厚黃土覆蓋淺埋煤層區域三維地震勘探技術

劉斌

【摘 要】在簡述渭北黃土高原內白水煤礦地質概況的基礎上，分析了厚黃土覆蓋淺埋煤層區域進行三維地震勘探的難點，討論了關鍵技術。論文論述了在觀測系統設計、資料采集及資料處理過程中的關鍵技術。結合驗證資料，證明了在厚黃土覆蓋淺埋煤層區域進行三維地震勘探是可行的。

【關鍵詞】厚黃土;埋藏淺;煤;三維地震

中圖分類號： P631.4文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）18-0195-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.092

3D Seismic Exploration Technology for Shallow Coal Seam Covered with Thick Loess

LIU Bin

（Xi'an Research Institute，China Coal Technology Engineering Group，Xi'an Shaanxi 710077，China）

【Abstract】Based on a brief description of the geological situation of Baishui Coal Mine in Weibei Loess Plateau， this paper analyzes the difficulties in carrying out three-dimensional seismic exploration in the shallow coal seam area covered by thick loess，and discusses the key technologies.This paper discusses the key technologies in the process of observation system design，data acquisition and data processing.Combined with verification data，it is proved that it is feasible to carry out 3D seismic exploration in the area covered by thick loess and shallow coal seam.

【Key words】Thick loess;Shallow burial;Coal;3D seismic

0 引言

煤田三維地震勘探技術在運用得當的前提下，是東部平原、西部戈壁等地震地質條件較好區域構造勘探的重要手段。但在西部厚黃土覆蓋區域，由于受到地表高差大、淺部地層厚度與速度變化劇烈、煤層埋藏較淺等的影響，部分勘探工程觀測系統設計不合理、野外采集質量把控不嚴格的影響，使得部分項目的地震勘探結果不能完全滿足煤礦高效生產的需要。本文以白水礦三維地震勘探為例，探討在類似區域進行三維地震勘探的關鍵技術。

1 基本地質概況

勘探區處于渭北黃土高原的南部，基本被新生界黃土覆蓋，地層由老到新依次為：中下奧陶統馬家溝組，上石炭統本溪組及太原組，下二疊統山西組及下石盒子組，上二疊統上石盒子組及石千峰組，新生界。

區內黃土沖溝發育，地表高差達150m，地形較高處黃土層厚度超過150m，表層黃土松散、干燥;沖溝地段多為砂、礫沖積物，沖積層下3～5m處為基巖段。

太原組為一套海陸交互相含煤沉積，是礦區主要含煤地層，地層厚11.82～57.22m，該組地層含煤7層，自上而下編號為5-1、5-2、6-1、6-2、9、10、11號，其中5-2號煤層是主要可采煤層，煤層埋藏深度150m～270m，煤層厚度約2.35～3.18m。

勘探區地層整體向北傾斜，傾角甚小;以斷裂為主，褶曲較少。斷裂以高角度正斷層為主，逆斷層較少。一系列正斷層構成地塹、地壘及階梯狀等復合形態。

勘探區附近小煤窯星羅棋布，其中現在生產的小煤礦5個，這5個小煤礦均位于開采5號煤，是否存在越界開采的情況不詳。

三維地震勘探的主要地質任務為：查明測區內煤層中落差≥5m的斷層，查明勘探區內小窯采空區的范圍。

2 勘探難點分析與技術對策

2.1 勘探難點

（1）目的層埋藏深度淺，觀測系統設計難度大

主要目的層5煤層最大埋藏深度約約270m，最小埋藏深度約150m，觀測系統布置困難。

（2）黃土層厚度大，激發條件選擇難度大

勘探區屬于黃土塬地貌，由于巨厚黃土層的強吸收作用將導致反射波高頻衰減嚴重，面波、鳴震、多次波等強干擾發育，資料信噪比低等一系列問題。因而，如何選取有利的激發層位，獲得一定信噪比的原始資料、選取合理的觀測、接收參數，盡可能提高目的層段的有效覆蓋次數是本次勘探的首要技術重點和難點。

（3）地表高差大，地形校正難度大

勘探區屬黃土塬地貌，地形高差變化大，對資料處理過程中的靜校正工作造成一定困難，容易出現假構造現象。

2.2 技術對策

（1）觀測系統優化設計

采用小線距、小道距、小面元及高覆蓋次數的觀測系統，確保淺埋區域目的層的有效覆蓋次數。觀測系統為10線10炮制，線距20m、道距10m，面元網格為5m×5m，保證最深目的層的覆蓋次數為40次，而最淺目的層的有效覆蓋次數為25次。

（2）充分的野外試驗工作，確保理想的激發條件

①依據地形圖件、在現場踏勘額基礎上，基本按照500m×500m的網度進行低速帶調查，低速帶調查在地形較平坦區域采用小折射的方式，折射排列長度不小于300m;在地形變化劇烈區域采用微測井的方式，微測井的井深部小于40m。依據低速帶調查的結果，勾勒出后黃土區的低（降）速帶分別圖。

