三維地震勘探方法在某煤礦區中的應用

摘 要：煤礦采區中三維地震勘探方法通過探明井田的淺層地震地質條件和深層地震地質條件，進而查明井田勘探區的地質構造形態和特征，地層產狀及其變化情況，三維地震勘探方法對地層重要構造斷裂和褶曲等有較好的反映，對井田采區前期開采、巷道布置、煤礦儲量計算有著重要意義。以實例簡要介紹三維地震勘探在某煤礦中的應用，通過一系列良好的前期試驗準備工作、嚴格的施工標準和要求、保真求實的資料處理手段以及嚴謹的資料解釋流程來解決煤礦開采過程中所遇到的斷層、褶曲等問題。

關鍵詞：三維地震勘探 斷層 褶曲 煤礦開采

中圖分類號：P631 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（b）-0095-02

勘探區位于陰山余脈南支與洪壽山脈兩大山系所夾的山間谷底中，沖溝發育，地形支離破碎，傾斜臺地呈環狀或瓏狀，傾向于十里河床，地勢東高西低最大相對高差184.20 m。

1 地質任務

（1）探明井田首采區的淺層地震地質條件和深層地震地質條件，查明井田勘探區的地質構造形態和特征，地層產狀及其變化情況。

（2）查明勘探區內主要煤層落差大于8m的斷層。

（3）查明勘探區內主要煤層直徑大于30m的陷落柱。

（4）查明勘探區內規模大于30m的煤層中的火成巖侵入體。

（5）提交勘探區主要可采煤層底板等高線圖，深度標高誤差不大于1.5%.

（6）查明可采煤層層位，探測可采煤層的連續性，解釋先期采區內主要可采煤層厚度變化趨勢。

2 地球物理特征

勘探區地貌為低山丘陵地形，為黃土丘陵地貌，地形起伏不大，沖溝發育。個別地段存在廠礦、村莊等障礙物，對野外采集造成不利影響。淺層基本為較薄的土壤、黃土層、河流沖積層或者為砂、泥巖，激發條件較差。個別地段礫石層發育，成孔激發比較困難。所以表、淺層地震地質條件較復雜。

本區勘探主要目的層為5號煤層、8號煤層，分別對應地震反射波T5波、T8波。

T5波：對應的5號煤層為太原組最厚一層煤，賦存條件較好，屬穩定煤層，煤層厚度7.15～12.72 m，平均11.09 m。煤層與圍巖波阻抗差異明顯，煤層頂、底板巖性主要為泥巖、砂巖，與煤層的物性差異較大，有利于得到較好的反射波，T5波可以全區連續可靠追蹤。

T8波：產生于8號煤層，8號煤層為太原組底部的一層局部可采煤層，上距5號煤層27.10～36.87 m，平均29.21 m，下距K2標志層9.27～17.75 m，平均12.22 m，含0～1層夾矸，夾矸巖性一般為泥巖。煤層厚0～2.32 m，平均0.79 m。屬局部賦存不穩定不可采煤層。局部8號煤層與圍巖波阻抗差異明顯，可產生較好的反射波。

3 試驗工作

為了取得最佳激發、接收參數，根據測區地質情況，考慮全區表淺層地震地質條件，點試驗在全區特點布置，對所取得的試驗資料使用KLSeis定量分析，各種試驗記錄綜合對比，從能量、信噪比、分辨率、有效波受干擾程度及經濟效益綜合考慮，取得最優參數：井深：由于土層厚度不均，激發層位變化較大，因此在不同地區采用不同的激發井深：全區激發井深以基巖為最佳，若黃土層較厚則選擇在紅粘土層中激發（區內紅粘土一般分布在12 m左右）；黃土層厚且未見紅粘土層時原則上井深不低于15 m；溝底礫石層盡量變觀移孔，否則采取井深2～3 m、三井組合激發。

藥量：黃土層3 kg、紅粘土層2 kg、溝底礫石層1～1.5 kg、三井組合。高速固體成型炸藥TNT。

4 觀測系統選擇

基本垂直地層走向布置測線，觀測系統選擇八線八炮束狀觀測測系統，檢波器采用100道（10 m道距）對稱中間放炮，激發能量較為集中，覆蓋次數為20次。

4.1 采集方法

根據地質任務要求及試驗結論，針對地震地質條件特點，測線基本垂直地層走向布設，采用常規束狀八線八炮制觀測系統，在保證滿覆蓋次數均勻分布的同時，又能獲得高信噪比及分辨率的資料。

對影響覆蓋次數的地段，采用恢復性放炮、加密炮孔等技術措施予以彌補。

4.2 施工主要參數

原始資料記錄質量依照部頒《煤田煤層氣地震勘探規范》（MT/T897-2000）進行評定驗收，滿足《煤田煤層氣地震勘探規范》及合同要求，質量良好。

5 資料處理主要技術措施步驟

5.1 主要處理技術措施

主要包括：（1）三維數據空間屬性定義；（2）真振幅恢復；（3）道編輯；（4）高通濾波；（5）野外靜校正；（6）反褶積；（7）速度分析；（8）自動剩余靜校正；（9）DMO疊加；（10）隨機噪音衰減。

本次資料處理采用先進的處理軟件，本著“高分辨率、高保真度、高信噪比”的原則，經過精細處理后的資料在運動學和動力學兩個方面都取得了滿意的結果，最終取得了網格密度為5 m×5 m×1.0 ms的高精度三維數據體。

