三維地震勘探技術在山區復雜地形的應用

牛跟彥

（中煤科工集團西安研究院，陜西省西安市，710077）

三維地震勘探技術在山區復雜地形的應用

牛跟彥

（中煤科工集團西安研究院，陜西省西安市，710077）

針對馮家塔井田地形復雜，局部厚黃土覆蓋，表、淺層地震地質條件差等情況，采用科學嚴謹的野外施工方法保證了三維地震勘探的第一手資料的準確性，數據處理時采用靜校正和地表一致性反褶積等處理模塊，最大限度提高資料的分辨率，最后使用人機交換的解釋系統進行解釋成圖，取得了較好的地質勘探效果。

三維地震勘探 復雜地形 斷層

1 井田概況

馮家塔井田地處陜北黃土高原北部，地表基本被第四系松散沉積物覆蓋。地勢中、西部高，向北、東、南3個方向變低，海拔標高一般在1000～1100m之間。區內最高點位于井田中部的老畔圪塔，高程1153.3m；最低點位于井田南部的海則廟溝口，高程825.0m。相對高差328.3m。地層自東南向西北，沿黃河西岸、海則廟溝及主要支溝由老而新依次出露古生界奧陶系中統馬家溝組，石炭系中統本溪組、上統太原組，二疊系下統山西組、下統下石盒子組、上統上石盒子組、上統石千峰組和中生界三疊系劉家溝組；新生界新近系上新統靜樂組、第四系下更新統午城組、中更新統離石組、上更新統馬蘭組及全新統沖、洪積層等松散沉積物不整合于這些老地層之上，大面積分布于梁、峁和溝谷地帶。

含煤地層主要為山西組和太原組，總厚度平均120m左右，共含煤層4～19層，其中可采煤層2～12層。山西組平均厚度40m，含煤層1～6層，自上而下編號為2＃、3＃和4＃煤層。太原組平均厚度80m，含煤層3～14層，自上而下編號為5＃、6＃、7＃、8＃、9－1＃、9－2＃、10－1＃、10－2＃和11＃煤層。井田內可采煤層為2＃、4＃、8＃和9－2＃煤層，其他煤層為次要可采煤層或不穩定煤層。井田包夾于清水川地塹、區域性撓褶帶、海則廟溝與黃河之間，邊緣地帶構造較復雜，但井田內部及首采區構造簡單，整體為一向北西傾斜的單斜，地層產狀總體較平緩，一般傾角2～9°，但撓褶帶及其以西，地層產狀急劇變陡，一般傾角達15～30°。根據地質填圖和前期地震資料分析，區內地表無較大斷層和褶皺存在，在二維地震測線經過處解釋和推斷出落差在5.2～18.7m之間的隱伏小斷層（點）9條，其中大于10m的小斷層（點）僅1條，并位于北緣清水川地塹南側。

2 地球物理特征

（1）表、淺層地震地質條件。馮家塔井田屬典型的黃土高原地貌，地形支離破碎，起伏變化大，第四系松散層廣泛分布于梁峁和坡地之上，厚度0～150m不等，對地震波的激發接收不利。但溝谷內一般出露基巖或松散層覆蓋薄，潛水面一般較高，對激發、接收較為有利，總之表、淺層地震地質條件較差。

（2）深層地震地質條件。區內深部主要為砂巖、泥巖互層夾煤層，沉積穩定。地層傾角小，主煤層厚度2～8m，埋藏深度較淺，多在300m以內。煤層頂底板巖性密度為2.35～2.55g/cm3，與煤層密度為1.42～1.58g/cm3差異較大，煤層的縱波速度為1700～2400m/s，與圍巖的縱波速度3300～3800m/s差異較大，因此，可獲得較強振幅的反射波，因此本區深層地震地質條件較好。

綜合以上情況，表層和淺層的地震地質條件較差，深層地震地質條件較好。

3 施工方法

施工前結合該區表、淺層地震地質條件，深層地震地質條件及復雜地形的特點，為選出最佳施工采集參數，確定合理的施工方案，正確指導野外數據采集，施工前進行了系統的試驗工作。首先在勘探區進行了12個低速帶厚度調查點的低速帶調查工作，針對全區低速帶厚度的變化情況以及目的層埋深的變化情況，有針對性地布設了6個試驗點，過鉆孔布設了一條二維試驗線。

對所得的點試驗單炮記錄和二維線試驗所得的地震時間剖面進行了認真細致的分析研究之后，結合地質任務確定了施工的具體參數。

（1）觀測系統。觀測系統類型：三維觀測系統，束狀，8線5炮，中點激發。

接收道數：480道（60道×8線）；

接收道距：10m；

接收線距：20m；

炮線（點）距：20m、60m；

疊加次數：20次；

CDP網格：5m×10m；

最小非縱距：10m；

最大非縱距：150m；

最大炮檢距：335m。

（2）激發參數。對井深、藥量試驗的單炮記錄進行了對比分析得出：在基巖出露區和第三系紅層區5～8m井深所得地震試驗資料最好；在薄黃土區覆蓋區井深需在15～20m，且以鉆入第三系紅層2m方能得到較理想的地震記錄；厚黃土區由于厚黃土的土質干燥、松散激發能量衰減快，所以井深需25～40m，并且兩井組合才能得到煤層有效反射波。

