三維地震勘探在山區的應用和效果

陳野++陳群

摘 要：隨著地質勘探開發的不斷深入，工作中所面臨的勘探對象越來越復雜，而斷層的形態和分布對煤層氣的形成起著決定性的作用。傳統的二維地震勘探很難發現小規模的斷層，從20世紀70年代就開始了三維地震勘探的方法。三維地震勘探在煤田地質勘探中的地位極其重要，而在山區進行三維地震施工面臨諸多困難。該文從主要技術難點分析、設備使用、觀測系統參數確定、資料處理與最終成果分析等方面利用山區勘探實例展開探討，此次資料成果時間剖面質量合格，解釋細致認真，成果可信度高，已經用于礦井開拓建設，并取得了良好的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：山區 三維 地震勘探 應用

中圖分類號：P631.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）10（b）-0012-03

勘探區位于蒲縣縣城北東直線距離50 km處的馬武村一帶。測區地震地質條件極為復雜，地表溝壑縱橫，高差達200 m以上，植被覆蓋茂密、灌木叢生，鄉村、集鎮、礦區在施工區范圍內占據面積大，煤層埋藏較淺，小煤窯眾多，施工難度極大。

1 地質任務

（1）2#、5#煤層是該區三維地震需控制的主要煤層。

（2）查明勘探區內2#、5#煤層的采空區范圍及分布情況。

（3）查明勘探區內2#、5#煤層埋深及起伏形態，編制出基本等高線為2 m的煤層底板等高線圖，標高相對誤差≯1.5%。

（4）解釋勘探區內2#、5#煤層的厚度及變化趨勢。

（5）查明勘探區長軸>20 m，短軸>15 m的陷落柱，其平面誤差≯25 m。

（6）查明勘探區內落差>5 m的斷層，解釋出落差大于3 m的斷點，查明斷層在主要煤層中的性質、落差、延伸方向和范圍。要求斷層平面擺動誤差≯25 m。

（7）查明勘探區內2#、5#煤層中褶幅>5 m的撓曲；基本查明煤層傾角>15°的區段，其平面控制誤差≯25 m。

（8）查明勘查區內古河床沖刷條帶的走向、褶皺條帶、范圍，要求平面控制誤差≯25 m；查明古河床沖刷條帶內的煤層厚度，要求厚度誤差≯0.5 m。

（9）基本查明第四系厚度，誤差≯5 m。

2 地球物理特征

2.1 表、淺層地震地質條件

該井田位于山西省呂梁山南端，主要山梁走向呈北東向。井田的中部展布一近南北向區域地表分水嶺，以該嶺控制，地形總體呈中間高、東西低。最高點位于井田南部山梁上，標高為1 675 m，最低點位于井田東部邊界蒲伊河溝谷，標高為1 420 m，相對高差255 m。屬中山區。區內地形復雜，切割強烈，溝谷縱橫，多呈“V”字形。

測區淺層主要由砂質粘土、砂礫石層及松散層組成，激發條件較差，部分溝底有基巖出露，激發條件稍好。全區淺層地震地質條件一般。

復雜的地表，不僅對地震波的成孔激發、接收和連續觀測十分不利，還對地震波的高頻信息有明顯的吸收作用，給提高縱向分辨率造成一定的困難。表、淺層地震地質條件較差。

2.2 中深層地震地質條件

該次勘探的主要目的層為2#煤層、5#煤層，尤其2#煤層較厚、特征明顯，賦存條件較好。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，因此具有良好的中深部地震地質條件。

為了便于對煤層的解釋和資料的應用，與煤層編號對應的反射波組用Tn表示，n為煤層編號。現將該區主要反射波組具體情況敘述如下。

2.2.1 T2波

對應2#煤層的反射波，位于山西組中部，下距5#煤層間距13.54～22.75 m，平均19.46 m。煤層厚度1.25～2.80 m，平均1.88 m，含0-1層夾矸，結構簡單，頂板一般為粉砂巖，底板為泥巖。2#煤層為穩定可采煤層，煤層與其頂底板之間物性差異顯著，波阻抗差異大，形成的反射波能量強，波形特征明顯，全區能夠連續追蹤，是控制該區煤系地層起伏形態及斷裂展布趨勢的標準反射波。

2.2.2 T5波

對應于5#煤層的反射波，位于太原組上部，煤層厚度0.38～1.75 m，平均1.15 m。含0～1層夾石，結構簡單。頂板一般為泥巖，底板為泥巖。為較穩定局部可采煤層。全區能連續可靠追蹤，是控制該區煤系地層起伏形態及斷裂展布趨勢的標準反射波之一。

總之，該區對應各煤層的反射波，能真實地反映其起伏形態及構造變化規律，可為對比解釋提供可靠的保證。

3 資料采集方法

3.1 三維觀測系統及參數

觀測系統類型：束狀8線8炮制，對稱，中間放炮；

接收道數：80×8=640道；

接收線數：8條；

接收道距：10 m；

接收線距：40 m；

疊加次數：20次（縱向5次、橫向4次）；

檢波點網格：10 m×40 m；

CDP網格：5 m×10 m；

炮點網度：80 m×20 m；

縱向炮檢距：最小5 m，最大395 m；

橫向炮檢距：最小10 m，最大210 m；

最大炮檢距：447.35 m；

最小炮檢距：11.18 m；

3.2 采集儀器

法國Sercel公司生產的最新投入市場的XL428型遙測數字地震采集系統。采樣率：0.5 ms；采樣長度：1.5 s；記錄格式：SEG-D。經測試證明，地震信號接收良好，無失真和丟碼現象。