5.2 處理成果質量評價

5.2.1 覆蓋次數比較均勻

勘探區內大部分塊段能達到設計要求覆蓋次數，個別塊段由于受村莊、澮河的影響，覆蓋次數相對減少，但通過利用變觀等手段進行了有效彌補，區內無空白帶。

5.2.2 時間剖面質量高

該區資料處理分析詳細、全面，測試充分，選擇的處理流程和處理參數比較合理，最終獲得的偏移時間剖面整體品質較好。該區按40 m×80 m網度進行時間剖面質量評級，質量評級按國家煤炭工業局《煤炭煤層氣地震勘探規范》（MT/T897-2000）進行評定，其標準為：

Ⅰ類剖面：目的層齊全，同相軸連續性好，信噪比高，構造現象清楚，真實地反映了測線上的地質情況。

Ⅱ類剖面：凡達不到Ⅰ類，又不是Ⅲ類剖面者。

Ⅲ類剖面：剖面信噪比低，主要目的層未顯示出來，構造現象不清楚。

全區時間剖面總計316.08 km，按上述標準評價結果如下：

Ⅰ類剖面：197.64 km，占62.53%

Ⅱ類剖面：82.56 km， 占26.12%

Ⅲ類剖面：35.88 km， 占11.35%

Ⅰ+Ⅱ類剖面：280.20 km，占88.65%

5.2.3 時間剖面信噪比、分辨率高，空間歸位準確

時間剖面整體質量良好，反射波組分辨率、信噪比高，深淺層次分明，構造現象明顯，空間歸位準確，小斷點清晰。

資料能真實地反映地下地質構造形態，能夠滿足本次三維地震勘探解釋要求。

6 資料解釋方法和步驟

6.1 搜集用于解釋的基礎資料

偏移后的三維地震數據體、方差體處理數據體、相關地質資料。

6.2 確定地震地質層位

利用甲方提供的地形地質圖與5、8號煤層底板等高線圖計算出5、8號煤層埋深，利用疊加速度估算時深轉換速度推算出T5、T8波在時間剖面上的對應時間，以此標定主要反射波對應的地質層位。

6.3 標準反射波的選擇

將時間剖面上能量強、信噪比高、連續性好、地震地質層位明確的反射波定為標準反射波，它是地震地質解釋的主要依據。本區T5、T8波可作為標準反射波。

6.4 地質資料解釋

充分運用方差體異常特征，首先進行全區方差體分析，獲得反映全區構造異常平面分布，建立測區構造框架。

在三維地震時間剖面上層位標定后，根據時間剖面上有效波的同相軸、波形波組特征、振幅強度、時差等，充分利用解釋系統的局部放大及顯示功能，對資料進行反復多次對比。在正確識別上述地震波的基礎上，應用波的運動學和動力學特征，按20 m×20 m網格，進行相位對比和波組波系對比，局部復雜塊斷網格加密到10 m×10 m。

在終端屏幕上把斷層兩側的波形放大，以便細致地研究斷層的性質和斷距。垂直剖面和水平切片相結合參考解釋，在水平切片和垂直剖面上以強振幅的錯斷、扭曲、突然中斷來判別斷層；任意切割時間剖面，可以檢查相位追蹤和斷面閉合關系；利用方差體剖面和水平切片判別斷層及其空間展布和其它異常體的存在；利用三維可視化，幫助確定煤系地層的整體形態，利用振幅投影了解煤層變化情況；同時輔助地震時間剖面進行層位判定及構造特征研究。

6.5 速度標定

地震波在地下沿路徑的傳播速度是地震資料解釋中至關重要的參數，速度選擇正確與否，直接影響到地震地質成果的精度。采集的原始資料煤層反射波對應時間是自地表至煤層的雙程時間，而資料處理時將時間值通過增加填充層（填充層速度2500 ms）校正到統一基準面（1420 m），所以在速度標定時必須將處理中進行高程校正的填充時間減去，才能求取正確的標定速度。

7 地質成果分析

煤系地層在勘探區東部比較平緩，傾角在1°～9°。西部煤層構造復雜，煤系地層產狀變化大，傾角在1°～15°左右。勘探區東部發育一個軸部東西走向寬緩背斜S1，兩翼傾角3°～9°，西部北西向向斜軸部斷裂構造發育，兩翼產狀受斷層影響，變化較大。

地震成果資料共解釋斷點799個，其中A級斷點435個，B級斷點215個，C級斷點149個，共組合斷層57條，其中保留修改斷層1條（原來的DFC1），新發現斷層56條。按斷層性質分類，其中正斷層56條，逆斷層1條。按落差分類，0～8m斷層18條，8～20m斷層19條，20～50m斷層16條，大于50m斷層4條。按可靠程度分，可靠斷層49條，較可靠斷層8條。另外解釋0～5m斷層10條，不參與評價。

8 結語

本次三維地震勘探施工設計合理，野外施工規范，試驗工作充分，技術措施得當，質量管理嚴格，原始資料真實可靠。處理工作針對該區實際情況，采用了野外靜校正、二次剩余靜校正和三次速度分析，DMO之前進行了能量調整等一系列措施，較好的解決了由于野外采集條件及煤層實際地質條件影響而造成的一系列問題。使用Geoframe軟件進行全三維資料解釋，通過做方差體切片了解全區構造特點，確定測區構造方案，再利用垂直時間剖面結合水平時間切片、三維可視化等按一定網格由疏到密進行反復解釋，整個流程方法正確，工作細致，成果可信。

參考文獻

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