沙漠邊緣區煤田三維地震勘探技術

湯紅偉

【摘 要】煤礦采區構造勘探的主要手段是三維地震勘探技術，在東部區域取得了巨大的成功。但對于地震地質條件較差的沙漠區效果不太理想。本文在對袁大灘井田三維地震勘探區地震地質條件分析的基礎上，總結了野外數據采集的關鍵點；指出了數據處理與資料解釋的關鍵技術；得到了較準確的地質成果。實踐證明，在沙漠區進行三維地震勘探是可行的。

【關鍵詞】沙漠；煤；三維地震勘探；反演

中圖分類號： P631.4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）20-0174-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.20.077

【Abstract】The main method of structural exploration in coal mining areas is 3d seismic exploration technology， which has achieved great success in the eastern region. However， the effect is not ideal for desert areas with poor seismic and geological conditions. Based on the analysis of the seismic geological conditions in the three-dimensional seismic exploration area of yuandatang mine field， this paper summarizes the key points of field data acquisition. The key technologies of data processing and data interpretation are pointed out. More accurate geological results have been obtained. Practice has proved that it is feasible to carry out 3d seismic exploration in desert areas.

【Key words】Desert； Coal； 3D seismic； Inversion

1 概況

1.1 勘探區地形地貌

袁大灘三維地震勘探區位于陜北黃土高原北端，毛烏素沙漠東南緣。全區被第四系風積沙和風沙灘地所覆蓋，以風蝕風積沙漠丘陵地貌為主。地表標高在1243m～1216m之間變化，一般為1206m左右。按地貌成因、地貌形態及組成物質，區內地貌單元可劃分為沙丘沙地和風沙灘地兩種。沙丘沙地約占全區面積的84%。總體以方向不一、大小不等、連綿起伏的呈鏈狀或壟狀沙丘為主，沙丘高度低者2～3m，一般10～20m（圖1）。風沙灘約占全區面積的16%。

1.2 勘探區地質概況

勘探內地表全部被第四系松散沉積物覆蓋。根據地質填圖及鉆孔揭露，地層由老至新依次為三疊系上統永坪組，侏羅系下統富縣組、中統延安組、直羅組、安定組，白堊系下統洛河組，第四系中更新統離石組、上更新統薩拉烏蘇組及全新統風積沙。

侏羅系中統延安組為區內含煤地層，鉆孔控制厚度214.60～288.44m，平均243.47m。井田內第四系廣泛分布，與下伏地層呈不整合接觸，厚度23.80～128.18m。

區內共發育有2號、2下、3號、3-1、4-2、5號、7號、8號、9號共9層煤層，可采煤層為2號、3-1、4-2、5號煤層。2號煤層底板板標高838.8～880.69m，煤層厚度2.01～4.26m，；3-1煤層底板標高805.53～833.85m，煤層厚度0.7～0.84m；4-2煤層底板標高754.7～782.34m，煤層厚度1.49～2.07m；5號煤層底板標高715.03～744.47m，煤層厚度1.56～1.69m各煤層起伏形態基本一致，南高北低。

2 地震地質條件分析

2.1 表淺層地震地質條件

區內平緩低洼處潛水位為1.5～2.5m，隨著沙丘高度的增加處潛水位深度逐步增加、潛水位最深為30m。潛水位的存在對地震波的激發較為有利，但臨近區地震勘探激發時震動對房屋、羊圈、機井具有較強的破壞作用。這要求進行充分的井深與藥量試驗工作，確保地震波的激發能力，同時又不損害建筑物。同時沙質松軟，對地震波的高頻成分具有強烈的吸收衰減作用，不利于提高地震資料的分辨率。

2.2 中深層地震地質條件

煤層與其頂、底板巖層的波阻抗差異十分明顯，是一個良好的波阻抗界面，煤層埋藏深度適中，能形成良好的煤層反射波，煤層較多，對斷層視傾角判斷較為有利；但上組煤層厚度較大，對下組煤層具有較強的遮蔽作用。

綜合來說，本區地震地質條件較好。

3 資料采集

3.1 試驗工作

3.1.1 低速帶調查

用小折射的方法進行低速帶的分布情況調查，為野外施工激發條件的選擇和資料的處理提供參數。觀測時使用24道接收，總長度146m，在第1道和第24道兩處激發，每個點藥量為2發雷管。經過計算，低速帶速度為500m/s，降速帶速度約為1600m/s，低速帶厚度（潛水位深度）約為3m～18m、其厚度大小與地形相關。井深選擇在潛水附近及潛水下5m進行。

3.1.2 激發條件試驗

在不同潛水位深度的區域進行多個井深與藥量的激發條件試驗，下面以低洼處潛水位深度為3m處為說明。

（1）井深試驗

以選用1kg藥量單井井深分別為3m～12m進行試驗，從試驗記錄看出井深3m、4m時不能看到有效目的層反射波，5m時能隱約看到煤層反射波的存在，但是背景干擾比較明顯；6m、7m時可看到較明顯的有效目的層反射波，但是面波及聲波影響明顯；井深8m時效果最好，初至清楚，遠道能量強，信噪比高（圖2、圖3）。

綜合多點試驗情況，選擇在潛水位下5m激發能獲得理想的單炮記錄。

（2）藥量試驗

選擇井深為8m，藥量分別為1.0kg、2kg、3kg進行藥量試驗。從試驗記錄看出藥量1kg、2kg、3kg對于單炮記錄的影響較小，激發能量足夠，初至清楚，但是3kg藥量的單炮記錄較1kg單炮記錄的頻率低，因此選擇1kg的震源藥柱激發效果理想。

