高分辨率三維地震勘探技術(shù)在彬長(zhǎng)礦區(qū)的應(yīng)用

關(guān)民全

（中國(guó)煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)勘查院，河北 邯鄲 056004）

1 概述

本次三維地震勘探區(qū)位置位于陜西省的中部，所屬地區(qū)的煤炭資源儲(chǔ)量非常豐富，在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域?qū)儆谖覈?guó)西北大開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)核心區(qū)域，具有較高的經(jīng)濟(jì)地位。一方面勘探去地形地質(zhì)條件多樣化，主要開(kāi)采煤層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)也為復(fù)雜類(lèi)型，又因?yàn)辄S土高原地區(qū)蒸發(fā)量大于降雨量，造成無(wú)潛水或者潛水埋藏較深，加上溝壑密布的地形地貌，造成三維地震激發(fā)條件、接受條件差異十分巨大，嚴(yán)重不利于數(shù)據(jù)采集。另一方面是復(fù)雜的地球物理?xiàng)l件，另一方面是日趨需要的勘探精度，因此如何將在中東部地區(qū)成熟的三維地震技術(shù)因地制宜的引用到西部煤田地區(qū)，對(duì)于發(fā)展西部的煤炭經(jīng)濟(jì)具有重要意義。

本文通過(guò)在具體典型代表意義的勘探區(qū)，在復(fù)雜煤層區(qū)，對(duì)數(shù)據(jù)采集關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)多屬性資料處理與解釋技術(shù)進(jìn)行研究，經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)和探索，成功的開(kāi)展了三維地震勘探工作，并取得了良好的效果。

2 工作區(qū)位置及自然地理情況

本次三維地震工作區(qū)處于彬長(zhǎng)井田的南部區(qū)域，地理位置咸陽(yáng)市彬州市與咸陽(yáng)市長(zhǎng)武縣接壤地帶。工作區(qū)地形是典型的黃土高原地貌，黃土塬、黃土溝谷、不通的河流階地等均勻發(fā)育，整體來(lái)說(shuō)溝壑較多，地形較為復(fù)雜，施工難度較大，在地形類(lèi)別劃分上位于塬梁溝壑區(qū)。

3 工作區(qū)地質(zhì)概況

三維地震勘探區(qū)的地層發(fā)育較全，區(qū)內(nèi)的地層由老至新主要以下統(tǒng)組組成：三疊系上統(tǒng)地層的胡家村組，侏羅系地層下統(tǒng)的富縣組、侏羅系地層中下統(tǒng)的延安組，侏羅系地層中統(tǒng)的直羅組與安定組；白堊系地層下統(tǒng)的宜君組、白堊系地層下統(tǒng)的洛河組、白堊系地層下統(tǒng)的華池環(huán)河組；古近系地層的小章溝組；第四系地層的更新統(tǒng)與全新統(tǒng)。

勘探區(qū)內(nèi)的主要含煤地層為、侏羅系地層中下統(tǒng)的延安組，共分為3 號(hào)煤層組、4 號(hào)煤層組兩個(gè)含煤層組，3號(hào)含煤層組總厚度0～45.71m，平均厚度約為20m，在局部地區(qū)又分叉為3-1煤層、3-2煤層；4 號(hào)含煤層組累計(jì)總厚度0～98.13m，在局部地區(qū)又分叉為煤層4 煤層、4 上-1煤層、4 上-2 煤層、4 上煤層，其中4 上-1 煤層、4 上-2 煤層、4上煤層在工作區(qū)內(nèi)又為上分叉煤層。

4 煤層是本次三維地震勘探區(qū)內(nèi)的主要目的煤層，煤層厚度0.8～19.21m，平均煤層厚度約11.63m，根據(jù)煤層分類(lèi)屬于特厚煤層，煤層內(nèi)部結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，夾矸層一般不大于2 層，夾矸層不大于0.3m，夾矸層的巖性為泥巖或者炭質(zhì)泥巖；4 上煤為4 號(hào)煤的上分叉煤層，煤層厚度0～7.02m，平均2.87m，煤層內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，夾矸層最多可達(dá)到10 層，夾矸層巖性基本上為泥巖或者是砂質(zhì)泥巖，煤層夾矸層總厚度0.051～0.72m；4 上-1 煤煤層又為4 上號(hào)煤層的上分岔煤層之一，在三維地震勘探區(qū)煤層厚度0～1.71m，煤層平均1.23m，煤層內(nèi)部結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，一般只有一層夾矸層，厚度0.11～0.61m；4 上-2 煤層為4 上煤的最上層的分岔煤層，煤層厚度0.1～2.35m，平均厚度1.37m。煤層內(nèi)部結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，一般只有一層夾矸層，巖夾矸層主要為砂質(zhì)泥巖，夾矸厚最大為0.31m。

