陡傾角煤層區三維地震勘探技術探討

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摘要:以地表相對高差132m的黃土覆蓋區且煤層傾角30°~60°的王家山礦區為例，闡述了復雜地表條件下，陡傾角煤層區域三維地震勘探觀測系統設計、地震資料采集、地震資料處理與解釋的技術方法。

關鍵詞:黃土塬；陡傾角；觀測系統；疊前深度偏移

0引言

中西部地區煤炭資源占我國煤炭資源儲量的2/3以上，鉆探勘探成本大，構造控制精度較低，應用三維地震勘探技術進行中西部地區構造勘探，是煤礦的首選技術，但如何提高地震勘探的準確率，是首先要解決的問題。本文依托王家山煤礦三維地震勘探項目，對復雜地表條件下，陡傾角煤層區的三維地震勘探技術進行了嘗試。

1地質概況

王家山礦區地形起伏大，最大相對高差約130m；區內局部區域存在高差達20余米的直立陡坎和沖溝。區內約80%的區域被厚度較大的松散黃土層所覆蓋，約20%的區域為白堊系、侏羅系出露地表區。復雜的地形條件給野外測線布置帶來了較大的不便，橫向變化迅速的淺層結構給地震勘探的成孔與接收帶來了較大的困難。另外，多年開采形成的塌陷區對地震波傳播路徑帶來不利影響。礦區主采煤層是2#、3#、4#煤層，其中2#煤層與4#煤層厚度較大；煤層頂、底板以砂巖與泥巖為主，一般來說，煤層與砂巖、泥巖之間存在較大的波阻抗差異，能夠形成連續性較好的反射波，煤層層數多，對解釋落差較大斷層的性質、落差和視傾角有利；但經驗表明，上覆煤層對反射波的能量具有較強的吸收作用，使得下傳的反射波能量減弱。另外，三維地震區內條件比較復雜，主要表現為：地層傾角大（見圖1（a）），給野外施工、資料處理及解釋都帶來很大的困難；煤層結構、煤層層間距及厚度變化較大，2#、4#煤層間距在40~100m，3#煤層存在沉積缺失區、4#煤層煤局部有分叉合并現象，這種現象同時出現時，容易增加解釋的多解性。

2勘探難點

在以往地震勘探經驗的基礎上，分析勘探區地震地質條件，總結了勘探技術難點，主要表現：①黃土塬區的地震單炮記錄信噪比、分辨率低，勘探區大部分為黃土丘陵區，且黃土層較厚；②因交通不便，基巖裸露風化區的成孔相對困難；③塌陷影響區破壞地震波的正常傳播路徑；④勘探區地表高差較大、低（降）速帶厚度橫向變化劇烈，靜校難度大；⑤勘探區內煤層埋藏深度變化大，單一觀測系統難以保證全區的勘探效果；⑥勘探區地層角30°～60°，成像難度較高；⑦煤層層數多，間距小，鉆孔資料稀少，同時缺少聲波與密度測井曲線，反射波地質含義標定難度大。

3技術對策

3.1觀測系統設計

觀測系統軟件模擬可知，煤田勘探常用的條束狀觀測系統存在炮檢距與方位角分布不均勻的問題，實踐證明，這種問題會影響靜校正的效果。而采用束狀磚塊觀測系統可以改善炮檢距與方位角分布不均勻的問題，進而提高靜校正的精度；解決低信噪比的主要措施為增加有效覆蓋次數、加大激發井深與藥量。地震勘探中，疊前偏移處理技術是確保大傾角地區準確成像的主要手段，而疊前偏移一般要求資料采集時應用寬方位角、大排列接收的觀測系統進行數據采集，同時大傾角地層地震勘探時應較小的接收道距；實際資料證明，下傾接收會降低地震資料的分辨率，所以觀測系統設計時應采用下傾激發方式。結合勘探區地球物理參數，設計了10線10炮制磚塊式束狀觀測系統，具體參數：線距40m，接收道距10m，接收道數（在埋藏深度小于400m的區域為單線48道，在埋藏深度400~720m的區域為單線84道，埋藏深度大于720m的區域單線為108道），覆蓋次數為30次，面元網格為5m×10m。

