靜校正煤炭淺層三維地震觀測系統在韓咀煤礦的應用

程增慶 郭占峰 李 忠 趙 云

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

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靜校正煤炭淺層三維地震觀測系統在韓咀煤礦的應用

程增慶1郭占峰2李 忠1趙 云1

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

煤炭山地淺層三維地震勘探的特點是觀測窗口小、靜校正復雜，CDP道集反射同相軸不易校正平齊致使無法實現同相疊加。觀測窗口與目的層深度相適應是提高有效疊加次數的基本方法，觀測窗口縮小不利于靜校正精度的提高。為確保觀測窗口與目的層深度相適應及提高精校正精度，根據煤層反射波的傳播特征提出了增大炮檢距的觀測系統設計方法，并在韓咀煤礦淺層煤炭勘探中得到了成功應用，對于類似礦山有一定的參考價值。

靜校正 三維地震觀測系統 觀測窗口 有效疊加次數 炮檢距

在淺層煤炭三維地震勘探施工時，一般采用對稱的多線多炮制正交觀測系統。在我國現行的煤炭三維地震勘探規范中，對于觀測系統選擇的技術要求為：最大炮檢距宜與目的層埋深相當，當需進行振幅與炮檢距反演分析時，觀測系統采集的數據應為目的層埋深的 1.5～2倍[1-4]。在煤炭地震勘探實踐中，當勘探主要目的層較小時(如小于300 m)，便會出現觀測窗口與靜校正的協調統一問題，按照規范要求根據目的層設計的炮檢距不利于靜校正的求取。當煤層埋深小于300 m時，在靜校正復雜時，采集資料的質量較好，而勘探成果精度不高，是由于靜校正的問題未得到有效解決所致，根據靜校正要求需增大炮檢距。在黃土塬區、山區及丘陵區等地形條件復雜情況下，解決低頻分量的主要途徑是確保觀測系統的最大炮檢距大于地形低頻分量的一個波長(一般情況下大于500 m)。當觀測系統設計不恰當時，還易出現“靜校不靜”問題。解決“靜校不靜”問題需建立較準確的近地表速度場，甚至需要確定更深層的速度模型。近地表速度場的建立需較大排列的初至信息，小排列觀測系統則無法滿足。靜校正是地震數據采集、資料處理成像的基礎，在數據采集時需考慮靜校正的求取條件，在數據處理時應考慮處理成像的要求，因此需在勘探項目開始實施時有效處理好數據采集、處理技術之間的協作與協同關系。

1 淺層煤炭反射波時間場特征

當煤層埋深較小時，煤層反射波往往與直達波形成干擾區，使得煤層反射波的觀測窗口變小，故本研究設計一個模型近地表速度為300 m/s，減速帶速度為800 m/s，煤系地層速度為3 500 m/s，目的層埋深為100，150，200，250，300 m，反射波的觀測窗口寬度分別為120，180，240，300，360 m。當目的層埋深為260 m、道距20 m、接收窗口寬度為500 m時，目的層反射波與直達波仍不干涉。當面波的干涉窗口寬度為200 m，直達波清晰，反射波信噪比高，高頻噪音不嚴重。

2 淺層煤炭三維高精度靜校正觀測系統

2.1 淺層煤炭三維地震勘探靜校正與炮檢距的關系

對于淺層煤炭三維地震勘探，靜校正處理是得到高質量成果的關鍵環節，也是同相軸拉平最重要的基礎工作。若長、短波長靜校正問題得不到有效解決，便無法實現地震時間剖面正確成像。因此，淺層復雜地表區三維地震數據處理的首要問題是如何有效解決近地表條件變化引起的靜校正問題。在淺層復雜地表區條件下同時解決三維CDP道集中長波長靜校正和短波長靜校正問題，要求炮檢距須大于地形低頻分量的一個波長。一般情況下，復雜地表區低頻波長多為300～1 000 m，盡管煤層埋深較小，但對于靜校正來講，接收的炮檢距也不宜過小。對于炮檢距小于100 m的情形，初至波受直達波的干涉，不易拾取到折射波的準確初至波的旅行時間時，要準確拾取折射波的初至旅行時間，需適當增加炮檢距。一般情況下，拾取較準確的炮檢距為100～900 m。從波場特征看，韓咀煤礦勘探區觀測系統設計時從反射波角度考慮，最大炮檢距可適當增加至500 m(約為目的層埋深的一倍)。勘探區北部地形和西南部地形變化較大，地面地形的低頻波長為200～700 m。從地形角度考慮，最大炮檢距宜大于700 m。

2.2 淺層煤炭三維地震勘探靜校正與觀測系統的關系

煤炭三維地震勘探采用的觀測系統多為面積三維地震勘探觀測系統。為減少采集腳印，檢波線移動一條線，實現連續采樣。對于高精度靜校正，要求炮檢距不僅均勻分布，而且應有足夠的炮檢距數量。韓咀煤礦采用的觀測系統為10線2炮84道束狀，道距10 m，炮距20 m，線距60 m，炮線距60 m，滾動一條線的連續采樣觀測系統。實際施工時5束線一并施工，單線接收道數160道，實際最小的最大炮檢距為818 m，最大炮檢距865.4 m。

3 應用實例

山西華晉韓咀煤業有限責任公司所屬礦井為兼并重組整合礦井，該井田周邊礦井及小窯較多，井田內及四周均為20世紀地方小煤礦開采，采煤方法部分采用長壁炮采采煤法，走向長壁式，金屬網假頂，采底煤放中煤采煤方法，多數煤礦采用的是房柱式采煤方法，開采中部煤層，巷道采煤無支護，形成類似房柱式的采空巷道呈網狀分布。根據鉆孔和井巷工程揭露，2#煤層埋藏深度為100～460 m，位于山西組中部，該煤層厚5.00～7.97 m，平均6.47 m。采用12線2炮120道束狀連續對稱觀測系統，觀測系統參數為：道距10 m，線距40 m，炮距20 m，炮線距60 m，最大炮檢距為643 m。圖1為靜校正前后單炮記錄對比，可見反射波呈現出與煤層相關的狀態，有效解決了復雜地表條件引起的靜校正問題，解釋了全區煤層賦存形態及老空區對煤層的破壞程度。

圖1 靜校正前后單炮記錄對比

4 結 語

以韓咀煤礦為例，證實了在實施淺層三維地震勘探時，對于埋深小于300 m的煤層，在顧及靜校正要求的前提下可增大炮檢距。在黃土塬區、山區及丘陵區等地形條件復雜的地區，解決低頻分量的主要途徑是設計觀測系統的最大炮檢距大于地形低頻分量的一個波長(一般情況下大于500 m)，可有效解決“靜校不靜”的問題。近地表速度場的建立需要較大排列的初至信息，小排列觀測系統則無法滿足。

[1] 程增慶，霍全明，彭蘇萍，等.利用三維三分量觀測系統的優度選擇各向異性成像有利區域[J].石油地球物理勘探，2004，39(3)：322-326.

[2] 楊晶惠，庹先國，蔣 鑫，等.一種具有抗噪性的P波初至自動拾取方法[J].金屬礦山，2015(2)：113-116.

[3] 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.

[4] 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.

2016-05-06)

程增慶(1962—)，男，高級工程師，072750 河北省涿州市范陽西路56號。