千米深井復雜條件下三維地震勘探效果分析研究

劉帥 趙啟生 尹聰

（山東濟寧礦業集團有限公司安居煤礦，山東 濟寧 272000）

1 概述

為滿足安居煤礦南翼淺部采區煤炭資源開采需求，對南翼淺部采區開展了三維地震勘探工程。針對區內復雜的地面地形條件和地震地質條件，研究制定一系列技術方案，優化施工設計，充分提高野外數據采集精度，利用精細化處理技術和巖性地震勘探技術，取得了較好的三維地震勘探技術成果。

2 三維地震勘探條件

2.1 復雜的地表地形條件

勘探區內水域發育，河流、湖泊、沼澤眾多，京杭運河近南北貫穿整個勘探區，龍拱河近東西流經勘探區西北部。地面村莊、碼頭等建筑物較多?？碧絽^區內交通發達，公路縱橫交錯，為三維地震的勘探線布設和野外數據采集接收帶來較大的困難。

2.2 煤層埋深大、賦存條件一般

根據勘探區附近前期鉆孔和二維地震勘探資料顯示，勘探區內煤層埋深大，一般埋深為-890m～-1530m，煤厚2.1～3.5m，平均2.6m，且局部3煤存在沖刷變薄區域。

2.3 地質構造條件復雜

勘探區位于濟寧斷裂、孫氏斷裂之間，斷裂構造發育，構造十分復雜。斷層走向以南北向、北東～北北東向為主，主要斷層有濟寧斷層、濟寧支5斷層、濟寧支4斷層、FX24斷層、FD1斷層、濟東斷層、FD3、FD5、FD6斷層，較大斷層周圍多存在次生斷層構造。根據原勘探報告，勘探區為構造復雜區域。

2.4 地震地質條件較差

勘探區內地表地震地質條件比較復雜，中、深層地震地質條件一般。侏羅系下部普遍發育有巖床狀巖漿巖侵入體，厚度56.90～186.70m，平均124.05m，呈灰黑色、灰綠色，主要成分為輝石、斜長石、黑云母，硬度大，豎向裂隙較為發育，巖性多為輝長巖，下距3上煤層339.32～512.91m，對主采3煤層的T3反射波采集極為不利。

3 復雜條件下三維地震勘探的技術方案研究

3.1 激發方法選擇

在運河西勘探區中部S2試驗點位置進行了D2點低速帶調查工作，采用小折射的方法，并保證其接收數據準確，初至清晰。采用相遇時距曲線觀測系統，排列布設在地形較平坦處，排列長度為159m，達到低速帶總厚度的8～10倍。低速帶調查表明：本區低速帶速度500～700m/s，低速帶厚度4～6m，降速帶速度1550～1800m/s，降速帶厚度4～8m。

充分借鑒鄰區以往成熟的三維地震野外采集經驗，主要開展激發因素的試驗，優選激發因素，努力提高目的層信噪比。按照單一因素變化及從簡單到復雜的原則，在S2試驗點進行激發因素試驗、接收因素試驗工作。采用428XL多道遙測數字地震儀，0.5ms采樣間隔，1.5s數據長度，前放增益為12dB，檢波器為PS-60型2串2并合堆放接收。試驗點S2位于西部第5束209線287附近，具體位置見圖1。接收排列采用和三維測線一致的方向，即南北方向布設一條接收排列，道距20m，120道接收。

圖1 試驗點S2位置圖

井深試驗：以10m、12m、14m、16m、18m、20m、22m、24m、25m、28m的井深，藥量2 kg激發，從而選擇最佳激發井深。

藥量試驗：分別用0.25kg、0.5kg、1.0 kg 、1.5kg、2kg、2.5kg、3kg的藥量，以最佳激發井深16m進行激發試驗，從中選出最佳激發藥量。

通過試驗，當采用井深16m，藥量2kg，10×72道接收，道間距20m，中間放炮，采樣間隔0.5ms，記錄長度2s，迭加次數24次，進行第1束施工采集，第1束初步處理迭加時間剖面（圖2），頻率較高，有效煤層波組 700～1100ms幾個波組連續性較好，信噪比較高，不足的是500～700ms有一強波組對下面波組壓制大。從第1束初步處理來看，本次三維地震基本能充分顯示出地下構造特征，具備了完成地質任務的條件。

圖2 第1束112線位置初迭時間剖面

通過井深、藥量試驗，最終掌握了本區的激發、接收等施工參數。本區信噪比普遍較高，井深16m左右，藥量2kg，獲得的地震監視記錄，頻帶較寬，目的層反射波能量適中、連續性好、分辨率高，干擾波（面波）較弱。村莊、建筑物附近采用0.5～1kg激發，也能獲得較好的資料，為村莊附近小藥量激發提供了有利條件。

3.2 特觀設計

地表施工條件復雜，給三維地震的測線布設、炮點激發、數據接收帶來較大的困難。針對龍拱河北8～11束設計實施了特觀1補全了資料；運河12～13束設計實施了特觀2，通過二束一起采集、在運河兩旁成孔，解決運河不能成孔、鋪線，取得了完整的資料；機場路北、運河東太白湖設計實施了特觀3、特觀4，補全14～18束這部分資料，獲得了全勘探區數據。