3.2 觀測系統與數據采集

選擇8線10炮制束狀觀測系統，接收總道數為8線×96道/線=768道、中點激發、接收道距10m、接收線距40m、疊加次數24次（橫向4次，縱向6次）、CDP網格5m×10m、束線距200m。

在施工前對勘探區進行詳細踏勘，尤其是對村莊等障礙物進行了周詳測量，并標注在1：5000的圖上，作為三維觀測系統設計及施工時的必備資料。針對障礙物設計特殊觀測系統，以便勘探區內障礙物影響范圍內的資料獲取，從而保證了覆蓋次數分布的均勻性，炮檢距分布的合理性以及方位角分布的合理性，最終實現全區地震野外數據的獲取。

4 數據處理重要模塊

4.1 初至折射靜校正

由于受地形起伏、爆炸井深不一、風化層厚度和速度變化等因素的影響，使得地震波的反射時距曲線發生畸變，偏離雙曲線形態，而靜校正就是用來補償高程變化、風化層厚度及風化層速度變化對地震波旅行時的影響，其目的是將地震資料校正到一個指定的基準面上，獲得在一個平面上進行采集，且沒有風化層或低速介質存在時的反射波到達時間。勘探區內折射波較為發育。經過對比試驗以及以往沙漠區處理的經驗，初至折射校正法是較好解決沙漠區靜校正問題的方法。

4.2 地表一致性振幅補償

在地震資料采集中，由于激發條件與接收條件不同常常會造成不同的炮間和不同的道間存在較大的能量差異。為了消除這種由于激發因素與接收因素不同所造成的能量差異，必須進行一定的能量校正和補償。地表一致性振幅校正是針對因地表激發和接收條件不一致（也包括認為因素導致的不一致）造成的各個地震記錄道間的能量不均衡，并通過對共炮點、共檢波點、共偏移距、共中心點道集的振幅進行一致性統計分析和補償，有效地消除各炮、道之間的非正常能量差異。經過地表一致性振幅補償，能夠基本消除由于地表條件、激發接收條件的空間變化對地震波振幅的影響，使得地震波振幅的空間變化，能夠反映地下巖性的空間變化情況。

4.3 地表一致性反褶積

為了消除大地的濾波作用，拓寬頻帶，壓縮地震子波，提高地震資料的縱向分辨率，反褶積方法很多如：脈沖單道反褶積、脈沖多道反褶積、預測反褶積、自適應反褶積、地表一致性反褶積等。經大量的測試對比后，選擇了地表一致性預測反褶積。這種反褶積方法是基于地震子波可以被分解為共炮點、共接收點、共偏移距、共反射點等多種成份的思想，它不僅能壓縮地震子波，而且能進一步消除地表條件的變化對地震波的振幅特性和相位特性的影響，同時對多次波也有壓制作用。由于反褶積在提高分辨率的同時將會降低資料信噪比，所以處理時在保證資料信噪比的情況下再提高分辨率。

5 資料解釋

5.1 反射波標定與層位追蹤

利用測井資料制作的合成地震記錄與井旁地震道比較，可以直觀地分析地震時間剖面上的反射波所代表的地質意義。

根據地震資料在平面上主測線、聯絡線相交構成測網、形成時間域三維空間的特點，解釋采用以垂直時間剖面為主、水平切片為輔的方法，在反射波的對比追蹤中，運用波組、波系的關系，先選取本區連續性好的、能量強的、波形穩定的強相位進行追蹤對比，然后采用主測線、聯絡線相交的交點互做閉合檢查。

5.2 斷層解釋

斷點解釋是一個關鍵而復雜的問題，由正演得知，當地層正常時，時間剖面上反射波同相軸穩定、連續性好、沒有畸變。若時間剖面上標準反射波同相軸發生錯斷、強相位轉換、分叉合并、同相軸數目增多或者發生扭曲變形等則是識別斷層的依據。

5.2.1 煤層厚度解釋

地震反射波中包含極其豐富的地下地質信息，利用地震反射波可以用來進行煤層厚度的解釋。波形振幅方法就是利用地震反射波的波形特征和振幅信息與煤厚的相關性來進行煤層厚度的橫向預測。根據Windess的薄層理論，當薄層厚度小于1/4波長時，薄層反射波波峰與波谷視差近視為一個常數，而反射波振幅隨薄層厚度呈準線性變化，即薄層的厚度信息包含在反射波振幅之中。本次運用反演方法取得煤層厚度變化趨勢。波阻抗剖面能直觀地反應煤層厚度，用Jason反演軟件得到各煤層波阻抗值。提取過井處的某一時間某一范圍內的波阻抗值（即厚度樣點值），結合過井處的煤層厚度，擬合公式，求取煤層厚度（圖4）。

6 地質成果

本次地震勘探查明了勘探區內主要煤層的起伏形態。共解釋組合斷層12條，對勘探區內主要煤層的厚度變化趨勢進行了預測。

7 結論

（1）對應沙漠區域三維地震勘探來說，合理的激發參數選取是取得成功的基礎。

（2）合理地組合運用資料處理模塊，是獲得質量較高地震數據體的關鍵；波阻抗反演技術是煤厚預測的合理方法。

（3）沙漠區地表情況下三維地震勘探是可行的。

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