3.2資料采集

（1）試驗工作進行試驗時，分別在黃土區激發與接收、黃土區激發基巖裸露區接收、基巖裸露區激發黃土區接收、基巖裸露區激發與接收。試驗結果表明，在黃土區激發時，激發層位選擇在黃土顏色變深或者含水較多的位置，能夠取得較好的激發效果；在基巖裸露區激發時，井深大于4m能夠取得較好的激發效果。比較單炮記錄可知（見圖2），在基巖裸露區激發與接收的效果最好，基巖裸露區激發黃土中接收效果次之，黃土中同時激發與接收的效果最差。因此，在黃土區施工時，盡量做到在基巖裸露區激發，能夠保證獲得較為理想的單張記錄。（2）生產工作針對復雜的地震地質條件，生產施工時需采取的措施：①對激發點進行加密測量，確保激發點不在設計位置的炮點位置準確；②盡可能采取在基巖中激發、黃土塬上接收的施工方式來提高地震資料的信噪比與分辨率；③采用特殊觀測系統，對資料質量較差的地段進行補炮；④對基巖裸露風化區，利用淺井組合或機械鉆成孔；⑤野外施工過程中，嚴格按照“下傾放炮、充分鑲邊”的原則，確保第一手資料的質量；⑥加強塌陷影響區的調查工作，保證炮點、檢波點不進入塌陷影響區，為了彌補檢波點減少導致的覆蓋次數下降的影響，采用在下傾方向加密炮點的設計思路保證資料質量；⑦及時進行記錄評級，并將評級結果標示在工程布置圖上，參照評級結果，對后續施工中品質較差的記錄，應用非縱觀測的方法進行彌補。

3.3資料處理

（1）靜校正本區地表相對高差大，坡度大，且沖溝發育，在資料處理時，做好地表一次靜校正尤為重要。因此，首先利用三維初至折射靜校正軟件反演地下地層速度結構，求取野外一次靜校正量，利用模擬結果進行地表一次靜校正。經過靜校正后，單炮記錄中同相軸連續性明顯變好。（2）疊前噪音衰減試驗記錄顯示，工區存在各種噪音干擾，針對不同噪音采用了有針對性的噪音壓制技術。①剔除無效的廢炮、廢道，對超過閥值的異常振幅進行自動識別、衰減，并將其去除；②采用基于波動方程模型的自適應面波衰減方法，用發散的線性噪音進行建模，對于每個頻率/波數子集，根據信噪比信息，進行模型與數據自適應匹配，建立模型，最后從數據中減去面波；③在不同的頻段內，以加權中值為參考，自動識別噪聲，并根據噪音與信號的數值相對關系，計算加權曲線，對噪音進行衰減。（3）相位一致性處理工區采用不同的炮集方式進行施工，分別為黃土區施工及基巖區施工。2種炮集記錄具有不同的相位特征，如果不進行相位校正，在重疊部分會出現不同相疊加，所以在反褶積前需要做好相位一致性處理工作。處理時，選擇基巖區和黃土區炮集重復的疊加段，求取子波算子。（4）偏移偏移處理是使地下反射點真實歸位、繞射波收斂、提高橫向分辨率的重要手段。處理時使用了一步法疊后偏移模塊，偏移速度是平滑處理后的100%疊加速度，偏移剖面顯示，剖面連續性較好、信噪比較高，斷點也比較清晰。為進一步提高資料的精度，在原三維地震資料預處理的基礎上進行了疊前深度偏移處理。疊前深度偏移有效提高了小斷層的識別精度。圖3為巷道揭露的3條斷層，在疊后時間偏移剖面上，F1斷層的升降關系與實際揭露資料不符，F2斷層落差偏小。疊前深度偏移剖面上F1、F2、F3這3條斷層的平面位置、落差與揭露資料一致性較好。

3.4資料解釋

資料解釋時首先對測井資料進行分析，選擇人工伽馬測井曲線與視電阻率曲線擬合出聲波測井曲線，利用擬合出的聲波測井曲線與地震數據聯合制作人工合成地震記錄，并將合成地震道與井旁實際地震道進行對比，最終將地震時間剖面上的主要反射波（波組）與地質目的層對應起來。進行波的對比時，以全區可以連續追蹤對比的2＃煤層及4＃煤層反射波為主進行波的對比與追蹤。圖3疊后偏移與疊前深度偏移剖面對比圖

4驗證情況

巷道驗證了疊前深度偏移成果解釋的落差大于10m的斷層3條，最大落差誤差5m，最小落差誤差1m，最大平面擺動誤差25m，最小平面擺動誤差13m。巷道資料顯示，2條落差小于5m的斷層地震資料不能進行準確解釋。

5結語

在復雜地表條件下陡傾角區進行三維地震勘探時，合理的觀測系統設計是取得良好勘探效果的前提；精細、科學的施工方法是取得良好資料野外資料的基礎。疊前深度偏移技術是解決陡傾角地層成像的有力保障。實際資料表明，只要觀測系統設計合理、采集參數應用得當、資料處理方法正確，在復雜地表條件下的陡傾角區進行三維地震勘探是能夠取得較理想的地質效果的。

參考文獻：

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作者:湯紅偉 單位:中煤科工集團 西安研究院有限公司