特觀1：龍拱河北8～11束范圍，設計了1、2、3號3條測線，鋪設了原設計線241、245、……、313、317線的393～433樁號范圍內檢波點900個，在四周及中間設計了炮點68個，進行全排列接收；

特觀2：運河兩岸12～13束范圍，設計了12條測線，鋪設了原設計線321、325、……、377、381線的109～437樁號范圍內能鋪設的檢波點，運河兩岸設計炮點808個，以12×83道滾動接收；

特觀3：機場路北、運河東太白湖14～18束范圍，設計了10條測線，鋪設了原設計線361、365、……、473、477線的282～414樁號范圍內檢波點980個，在運河西及測線范圍內設計炮點175個，進行全排列接收；

特觀4：機場路北、運河東太白湖14～18束范圍，設計了10條測線，鋪設了原設計線361、365、……、441、445線的226～327樁號范圍內檢波點980個，在運河西、機場路南及測線范圍內設計炮點176個，進行全排列接收。

特觀2設計后獲得的地震資料覆蓋情況效果圖見圖3，實施特觀后獲得了運河、龍拱河北及太白湖范圍完整的資料。

圖3 特觀2覆蓋次數效果圖

3.3 資料處理

地震資料處理采用Focus地震數據處理系統，配合EPOS3 TE(Third Editon)的版本。為了本區復雜構造的準確三維歸位成像，采用疊前及疊后時間偏移的地震資料處理流程。

通過野外數據資料進行全三維處理，獲得了以5m×5m×0.5ms為單元的三維數據體，處理中重點抓住了疊前干擾波去除、保證信噪比的前提下提高分辨率、準確細致的速度分析和復雜構造成像等四個重要環節，垂向剖面有一定分辨率，有效波頻帶范圍達20～120Hz，視主頻在50Hz左右，干擾波消除較徹底，反射波層次較清晰，地質構造異常顯示清晰。

3.4 資料解釋

地震資料的解釋采用Geoframe2012解釋系統。解釋基礎資料以疊前時間偏移三維數據體為主，以疊加數據體、方差數據體及各種地震時間剖面和切片等為輔，勘探區鉆孔資料為標定基礎資料。資料解釋原則為：構造解釋為主，巖性解釋為輔；人工解釋和工作站解釋相結合；垂直時間剖面與水平切片解釋相結合。

3.5 地震反演技術的應用

根據前期安居煤礦井下實際揭露情況，除斷層對井下開拓設計影響較大外，3上煤層厚度變化同樣對現場生產有很大影響，利用巖性地震勘探中的地震反演技術對煤層厚度進行反演。根據勘探區三維地震勘探資料并結合區內鉆孔及測井資料進行地震技術反演。

4 地質成果

通過開展三維地震勘探工作，控制了3煤層底板構造形態，解釋了3煤層厚度變化趨勢，控制了煤層斷裂構造；控制了新生界賦存形態；編制了3煤層構造控制程度圖及厚度變化趨勢圖、新生界底界面等高線圖，完成了勘探區地震勘探地質任務。

通過本次三維勘探解釋煤層斷層127條，皆為正斷層，按斷層規模分，落差大于100m的5條，落差50～100m的3條，落差30～50m的16條，落差20～30m的10條，落差10～20m的35條，落差5～10m的39條，落差3～5m的19條；按斷層控制程度分，可靠斷層81條，較可靠斷層36條，控制較差斷層10條。

本次三維地震勘探地質成果顛覆了原斷層組合方式，對新構造方案進行了較大的修正。

5 效果驗證

根據該礦井下實際采掘揭露情況及勘探區域地質鉆孔實際揭露情況，對本次勘探取得的地質成果進行了驗證。

5.1 煤層埋深驗證

根據勘探報告提供的3煤底板等高線圖，與后續施工的BK5、BK4鉆孔實際揭露的煤層埋深誤差均在20m以內。

5.2 斷層位置驗證

根據該礦東翼軌道大巷實際揭露FX24斷層（落差約80m）位置及產狀，均與勘探報告提供的資料基本吻合；且該礦施工的BK3水文孔揭露FD1斷層，通過已知數據畫出該鉆孔位置對應的預想地質剖面圖，也驗證了FD1斷層的平面位置的正確性。

5.3 煤層厚度驗證

根據勘探報告提供的3煤層厚度地震反演圖，BK4鉆孔附近存在煤層變薄區。后期施工的BK4鉆孔，實際揭露煤厚僅0.65m，驗證了煤層厚度反演成果的準確性。

6 結論

深入研究勘探區內復雜的地形、地質條件，進行充分的井深、藥量等試驗，找出適用于不同巖性地層的激發方式，正確實施檢波放線工作，對特殊地域采用特定的觀測方法，采用先進的三維地震勘探數據處理和解釋技術及巖性地震勘探技術，三維地震勘探在復雜條件下同樣可以取得很好的效果。