三維地震勘探在桌子山煤田的應用

(內蒙古自治區煤田地質局勘測隊，內蒙古 呼和浩特 010010)

桌子山煤田某井田表層被大面積第四系覆蓋，基巖僅零星出露于小山丘頂部。煤田位于祁、呂、賀山字型構造背柱部次之北部，其主要構造線方向均近于南北向，主要構造有千里山-阿爾巴斯逆斷層，桌子山背斜，崗德爾西來峰逆斷層，崗德爾背斜等?？v觀井田總體為一向南西傾斜的單斜構造，地層產狀平緩，一般6o～8o。本區構造運動較為強烈，分褶曲及斷層兩種形式出現。在上述構造運動強烈，斷層大量發育的地區進行地質勘探，單一的勘探方法不能取得滿意的效果，解釋精度及準確性難以保證。其他鉆井等勘探技術結合高分辨率三維地震技術進行勘探，可對地下構造進行更直觀且準確的控制。

1 三維地震勘探技術簡介

1.1 三維地震勘探的優越性

三維地震勘探其野外采集的關鍵是實現面積觀測，通過三維偏移成像處理等一系列技術處理其采集到的大量原始數據，從一個個界面點空間堆砌成三維地震數據體(x、y、t)。所以三維資料解釋可以任意從x、y、t 方向觀測地質界面的形態，能夠更直觀的研究地質體在三維空間中的變化。

在勘探領域，如果把鉆井比作一把鋒利的手術刀，那么三維地震勘探技術就是一臺先進的CT 透視機，通過三維地震技術可把地下構造或地質體建立成一個全三維立體空間模型，如同對大地進行CT 透視，可獲得高品質的地質圖像。

1.2 三維數據體解釋原則

1.2.1 緊扣地震地質任務原則:本區三維地震資料解釋以完成解決構造地質任務為主，特殊地質現象如煤層厚度變化趨勢及煤層分叉合并邊界的解釋推斷也應引起高度重視。

1.2.2 人機聯作解釋原則:人工解釋主要指利用基本干網剖面進行人工解釋，確定全區大的構造格架;工作站解釋則指的是以垂直剖面和時間水平切片解釋為主，再充分利用工作站屏幕多種顯示、放大功能(比如動態顯示和三維切片立體組合顯示)為輔助手段進行驗證性和精細化的解釋。同時要求人工解釋和工作站解釋緊密結合，互相促進。

1.2.3 點上突破的原則(也可以叫由點到面的原則):即選擇已知資料較多(如孔旁)或構造相對簡單地段開展解釋，逐步擴大追蹤范圍完成全區追蹤解釋。

1.2.4 先疏后密的原則:即確立一個基干剖面網(如40m×40m 網度或80m×80m 網度的地基干剖面網)后，在此網格剖面上先行突破，確立全區的大的構造框架，在此基礎上利用工作站的多種功能進行加密，完成全區構造的精細解釋。這樣解釋不但主次分明，而且會大大加快解釋速度，提高工作效率。

1.2.5 多波組對比的原則:根據在本礦的工作經驗可知，本區煤層反射波組較發育，波組關系特征明顯。因此，應用多波組綜合追蹤不但會減少串相位現象，而且對煤層起伏形態、斷面等構造體(面)的空間展布形態和規模的解釋有很大幫助。

1.2.6 加強任意走向切片的解釋:第一利用連井剖面驗證解釋結果，會減少失誤;第二是可以利用任意走向切片形成矩形或任意多邊形等閉合環狀剖面研究采區或采面內的構造現象，對采區劃分和采面布置有很大幫助。

1.2.7 采用最新技術原則:即充分利用計算站的最新技術，如方差體技術等，提高解釋成果的可靠性。

1.3 三維數據體解釋方法

1.3.1 褶曲的解釋

褶曲在三維數據體上比較容易識別，其在時間剖面上一般表現為反射波同相軸下凹、上凸;在水平時間切片上表現為反射波同相軸走向發生彎曲，曲率越大，則褶曲越緊閉，曲率越小，則褶曲越開闊(見圖1)。

1.3.2 斷層的解釋

斷層的解釋斷層解釋以時間剖面為主(見圖2)，配合其它彩色顯示剖面，同時結合水平切片、順層切片及相干數據體、方差數據體進行解釋。

圖1 褶曲在水平時間切片上的反映

圖2 斷層在時間剖面上的反映

1.3.3 煤層隱伏露頭的解釋

時間剖面上煤層反射波與第四系底界反射波相接觸，其接觸點即為煤層隱伏露頭點;當無第四系底界反射波時，利用鉆孔資料和折射波資料在剖面圖上繪制第四系底界，煤層與第四系底界的交點即為煤層隱伏露頭點。在平面圖上把各測線的煤層隱伏露頭點連接起來，其連線即為煤層隱伏露頭線。本區第四系較薄，不發育第四系底界反射波，因此本次為利用野外單排記錄折射波解釋其第四系。

