礦區全數字高密度三維地震勘探技術的應用

郭占峰 程增慶 郭 欣 葛佳偉 王建忠

(1.山西華晉韓咀煤業有限責任公司；2.中國煤炭地質總局地球物理勘探研究院)

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礦區全數字高密度三維地震勘探技術的應用

郭占峰1程增慶2郭 欣2葛佳偉2王建忠1

(1.山西華晉韓咀煤業有限責任公司；2.中國煤炭地質總局地球物理勘探研究院)

全數字高密度三維地震勘探采集系統的動態范圍與地震勘探成果精度相關，煤炭全數字三維地震資料成像質量與空間采樣密度、觀測系統相關。詳細分析了煤炭采區全數字三維地震勘探數據采集技術、三維地震數據目標處理技術以及三維地震資料屬性解譯技術。研究表明：煤炭采區全數字三維地震勘探處理時間剖面上的煤層波頻帶寬度達到160 Hz以上，煤層波的主頻為110 Hz，可有效識別落差5 m的斷層及巷道。

三維地震勘探 數據采集 采樣密度 觀測系統 屬性解譯

煤炭全數字高密度三維地震勘探的關鍵技術是采用大動態范圍的數字檢波器接收、高空間采樣率及高疊加次數、精細的目標處理及地質解譯[1-2]。地震勘探系統動態范圍的提高是地震勘探精度的關鍵，光點儀器和模擬儀器的動態范圍小于40 db，雖然檢波器的動態范圍為60 db，但地震勘探系統的動態范圍為40 db。近年來，隨著地震勘探儀器設備的發展，地震勘探系統的動態范圍增加至60 db，地震勘探系統的動態范圍主要受模擬檢波器動態范圍的限制，目前數字檢波器的動態范圍已增加至90 db。相關研究表明，對于煤炭采區落差大于5 m的斷層，全數字高密度三維地震勘探技術的識別合格率高達80%。為進一步推動礦區全數字高密度三維地質勘探技術的應用研究，本研究對該技術的數據采集技術、三維地質目標數據處理技術以及三維地震資料屬性解譯技術進行探討。

1 三維地震勘探數據采集技術

煤炭采區全數字高密度三維地震勘探技術有利于提高地震資料的分辨率和保真度，從觀測系統設計角度，需考慮如下問題：

(1)煤炭全數字高密度三維地震勘探采用單點數字檢波器接收數據，不僅能提高高頻弱信號的接收能力，而且可提高低頻弱信號的記錄能力，實現寬頻帶記錄，記錄中不產生50 Hz的工頻干擾，數字檢波器的低頻可達1 Hz，高頻響應優異。因此觀測系統須有利于線性噪音、反向散射噪音、多次波與環境噪音等噪音的壓制。

(2)擯棄滾動半個排列片或多條接收線的設計方法，滾動距以不產生嚴重的腳印為準，最大線距不大于第一菲涅爾帶的半徑。

(3)面原尺寸以滿足斷面波或短波長分量不出現空間假頻為原則，煤層中斷層面的傾角多為40°～75°，在均方根速度為3 200 m/s、保護的最高頻率為120 Hz、斷層傾角為75°時，計算得到的面元尺寸為6.9 m。為便于施工并顧及更大的傾角成像問題，設計面元尺寸為5 m×5 m，確保高角度斷層波的正確成像。

