shì)比較顯著[5-9]。

1 三維地震數(shù)據(jù)精細(xì)處理技術(shù)

本次實(shí)驗(yàn)基于呂梁東義集團(tuán)煤氣化有限公司鑫巖煤礦地震資料的精細(xì)處理項(xiàng)目，試驗(yàn)過(guò)程旨在探索針對(duì)該區(qū)更加行之有效的資料處理流程與參數(shù)。在山地地震資料處理中普遍存在的兩大難題即靜校正問(wèn)題和低信噪比問(wèn)題，處理過(guò)程中主要通過(guò)對(duì)靜校正、反褶積、疊前時(shí)間偏移等新技術(shù)、新方法的充分測(cè)試，最終形成了該區(qū)有針對(duì)性且效果良好的數(shù)據(jù)處理流程，獲得了理想的效果，有力地驗(yàn)證了智能化礦山物探技術(shù)在指導(dǎo)礦山實(shí)際開(kāi)采中具有很大實(shí)用性[10-15]。

1.1 靜校正技術(shù)

工區(qū)表層地質(zhì)條件比較復(fù)雜，地表高程變化大(圖1)，表層巖性橫向變化大，薄黃土沉積區(qū)、厚黃土沉積區(qū)交互，這些因素導(dǎo)致本區(qū)靜校正問(wèn)題非常突出，解決好靜校正問(wèn)題，是本次處理的關(guān)鍵任務(wù)[9，11-13]。

本次處理主要進(jìn)行了常規(guī)折射靜校正與非網(wǎng)格層析靜校正兩種校正方法的試驗(yàn)對(duì)比(圖2)，通過(guò)目標(biāo)線疊加剖面對(duì)比可以明顯看出，常規(guī)折射靜校正剖面起伏形態(tài)錯(cuò)誤，伴有假構(gòu)造的產(chǎn)生。而非網(wǎng)格層析靜校正后的剖面起伏形態(tài)符合本區(qū)實(shí)際情況，且消除了假構(gòu)造，同時(shí)目的層的成像質(zhì)量也有很大提高。由此我們確定非網(wǎng)格層析靜校正為本區(qū)應(yīng)用。

圖1 區(qū)內(nèi)地表高程分布Figure 1 Study area surface elevation distributions

圖2 常規(guī)折射靜校正(上)與非網(wǎng)格層析靜校正(下)剖面對(duì)比Figure 2 Comparison between sections from traditional refraction statics (upper) and non-grid tomographic statics (lower)

1.2 優(yōu)化反褶積技術(shù)

本區(qū)目的煤層主要是5號(hào)煤與10號(hào)煤層，兩層煤間距小，5號(hào)煤層對(duì)下賦10號(hào)煤層有一定屏蔽作用，影響了10號(hào)煤層的成像質(zhì)量。本次精細(xì)處理中應(yīng)用優(yōu)化反褶積技術(shù)，有效地增強(qiáng)了10號(hào)煤層成像質(zhì)量，同時(shí)提高了兩目的層的分辨率，為后續(xù)資料解釋打下良好基礎(chǔ)(圖3)。

圖3 優(yōu)化串聯(lián)反褶積前(上)后(下)剖面對(duì)比Figure 3 Comparison between sections from before series deconvolution optimization (upper) and after (lower)

圖4 疊后時(shí)間偏移(上)與疊前時(shí)間偏移(下)剖面對(duì)比Figure 4 Comparison between sections from poststack time migration (upper) and prestack time migration (lower)

1.3 疊前時(shí)間偏移技術(shù)

疊前時(shí)間偏移將共中心點(diǎn)道集轉(zhuǎn)換成共反射點(diǎn)道集，考慮了復(fù)雜陡傾界面的CMP道集反射點(diǎn)離散問(wèn)題，可以進(jìn)行彎曲射線追蹤，能在很大程度上適應(yīng)速度在縱向和橫向的變化[10]。

本項(xiàng)目處理中，在偏移方法上選用彎曲射線疊前時(shí)間偏移方法，重新分析疊前時(shí)間偏移速度，在速度譜上交互拾取時(shí)間速度對(duì)，控制好速度趨勢(shì)，使得速度場(chǎng)的變化趨勢(shì)與剖面的構(gòu)造形態(tài)大輪廓要保持一致。通過(guò)疊前時(shí)間偏移與速度分析迭代的方法來(lái)優(yōu)化均方根速度場(chǎng)。使得最終的速度場(chǎng)能最大限度的逼近地下介質(zhì)的速度，從而使CRP道集全部拉平。求得準(zhǔn)確的偏移速度模型后，以疊前CMP道集和速度模型為輸入，采用彎曲射線克?；舴蚍e分法對(duì)全數(shù)據(jù)體做疊前時(shí)間偏移。從圖4中明顯看出疊前時(shí)間偏移成果比較疊后時(shí)間偏移效果理想，對(duì)于目的層成像質(zhì)量有很大提高。同時(shí)對(duì)于構(gòu)造區(qū)域成像質(zhì)量也有了很大提高。

2 效果分析

本次精細(xì)處理主要采用了非網(wǎng)格層析靜校正、優(yōu)化反褶積、疊前時(shí)間偏移等新技術(shù)手段，處理中對(duì)各步驟處理參數(shù)進(jìn)行充分測(cè)試后選取最佳參數(shù)進(jìn)行處理，最終獲得剖面較老成果剖面構(gòu)造形態(tài)更加準(zhǔn)確、目的層突出，信噪比及分辨率有了明顯提高，尤其是小斷層反應(yīng)更加清晰(圖5)。

從圖6可以看出，沿5煤層振幅能量明顯增強(qiáng)，信噪比明顯提高，同時(shí)新數(shù)據(jù)體振幅屬性中工區(qū)北部弱振幅反映為煤層變薄區(qū)(圖6紅色虛線范圍內(nèi))，這與巷道實(shí)見(jiàn)情況也基本相符。

圖5 新(下)老(上)成果剖面對(duì)比Figure 5 Comparison between result sections from new method (lower) and old method (upper)

圖6 新(下)老(上)成果振幅對(duì)比Figure 6 Comparison between result amplitudes from new method (lower) and old method (upper)

3 結(jié)論

經(jīng)以上實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：通過(guò)三維地震勘探精細(xì)處理技術(shù)在智能礦井中的應(yīng)用，針對(duì)特定區(qū)域應(yīng)用新的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可以獲得更加清晰、正確的地下煤層的起伏形態(tài)、構(gòu)造發(fā)育、煤層厚度變化等情況的成果數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的獲得對(duì)指導(dǎo)礦區(qū)深部開(kāi)采、保障礦山安全生產(chǎn)具有很大的實(shí)用價(jià)值， 使地質(zhì)災(zāi)害一定程度上達(dá)到了人為可控，地質(zhì)保障成為抑制煤礦事故的關(guān)鍵。