4 數(shù)據(jù)采集中的技術(shù)難點(diǎn)及采取的措施

4.1 技術(shù)難點(diǎn)

4.1.1 黃土覆蓋區(qū)表淺層地層結(jié)構(gòu)松散，地震波散射嚴(yán)重，能量衰減劇烈，而且易產(chǎn)生強(qiáng)烈干擾。

4.1.2 測(cè)線(xiàn)需穿過(guò)公路、村莊等人文活動(dòng)較豐富的地段，致使隨機(jī)干擾增強(qiáng)。

4.1.3 工作區(qū)存在道路、村莊、河流、養(yǎng)殖場(chǎng)、魚(yú)塘、高壓線(xiàn)、窯洞等形成的障礙物區(qū)，嚴(yán)重影響部分炮、檢點(diǎn)的到位率，對(duì)數(shù)據(jù)的連續(xù)觀(guān)測(cè)造成一定影響。

4.2 采取的措施

4.2.1 生產(chǎn)前首先進(jìn)行波場(chǎng)調(diào)查，基本了解了各類(lèi)干擾波在記錄上的分布、出現(xiàn)的時(shí)間以及對(duì)有效波的影響范圍，準(zhǔn)確對(duì)面波隨距離及時(shí)間的衰減情況進(jìn)行了分析，并根據(jù)分析結(jié)果采取了針對(duì)性措施進(jìn)行干擾波壓制，突出了有效波。檢波器插置做到了準(zhǔn)、直、實(shí)，確保與地的良好耦合；并且在放炮前對(duì)環(huán)境噪音進(jìn)行錄制，對(duì)埋置不好的檢波器進(jìn)行了重新埋置。

為準(zhǔn)確獲得原始數(shù)據(jù)，首先在正式數(shù)據(jù)采集前進(jìn)行低速帶波場(chǎng)調(diào)查，掌握了各類(lèi)干擾波的特性，掌握其在記錄上分布規(guī)律，對(duì)有效波影響情況；對(duì)面波在距離及時(shí)間上的變化情況進(jìn)行了分析調(diào)查，并根據(jù)調(diào)查的結(jié)果進(jìn)行干擾波壓制，突出了有效波。檢波器插置做到了準(zhǔn)、直、實(shí)，確保達(dá)到較好的與地耦合；并且在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集前，錄制了環(huán)境噪音情況，并檢查了檢波器的埋置情況。

4.2.2 在公路、村莊等人文活動(dòng)較豐富的地段進(jìn)行施工時(shí)，檢波器容易受隨機(jī)干擾，為了減少干擾情況，對(duì)勘探區(qū)內(nèi)車(chē)流情況及重大人文活動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)讓監(jiān)控，重要地區(qū)，經(jīng)與當(dāng)?shù)夭块T(mén)協(xié)調(diào)后，對(duì)車(chē)輛進(jìn)行分流管理，對(duì)重大施工工地進(jìn)行分時(shí)分段施工。

4.2.3 針對(duì)區(qū)內(nèi)存在的多處障礙物區(qū)，三維地震勘探采區(qū)因地制宜、靈活多變的方針。

4.2.3.1 采用GPS 對(duì)影響施工的道路、村莊、河流、養(yǎng)殖場(chǎng)、魚(yú)塘、高壓線(xiàn)、窯洞等障礙物提前進(jìn)行了實(shí)際坐標(biāo)測(cè)量，畫(huà)出草圖范圍，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，計(jì)算好炮點(diǎn)分布圖，優(yōu)化采集參數(shù)。