在基巖出露區和第三系紅層區所用藥量為1.5kg，薄黃土區為2.5kg，厚黃土區為6kg。

（3）接收參數。儀器采用加拿大Arise遙測數字地震儀和自然頻率為60Hz檢波器，檢波器3個串聯、堆放接收。接收記錄長度1s，采樣間隔1ms，全頻帶接收。

4 三維地震勘探數據處理與解釋

資料處理設備為PC－CLUSTER機群，處理軟件主要有法國CGG處理系統和國內的GRISYS系統。在詳細分析了原始資料特點，本著“高信噪比、高分辨率、高保真度”的原則，經過對處理模塊和參數的反復試驗，尤其針對該區地形復雜，表、淺層地球物理特征差的情況，在線性動校正、折射波靜校正、反褶積測試、速度分析和三維剩余靜校正等重要技術環節方面，進行了大量的試驗和反復的對比，最終取得了理想的三維數據體，處理后的偏移時間剖面如圖1所示。

圖1 偏移時間剖面

地震資料解釋是利用美國斯侖貝謝（Geo－Frame）地震解釋軟件，在偏移數據體上進行解釋，首先利用鉆孔測井資料制作人工合成地震記錄，根據抽層結果確定各反射波組的地質層性，將地震反射波與地下地質目的層聯系起來，在整個三維數據體中，以人工解釋為基礎、工作站人機聯作解釋為工具，由粗到細逐步進行解釋。

（1）斷層的解釋。在時間剖面上解釋斷層斷點的依據為煤層反射波同相軸錯斷、分叉合并、扭曲及同相軸產生突變等，認為5m左右的小斷層在巷道掘進過程中影響較大，在解釋過程中采用處理性解釋軟件對小斷層進行了認真的分析解釋后，新發現了9條斷層，否定了以前二維地震勘探解釋斷點4個。圖2是新發現斷層之一DF1斷層在時間剖面上表現小斷層特征的扭曲反映，圖3是否定以前二維地震勘探解釋落差9m的F101斷點，從時間剖面上看出煤層反射波同相軸連續性完好、無斷點特征的表現。

（2）主采煤層賦存形態和深度的解釋。在構造解釋的基礎上，由工作站繪圖系統將拾取的目的層反射波時間值，經網格化及平滑處理后自動繪制出等時平面圖。然后，利用速度研究的結果由繪圖軟件進行時深轉換，并將深度數據進行網格化和平滑處理及局部人工干預修飾，自動繪制主采煤層底板等高線圖。

（3）主采煤層煤厚變化趨勢的解釋。對煤層煤厚變化趨勢的檢測，傳統的方法是借助鉆孔資料進行類比、內插而獲得。對于單個鉆孔，煤厚數據是準確的。然而在任何勘探區內，鉆孔的數量是有限的，往往孔距都比較大，其內插煤厚值的可信度很低。本次解釋在利用已知鉆孔的基礎上采用近年使用比較成熟的以模型為基礎的稀疏脈沖波阻抗反演方法預測了各主采煤層厚度變化趨勢。

5 結論

（1）查明了測區內主要可采煤層的賦存形態和深度。

（2）查明了區內落差大于5m的斷層，也對0～5m的斷層或斷點進行了解釋。全區共解釋斷層9條，全為新發現正斷層，并否定了原二維地震勘探解釋的F101、F102、F103和F308斷點。

（3）結合鉆孔利用波阻抗反演預測了各主采煤層厚度變化趨勢。

本次三維地震勘探，在原有地質資料的基礎上，邊解釋邊驗證，取得了較可靠的地震地質成果。對斷層的解釋采用了多種分析手段，礦方在綜合分析了已知地質資料和三維地震解釋的資料后及時調整了工作面的布置，三維地震勘探成果為礦井布局和安全生產提供了強有力的地質保障。

［1］ 衛學忠，王真，許崇寶.黃土覆蓋丘陵地區地震資料處理技術［J］.煤炭技術，2008（2）

［2］ 魏健，杜繼國.典型地質構造的地震波特征及斷層的量化預測［J］.中國煤炭，2010（5）

［3］ 趙士華，胡朝元，稱增慶.斷層顯微分辨率及其它地震解釋方法［J］.煤田地質與勘探，2004（4）

Application of 3D seismic prospecting in complicated mountain area

Niu Genyan
（Xi＇an Research Institute of China Coal Technology ＆Engineering Group Corp，Xi＇an，Shaanxi 710077，China）

The surface terrain of Fengjiata coalmine field is very complicated，part of this area is covered by huge thick loess，and the seismic geological condition here in surface and shallow layer is bad.In this paper，a rigorous and scientific data acquisition method was adapted to ensure the high quality of 3Dseismic data on this complicated area.In data process step，static correction and surface consistent models was used to improve data resolution to the best limit.And finally adopted man－machine interactive interpretation system to interpret seismic data.This prospection has achieved relatively good geologic prospecting effect.

3Dseismic prospecting，complicated surface terrain，fault

P631.4

B

牛跟彥（1977－），男，甘肅通渭人，2002年畢業于長安大學地測學院應用地球物理專業，工程師，現在中煤科工集團西安研究院從事煤田地質勘探工作。

（責任編輯 張毅玲）