3.3 激發條件

激發選用TNT高速成型炸藥。井深：以5 m為基礎，全面兼顧蓋層變化，盡量保證穿過礫石層激發。藥量：2.0 kg，在軟土地段藥量增加到3.0 kg，建筑物附近減小到1.0 kg。

3.4 接收條件

檢波器類型選擇：采用4個60 Hz檢波器，2串2并點組合，埋置方法為挖去地表浮土，使檢波器充分與大地耦合，在其上蓋土并壓實。

3.5 特觀及恢復性放炮

遇地面障礙物，不能按原設計井位打孔施工，造成大段空炮，使覆蓋次數降低，影響成果質量，采用特觀或移動炮點的辦法保證空炮段的覆蓋次數達到要求。

在空炮地段，將原設計炮點沿炮線向兩邊或一邊移動，使兩邊或一邊的炮點加密。若空炮段過大（>300 m），采用雙邊放炮法，炮點移動方法與上述相同。

4 地震數據處理主要技術措施及成果

4.1 數據處理技術措施

根據地質任務和處理要求，以及對原始資料分析，通過對該區的地震地質條件的認真分析研究，主要處理措施包括：（1）原始數據解編；（2）空間屬性定義；（3）道編輯；（4）初至拾取；（5）反射波靜校正；（6）真振幅恢復；（7）高通濾波；（8）三維地表一致性預測反褶積；（9）三維地表一致性剩余靜校正；（10）NMO校正；（11）DMO疊加；（12）頻率、空間域隨機噪聲衰減；（13）三維一步法時間偏移（步長16 ms）；（14）帶通過濾；（15）振幅均衡；（16）輸出標準SRGY格式偏移數據體。

4.2 處理成果

通過了解工區的地震地質條件、地質任務與要求，確定了有針對性的技術思路和方法。該次三維地震資料處理針對原始資料特點，疊前主要采用了三維地表一致性振幅補償、三維地表一致性反褶積、DMO傾角校正。疊后隨機噪音衰減，三維一步法偏移。

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成果。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。

4.3 處理質量評價

對三維數據體質量的評價標準，按中華人民共和國煤炭行業標準——《煤炭煤層氣地震勘探規范》進行評級。

4.3.1 覆蓋次數比較均勻

控制區邊緣及內部能達到設計要求的20次覆蓋且分布均勻，個別塊段由于受地形的影響，覆蓋次數相對減少，區內無空白帶。

4.3.2 時間剖面質量高

從全區所得時間剖面中，按40 m×40 m網格抽查時間剖面177條，其中Inline線95條，Crossline線82條，共計312.46 km。質量的評價結果如下。

（1）Ⅰ類剖面：191.610 km，占61.32%；

（2）Ⅱ類剖面：82.435 km，占26.38%；

（3）Ⅲ類剖面：38.415 km，占12.30%。

處理成果剖面全部合格，且Ⅰ+Ⅱ類剖面274.045 km，達到87.70%。

4.3.3 時間剖面整體上質量優良

反射波信噪比、分辨率較高，空間歸位準確，小斷點、小褶曲較清晰。

2#煤層是地震地質成果資料的主要煤層，該煤層在除測區南部外，此次處理成果時間剖面上反射波穩定，形成一個強相位，動力學特征明顯，同相軸連續性好、能量強，是全區的標準反射波，全區能可靠對比追蹤。

5#與2#煤層相距13.54～22.75 m，平均19.46 m，反射波能量稍差，5#煤層是勘探區的主要煤層，該煤層波型較穩定，全區基本可對比追蹤。

總之，該區對應各主要煤層的反射波突出、穩定，波組齊全，能真實地反映其起伏形態及構造變化規律，為對比解釋提供了可靠的保證。

5 資料解釋方法和步驟

地震資料解釋是一個利用物探技術、地質資料與地質勘探規律相結合，把地震數據轉換成地質成果的研究過程。具體過程如下。

5.1 主要目的層反射波的確定

利用區內鉆孔資料制作地震合成記錄，通過它和過鉆孔的時間剖面對比來確定反射波的地質屬性（地震地質層位），標定主要反射波對應的地質層位。

5.2 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。根據本區情況選T2、T5波作為標準反射波，且以T2波為解釋之重點。

5.3 地質資料解釋

在大的地質構造和煤層賦存形態基本確定后，即可按照一定方式進行全區更加詳細的地質解釋。這個過程就是，在工作站雙屏幕上以垂直時間剖面為主、以水平時間切片、聯井時間剖面為輔，按照先大網格、再小網格，先大構造、后小斷層、再地質異常帶，各個構造前后剖面連續追蹤。充分利用解釋系統的波形變面積、雙極性、單極性、變密度等功能將三維數據體以多角度、全方位進行對比解釋。

6 地震地質成果分析

處理工作針對該區實際情況，在處理中采用了綠山初至折射靜校正、二次自動剩余靜校正和二次速度分析、DMO疊加、三維時間偏移等一系列措施，取得了較好的處理效果。

資料解釋使用Geoframe 3.8.1版本的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、三維可視化及實際鉆孔資料揭露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。

該次三維地震勘探共組合斷層共65條，其中可靠斷層33條，較可靠斷層8條，落差<5 m的斷層24條。

7 結語

通過努力該次三維地震勘探，在極其困難的施工環境下，獲得了較好的野外原始資料。資料處理流程及參數合理，采取現場監控處理，基礎工作認真仔細；細化處理時，重點抓住了靜校正、反褶積、子波整形、速度分析、去噪、疊前偏移主要環節；并與解釋工作緊密聯系，同步進行，不斷改進，處理成果剖面滿足三維地震勘探報告要求。

參考文獻

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