數字檢波器在整個接收頻帶范圍內相位變化較小，在低頻段不會引起相位畸變，且在高頻部分的相位畸變遠小于常規檢波器，有利于展寬頻帶。

2 三維地震數據目標處理技術

煤炭全數字高密度三維地震勘探數據采用目標處理方式，采用線性動校正、觀測系統圖、最大炮檢距圖、最小炮檢距圖、高程平面圖、覆蓋次數圖和單炮顯示等對原始采集數據的質量進行監控，通過該類監控圖件的分析，逐炮、逐點判斷炮點、檢波點位置及激發井深的正誤。利用人工進行精細的炮、道編輯工作，工作量約占三維地震數據處理工作量的66%。在靜校正、反褶積、衰減多次波、速度分析、頻譜整形等步驟中，均采用目標處理方式力求實現精細化處理三維地震數據。在靜校正完成的基礎上，檢查異常靜校正量炮點單炮記錄后對信噪比較低的炮文件進行剔除，反褶積因子在目的層反射波發育區段求取，保持煤層波的寬頻帶和高信噪比。衰減多次波主要為衰減淺層多次波和多次折射波，可采用400 m×400 m的網度進行精細速度分析。

采用疊前時間偏移方法進行偏移時，通過CRP道集可詳細分析與檢查偏移速度的準確性，可得到更為精確的均方根速度場。對于成像偏移角度采用時變分析法，淺層基本為水平層狀反射，淺層角度為30°，在深層時變為80°，可確保斷面波能夠正確成像。若原始采集面元尺寸為5 m×5 m，那么輸出的面元尺寸亦為5 m×5 m。

河南某礦采區全數字三維地震勘探表明，在130～260 Hz的分頻掃描中該礦13-1#煤層仍能得到較連續的反射信號，處理成果剖面新生界地層主頻為130 Hz，頻帶寬度為10～260 Hz，煤層反射波的主頻為110 Hz，頻帶寬度為10～220 Hz，各煤層的反射特征都較常規三維地震資料反映得更明顯，特別是T4波(11-2#煤層)，數據品質得到大幅度提高。

3 三維地震資料屬性解譯技術

對于煤炭采區全數字三維地震資料的解譯，可首先利用鉆井資料、測井資料制作合成地震記錄，以標定層位；然后進行垂直剖面對比、解譯，并對疊加、相干、方差、三瞬、波阻抗等數據沿層屬性檢查及三維可視化精細構造解譯[3-4]。根據地震資料屬性與地層、煤層頂底板之間的物性差異，通過選取不同窗口的屬性參數，得到反應地質現象的屬性信息，實現高精度解譯三維地震資料屬性的目的，此外，加強剖面對比與屬性分析，可進一步提高解譯精度。河南某礦區的實踐表明，對于落差大于5 m的斷層的三維地震資料屬性解譯結果與實際情況基本一致，老空區位置解譯結果與實際情況吻合度較高。

4 討 論

采用數字檢波器接收的地震記錄中頻帶較寬，一般可達到3～180 Hz，屬于寬頻帶震勘探，加之采用連續、對稱采樣觀測系統對短波長的噪音與中—長波長信號均能充分地采樣，該類地震記錄有助于在資料處理時壓制干擾，有效提高地震時間剖面的成像質量。分析了煤炭采區全數字三維地震勘探數據采集技術、三維地震數據目標處理技術以及三維地震資料屬性解譯技術，認為全數字三維地震勘探時間剖面頻帶較寬、信噪較高，可有效識別出小斷層、老窯采空區，是一種真正意義上的高精度地震勘探方法，在復雜區和簡單區均可推廣應用，在簡單區以提高分辨率為主，以識別小斷層、小陷落柱為主要目標，在復雜區以提高信噪比為主，以識別落差5 m以上的斷層、采空區和構造形態為主要目標。

[1] 劉美玲.煤田三維地震勘探在障礙物密集區的應用[J].現代礦業，2015(6)：104-105.

[2] 饒河清，李萍軍，黃 河，等.寬方位角在煤田三維地震勘探中的研究與應用[J].金屬礦山，2014(12)：143-146.

[3] 張 冰.三維地震勘探技術在地質補充勘探中的應用[J].現代礦業，2011(3)：10-11.

[4] 郭占峰，程增慶，王建忠，等.韓咀煤礦識別煤層老采空區的相對波阻方法[J].現代礦業，2016(1)：254-255.

2016-05-06)

郭占峰(1966—)，男，高級工程師，042100 山西省寧鄉縣。