②依據低速度調查的結果，選擇2kg炸藥，選擇不同的井深進行積分井深試驗，成孔過程中充分觀測巖性變化。

③采用井深試驗的選擇的激發井深，分別選擇不同的藥量進行藥量試驗。

（3）室內進行多種方法的靜校正及噪音衰減工作

處理中始終注意對高頻信息的保護，以提高分辨率，并認真做好靜校正工作。重點抓住隨機噪聲衰減、靜校正、速度分析、三維空間成像偏移四個主要環節，使斷層顯示清晰、位置準確。

3 野外試驗工作

3.1 井深試驗

進行了不同深度單井（6m、8m、10m、12m、15m、20m、25m、30m）、藥量為2kg的試驗井深試驗工作。

通過資料的對比可以看出：井深對單炮記錄的影響較為明顯，井深為15-20m時，壓制背景干擾較好，初至清楚，能量較強，面波干擾較小，在井深15m的位置存在一層較薄紅土，濕度和粘性較大，但這層紅土厚度只有約40cm，激發效果不佳，煤層反射波也不明顯，在井深25m附近存在一層約1m厚的紅土，濕度和粘性較大，激發效果較好，從單張記錄上可以觀察到較為明顯的煤層反射波，信噪比也最高。30m井深對于面波和其他干擾壓制效果明顯，但激發層位不宜，單張記錄沒有煤層反射波。

3.2 藥量試驗

進行了藥量為1、1.5、2、3kg試驗，通過對比發現1、1.5kg能量較弱，初至不清楚，壓制干擾效果差。藥量3kg、4kg時初至清楚，能量強，分辨率和頻率降低;藥量2kg時，能夠保證遠道、深層的反射能量，頻率明顯提高，分辨率也隨之提高，干擾波如折射、反射多次波和面波減小，所以藥量選擇2kg為宜。

3.3 完成工作量與質量評價

生產物理點1810個，其中生產物理點甲級記錄914個，甲級率50.50%，乙級記錄883個，乙級率48.78%。

4 資料處理與解釋

4.1 資料處理關鍵技術

（1）靜校正

本區地表高差大，低降速帶厚度橫向變化劇烈。需要進行靜校正工作，靜校正對提高處理數據的信噪比、疊加效果、精確成像都起著舉足輕重的作用，不僅影響疊加剖面的信噪比和縱向分辨率，還影響速度分析的質量。通過對原始資料的分析，為了消除表層因素的影響，采用層析反演靜校正方法來做野外一次靜校正。通過層析反演靜校后單炮上的同相軸連續性得到改善，地形引起同相軸的錯動現象基本消除。

（2）去除干擾波

本區資料干擾波主要是面波和線性干擾波，這種干擾波能量較強，引起道集內能量不均勻，消除這種干擾波，可以突出有效波組。選用代表性的單炮記錄進行頻譜分析，分析了各類信號頻譜狀況，為后續的處理參數提供依據。在疊前處理時，為了壓制干擾波，又不使有效波受到損失，對單炮記錄進行帶通濾波處理，去除低頻面波和高頻噪音干擾，采用相干濾波消除傾斜干擾，提高了資料的信噪比。

（3）三維地表一致性預測反褶積

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，我們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。經過反褶積處理后主頻提高，頻帶拓寬，高頻成分能量相對提升。

4.2 資料解釋

（1）斷點的解釋

在時間剖面上，解釋斷點的依據為反射波（組）同相軸的錯斷（落差較大斷層）、分叉合并、扭曲及同相軸產狀突變、輔助相位錯斷（落差較小的斷層）等。

（2）采空區解釋

在時間剖面上表現為同相軸的變弱甚至缺失或者同相軸雜亂無章。利用區內煤層標準反射波的追蹤對比，控制采空區的范圍。

4.3 地質成果

勘探區內解釋了落差大于等于4m的斷層共28條，按落差大小分類，落差大于等于100m的斷層1條，50～100m的斷層4條，20～50m的斷層4條，10～20m的斷層8條，5～10m的斷層9條，落差小于5m的斷層2條。勘探區內沒有發現采空區。

4.4 驗證情況

本項目結束后，礦方的開拓工程進入本區，揭露了落差6m的斷層兩條。與解釋的斷層比較：落差誤差為1～2m，平面擺動誤差為10m～16m。

5 結論

（1）在淺埋藏區域進行地震勘探時，觀測系統設計中的有效覆蓋次數是關鍵。

（2）在厚黃土區域進行數據采集時，井深的選擇是項目取得成果的關鍵。

（3）在厚黃土覆蓋淺埋煤層區域進行三維地震勘探是可行的。

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