4.2.3.2 對(duì)于受障礙物影響無(wú)法正常布設(shè)炮、檢點(diǎn)時(shí)，采用特殊觀(guān)測(cè)系統(tǒng)。對(duì)于沿測(cè)線(xiàn)線(xiàn)束方向延伸較短的障礙物將不能放炮的炮點(diǎn)按照規(guī)范要求實(shí)施變觀(guān)，必要時(shí)采用改變排列的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，保證疊加次數(shù)。對(duì)于沿測(cè)線(xiàn)線(xiàn)束方向延伸較長(zhǎng)的障礙物形成連片區(qū)域，本次施工除采取上述措施外，還在障礙物區(qū)左右兩側(cè)布置炮點(diǎn)，進(jìn)行隔束觀(guān)測(cè)，這樣在保證障礙物區(qū)下部數(shù)據(jù)覆蓋的同時(shí)也降低了由于障礙物分布導(dǎo)致的測(cè)線(xiàn)間距不均，進(jìn)而引起反射點(diǎn)分布不均勻的影響；同時(shí)，施工中經(jīng)詳細(xì)踏勘，充分利用了障礙物區(qū)內(nèi)部建筑物的間隙，在保障安全的前提下，選擇適當(dāng)?shù)囟尾贾门邳c(diǎn)，優(yōu)選了小炮檢距的炮點(diǎn)，進(jìn)一步保證障礙物區(qū)下部數(shù)據(jù)覆蓋。

4.2.3.3 對(duì)與受障礙物影響偏移的炮、檢點(diǎn)進(jìn)行了點(diǎn)點(diǎn)實(shí)測(cè)坐標(biāo)和高程，確?？臻g屬性建立正確。

4.2.3.4 受天氣影響背景噪音較大時(shí)，及時(shí)停工，保證原始資料質(zhì)量。

4.2.3.5 為完成地質(zhì)任務(wù)，嚴(yán)格按照試驗(yàn)既定參數(shù)施工，采集進(jìn)行全頻帶接收，確保地震波頻率不因采集而降低。

5 高分辨三維地震勘探關(guān)鍵技術(shù)

5.1 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

三維地震勘探一個(gè)重要部分就是設(shè)計(jì)有效科學(xué)的觀(guān)測(cè)系統(tǒng)，其目的就是在規(guī)范要求下，利用炮點(diǎn)與檢波點(diǎn)進(jìn)行不同的排列組合，獲得較為均勻的地下反射網(wǎng)格，最終達(dá)到規(guī)范要求的疊加覆蓋次數(shù)。以求獲得分辨率較高、高信噪比、保真度較高的原始數(shù)據(jù)，最終獲得相關(guān)地下三維地質(zhì)體的精確資料。

三維地震的觀(guān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，影響因素較多，在滿(mǎn)足目的任務(wù)要求基礎(chǔ)上，充分考慮到地形地質(zhì)條件、目的層埋深、構(gòu)造的分布規(guī)律、主要地層的傾角等因素，本次勘探過(guò)程中，具體設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 觀(guān)測(cè)系統(tǒng)參數(shù)表

5.2 資料處理技術(shù)

在資料處理過(guò)程中，要充分的對(duì)各類(lèi)地質(zhì)條件、影響因素進(jìn)行考慮，根據(jù)原始數(shù)據(jù)采集情況制定出適合本地區(qū)的處理參數(shù)，在資料處理過(guò)程中做好關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制，保證處理結(jié)果的準(zhǔn)確性。

數(shù)據(jù)錄入階段：逐一檢查單炮記錄，挑出廢炮、干擾炮及由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)錄造成的短記錄現(xiàn)象。

預(yù)處理階段：對(duì)三維地震勘探觀(guān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行定義，同時(shí)要對(duì)每束線(xiàn)的實(shí)施炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)進(jìn)行實(shí)際材料圖繪制，顯示線(xiàn)性動(dòng)校正初至，檢查觀(guān)測(cè)系統(tǒng)定義是否準(zhǔn)確。

疊加前干擾壓制階段：檢查干擾壓制前后的記錄中干擾的去除情況。

振幅補(bǔ)償階段：檢查振幅補(bǔ)償前后單炮記錄，并用DMO 疊加純波剖面以及疊后隨機(jī)噪音衰減后純波剖面進(jìn)行監(jiān)控。

反褶積階段：應(yīng)用頻率掃描、頻譜分析方式在反褶積前后進(jìn)行監(jiān)控，最后應(yīng)用DMO 疊加、三維偏移結(jié)果分析反褶積處理結(jié)果是否合理。