1.3.4 其它地質異常現象的解釋

在對主要可采煤層受古河床、古隆起、陷落柱、采空區影響范圍的解釋中，充分利用三維偏移數據體、疊加數據體、方差數據體或相干數據體進行綜合解釋。從垂直時間剖面、水平時間切片、順層切片、組合顯示等不同角度對數據體進行觀察研究。采用波形變面積、波形變密度、雙極性等多種顯示手段，對T9 波和T16 波的正負相位綜合分析研究。

方差數據體和相干數據體是一種重要的識別解釋地質異常的方法。方差數據體是求取三維地震數據體所有樣點振幅均方差值的結果。其值越大，各道差異越大，則存在構造異常的可能性越大。相干數據體是對三維地震數據體進行互相關處理的結果。其值越小，各道相似性越差，則存在構造異常的可能性越大。

1.3.5 主要可采煤層厚度變化趨勢的解釋

本次三維地震勘探利用地震屬性技術解釋煤層厚度。通過提取地震數據體不同地震屬性，對不同地震屬性與煤厚進行擬合和相關計算，根據計算結果優選5個與煤層厚度相關度高的屬性，利用神經網絡技術預測煤層厚度。

1.3.6 時深轉換速度的求取

本區是用已知的9-1、16-1 煤層底板標高(鉆孔處)和T9、T16 波時間計算出時深轉換速度，再繪制速度平面分布圖。計算公式為:

V=2000 ×(1250-H)/t

式中，H 為9-1、16-1 煤層底板標高，單位為m;

t 為T9、T16 波時間，單位為ms;

V 為時深轉換速度，單位為m/s。

該區的9-1 煤層時深轉換速度變化在2920m/s～3420m/s 之間。16-1 煤層時深轉換速度變化在3010m/s～3480m/s 之間。

眾所周知，目的層反射波速度在平面和深度方向上都是具有一定規律性的。因此，利用鉆孔揭露的目的層底板深度(h)和井旁目的層反射波的t0 時間可擬合繪制出時深(t0-h)關系曲線(圖3)。通過對該曲線的分析，同樣可以用來檢驗前期反射波追蹤對比的可靠程度。對于那些較離散的速度異常鉆孔點，要檢查前期目的層反射波追蹤對比是否有誤。通過對比檢查，本區時深轉換速度，符合規律，速度點較集中，滿足精度要求。

圖3 時深轉換曲線

2 本次構造復雜地區三維地震勘探成果

2.1 地震勘探前后構造對比

2.1.1 修改原有斷層3條。通過本次地震勘探，發現西來峰逆斷層在平面位置有較大改動，在勘探區北部向區內東部擺動，最大擺動距離82m;南部向區外西部擺動，推測最大擺動距離300m 左右。df14 斷層(原斷層未編號)平面位置和落差都有了較大變動，平面位置向北擺動，最大擺動距離80m，落差變大，最大落差16m。F10 正斷層平面位置有了較大改變，查明了該斷層的延展方向和斷層要素，該斷層西部向南擺動距離最大為325m，已進入勘探區西北部。

2.1.2 新發現斷層38條。本次地震勘探新發現了38條斷層，為下一步的礦井開拓和煤礦開采提供了依據。

2.2 地震勘探前后褶皺對比

通過本次地震勘探，S30 向斜平面位置有所變化，該向斜軸部在區內北部向東擺動，最大擺動距離175m;南部向西擺動，最大擺動距離80m。

2.3 地震勘探前后煤層底板等高線對比

本次煤層底板等高線在細節上有較大變化，但是總體趨勢變化不大，局部地區由于構造的影響，有一定變化。

3 三維地震勘探成果驗證

3.1 斷層驗證情況

通過驗證鉆孔的地質資料顯示，地震解釋的斷層與驗證鉆孔揭示的斷層吻合，驗證情況如下:

3.1.1 西來峰逆斷層。1)BKS01 孔深度157.26m 處，見2.44m 厚角礫巖，并且其上地層傾角為68°～82°，其下地層傾角為5°～8°，地層傾角突然變化，這種現象是斷層擠壓造成的，斷面上下煤系地層重復350m 左右。三維地震解釋的西來峰逆斷層通過該鉆孔，斷面深度在158m 處，落差502m，傾角68°。2)BKS02 孔深度135.2m 處，見破碎帶，這種現象是斷層擠壓造成的，斷面上下煤系地層重復200m 左右。三維地震解釋的西來峰逆斷層通過該鉆孔，斷面深度在136m 處，落差470m，傾角32°。3)BKS06 孔深度101.75m 處，見3.47m 厚角礫巖，并且其上地層傾角為58°～68°，其下地層傾角為5°～8°，地層傾角突然變化，這種現象是斷層擠壓造成的，斷面上下煤系地層重復470m 左右。三維地震解釋的西來峰逆斷層通過該鉆孔，斷面深度在102m 處，落差453m，傾角30°。4)BKS13 孔深度113.63m 處，見滑面，并且其上為灰色太原組地層，傾角為60°，其下為棕紅色上石盒子組地層，傾角為6°，地層突然變化，這種現象是斷層擠壓造成的，斷面上下地層重復320m 左右。三維地震解釋的西來峰逆斷層通過該鉆孔，斷面深度在114m 處，落差470m，傾角35°。以上四個鉆孔的鉆探成果很好的驗證了地震解釋的斷層。

3.1.2 西來峰支三逆斷層。BKS02 孔2～4 煤組地層重復100m 左右，斷面深度應在240m 左右。三維地震解釋的西來峰支三逆斷層通過該鉆孔，斷面深度在239m 處，落差90m，傾角32°。鉆探很好的驗證了地震解釋的斷層。

3.1.3 F10 正斷層。BKS01 孔深度524.41m 處10 煤以上煤層全部缺失，太原組含煤地層直接與灰綠色下石盒子組地層接觸，地層缺失150m 左右。三維地震地震解釋的F10 正斷層的斷面通過該鉆孔，斷面深度在526m 處，落差為141m，傾角81°。鉆探很好的驗證了地震解釋的斷層。

3.1.4 df9 正斷層。1)BKS07 孔深度56.1m 處，見29.1m 厚斷層泥。三維地震解釋的df9 正斷層通過該鉆孔，斷面深度在56m 處，落差60m，傾角79°。2)BKS08 孔深度402～406m 處，巖芯破碎嚴重，是張性斷裂帶。三維地震解釋的df9正斷層通過該鉆孔，斷面深度在405m 處，落差43m，傾角79°。3)BKS09-1 孔深度368.2m 處，見2.1m 厚角礫巖，9-1 煤至16-1 煤間距變小，地層缺失30m 左右。三維地震解釋的df9正斷層通過該鉆孔，斷面深度在367m 處，落差27m，傾角81°。4)另外，BKS09 孔在BKS09-1 孔北部30米處，其16-1 煤底板標高深了32m，與三維地震解釋成果基本一致。以上四個鉆孔的鉆探成果很好的驗證了地震解釋的斷層。

3.1.5 df9-1 正斷層。BKS09-1 孔深度392.5m 處，為5.5m 厚泥巖，底部破碎，見滑面，16-1 煤至奧陶系頂界面間距變小，地層缺失30m 左右。三維地震解釋的df9-1 正斷層通過該鉆孔，斷面深度在395m 處，落差31m，傾角81°。鉆探很好的驗證了地震解釋的斷層。

3.1.6 df19 逆斷層。BKS06 孔534.92m 處，為5.2m 厚細砂巖，裂隙發育、局部破碎;529.7m 處1.35m 厚的中砂巖與540m 處1.65m 厚的中砂巖重復，另外16-1 煤至奧陶系頂界面間距變大，地層重復10m 左右，斷面深度應在530m 左右。三維地震解釋的df19 逆斷層通過該鉆孔，斷面深度在531m處，落差8m，傾角53°。鉆探很好的驗證了地震解釋的斷層。

經鉆探驗證本區三維地震勘探斷層平面位置的解釋精度能夠滿足規范和設計要求，斷層平面位置誤差不大于20m。

3.2 主要煤層底板深度的解釋精度評價

本區三維地震勘探使用綜合時深關系曲線進行約束，利用鉆孔資料進行速度標定，繪制時深轉換速度平面分布圖，然后進行時深轉換，大大提高了解釋精度，經后期施工的驗證鉆孔驗證，深度誤差不大于1.5%，見表1。三維地震成果主要煤層底板深度解釋誤差小于規范要求。

表1 三維地震解釋成果與鉆探驗證成果對比一覽表

4 結語

本文以內蒙古烏海市某地區的煤礦煤炭勘探為研究對象。利用三維地震勘探技術對此煤礦進行勘探，通過對三維地震數據體細網度、多方位的解釋，對區內地質情況進行了更嚴密的控制，為開采設計及生產提供了更可靠的地質依據，最終完成了規定的地質任務。

通過實際案例闡明了三維地震勘探技術在實際勘探工程中的必要性及在煤礦勘探綜合勘探中的重要作用。

[1]路基孟，王永剛.地震勘探原理[M].中國石油大學出版社，2009:10-12.

[2]郝鈞，等.三維地震勘探技術[M].石油工業出版社，1992.