初步疊加階段：繪制Inline 和Crossline 兩個(gè)方向的疊加剖面，分析資料分辨率變化情況，找出出現(xiàn)分辨率變化的原因，及時(shí)判斷處理中是否存在問(wèn)題。

圖3 褶皺在時(shí)間剖面、水平時(shí)間切片上的反映

速度分析階段：用NMO 道集檢查疊加速度精度，用Inline 和Crossline 兩個(gè)方向的等速剖面檢查速度橫向變化的合理性，用疊加速度變速掃描檢查疊加效果。并根據(jù)地質(zhì)層位和測(cè)井速度檢驗(yàn)速度拾取的合理性。

剩余靜校正階段：用NMO 疊加在Inline 和Crossline兩個(gè)方向檢驗(yàn)其結(jié)果，并繪制剩余靜校正量曲線(xiàn)檢查剩余靜校正問(wèn)題的解決效果。

時(shí)間偏移階段：充分用Inline 和Crossline 兩個(gè)方向的等速剖面檢查速度橫向變化的合理性。結(jié)合本區(qū)實(shí)際情況，通過(guò)與已知資料進(jìn)行對(duì)比分析，檢查偏移結(jié)果的合理性。

在本次工作資料數(shù)據(jù)處理中，通過(guò)大量的對(duì)比試驗(yàn)確定了主要處理模塊和參數(shù)情況，針對(duì)本次勘探區(qū)地質(zhì)特征，選取了適合本區(qū)的處理模塊和參數(shù)，力求能夠做到分析詳細(xì)、全面，測(cè)試充分，最終確保了資料的高信噪比和高分辨率，見(jiàn)圖1。

圖1 資料處理后典型時(shí)間剖面

5.3 資料解釋技術(shù)

5.3.1 常規(guī)資料解釋

在高質(zhì)量地震數(shù)據(jù)體的基礎(chǔ)上，采用的三維地震地質(zhì)構(gòu)造精細(xì)解釋技術(shù)，首先要通過(guò)地質(zhì)模型正演，對(duì)勘探區(qū)內(nèi)的構(gòu)造規(guī)律、地層沉積變化進(jìn)行擬合，結(jié)合試驗(yàn)情況，選用合適的參數(shù)用于智能化的解釋軟件。將獲得的不同參數(shù)圖像進(jìn)行綜合分析，反復(fù)研究。通過(guò)多屬性的處理解釋?zhuān)瑢?duì)以往不利于分辨的小異常有了重新認(rèn)識(shí)，通過(guò)多參數(shù)、多屬性技術(shù)手段提高了成果精度。

三維數(shù)據(jù)體中包含著工地層、構(gòu)造、煤層、巖性等多種地質(zhì)信息，資料解釋就是選擇科學(xué)的技術(shù)方法結(jié)合合適的技術(shù)手段將三維數(shù)據(jù)體內(nèi)的地震數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換豐富成地質(zhì)信息的過(guò)程，這是一個(gè)反復(fù)認(rèn)識(shí)、不斷深化的過(guò)程。在資料解釋過(guò)程中必須結(jié)合井田構(gòu)造規(guī)律、解釋經(jīng)驗(yàn)及已知探明揭露的地質(zhì)情況不斷地深化研究三維數(shù)據(jù)體內(nèi)的地震數(shù)據(jù)信息，見(jiàn)圖2-3。

圖2 DF4 斷層在時(shí)間剖面、水平時(shí)間切片及順層切片上的反映

5.3.2 地質(zhì)異常體（薄煤區(qū)）解釋

遵照由已知推未知的原則，首先對(duì)已知地質(zhì)資料及鉆孔資料進(jìn)行分析，總結(jié)地震相特征；然后將區(qū)內(nèi)其它地段的地震相與之相類(lèi)比，從而推及全區(qū)，圈定其它地段的薄煤區(qū)。薄煤區(qū)段在地震時(shí)間剖面上，主要表現(xiàn)為原波組關(guān)系消失，T4 波同相軸變?yōu)闃O弱或消失等，見(jiàn)圖4。

圖4 薄煤區(qū)解釋示意圖（左圖：時(shí)間剖面解釋?zhuān)覉D：順層切片解釋?zhuān)?/p>

5.3.3 屬性解釋

針對(duì)三維地震地震勘探的特點(diǎn)、煤系地層的沉積特征及所要解決的地質(zhì)問(wèn)題，地震屬性技術(shù)可以進(jìn)一步提高精細(xì)解釋程度。煤儲(chǔ)層沉積較為穩(wěn)定，層性特征明顯，煤儲(chǔ)層上下圍巖多為砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖等，與煤儲(chǔ)層相比有較大的波阻抗差異，發(fā)育于煤系地層中的小斷層，多表現(xiàn)為反射波同相軸出現(xiàn)扭曲、振幅能量相對(duì)減弱、能量的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換等，這為采用地震屬性識(shí)別小斷層奠定了地球物理基礎(chǔ)。因而，通過(guò)以目標(biāo)為基礎(chǔ)的地震屬性分析，可得到發(fā)育于煤系地層中表征微小構(gòu)造或斷層特征的構(gòu)造屬性值，使原來(lái)解釋手段難以認(rèn)識(shí)的地質(zhì)構(gòu)造信息得到較好識(shí)別，使原來(lái)不清晰的地質(zhì)構(gòu)造信息得到加強(qiáng)和放大。

針對(duì)三維地震地震勘探的特點(diǎn)、煤系地層的沉積特征及所要解決的地質(zhì)問(wèn)題，地震屬性技術(shù)可以進(jìn)一步提高精細(xì)解釋程度。煤儲(chǔ)層沉積較為穩(wěn)定，層性特征明顯，煤儲(chǔ)層上下圍巖多為砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖等。賦存于煤系地層中的小斷層與煤層及圍巖在波阻抗上有著明顯的差異，其表現(xiàn)特征主要為振幅能量相對(duì)較弱，反射波同相軸扭曲等。這是采用屬性技術(shù)尋找小斷層的地球物理勘探基礎(chǔ)理論。因而，通過(guò)以目標(biāo)為基礎(chǔ)的地震屬性分析，可以準(zhǔn)確判斷發(fā)育的較小構(gòu)造地質(zhì)特征及構(gòu)造屬性值，這使得以往技術(shù)手段難以識(shí)別的微差異常更利于辨別，加強(qiáng)和放大了各類(lèi)地質(zhì)信息，增強(qiáng)了分辨率。

在認(rèn)真分析工作區(qū)地震解釋成果的基礎(chǔ)上，對(duì)目的層反射波同相軸進(jìn)行自動(dòng)追蹤，保證地震屬性的解釋成果不受人為因素影響，能更客觀(guān)的反映各種異常，生成的屬性圖件也更加真實(shí)可靠。本次三維地震勘探所采用的三維地震屬性有：振幅類(lèi)、方差類(lèi)、頻率類(lèi)等，從不同角度反映了研究對(duì)象的巖性、物性變化及地質(zhì)異常的變化，這為研究發(fā)育于煤層中的構(gòu)造提供了重要依據(jù)，見(jiàn)圖5。

圖5 屬性解釋示意圖

6 應(yīng)用效果分析

經(jīng)過(guò)本次高分辨三維地震勘探工作，查明了4 個(gè)褶曲構(gòu)造，解釋斷層16 條，勘探區(qū)北部解釋的DF16 斷層基本與巷道揭露斷層位置相吻合，控制了巷道處斷層產(chǎn)狀、性質(zhì)及平面延伸情況，應(yīng)用效果良好，見(jiàn)圖6。

圖6 勘探前后構(gòu)造對(duì)比示意圖

7 結(jié)論

在地形、地貌復(fù)雜多樣，深部煤層結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜的西部地區(qū)開(kāi)展高分辨率三維地震勘探工作，通過(guò)我們的實(shí)踐表明，通過(guò)合理分析數(shù)據(jù)采集難點(diǎn)并制定針對(duì)性應(yīng)對(duì)措施，科學(xué)設(shè)計(jì)觀(guān)測(cè)系統(tǒng)和處理流程，采用常規(guī)解釋與屬性精細(xì)解釋相結(jié)合的方法，可以得到較為可靠的的地質(zhì)成果，提高了地質(zhì)勘探精度。本項(xiàng)目成功為在此類(lèi)似地區(qū)進(jìn)行高分辨率的煤田地震勘探提供了技術(shù)參考經(jīng)驗(yàn)，這對(duì)于提高煤田三維地震勘探精度，推動(dòng)發(fā)展我國(guó)西部煤炭經(jīng)濟(jì)是有很大意義的。