三維地震勘探在黃土塬、大傾角地區的應用

韋青云，吳 波，熊永杰

（安徽省煤田地質局物探測量隊，安徽宿州234000）

甘肅某礦地表沖溝縱橫交錯，山高坡陡，地形極為復雜；地層為“U”字型谷向斜構造，向斜兩翼地層傾角較大，尤其南翼為極傾斜地層，在借鑒西北黃土塬地區及大傾角地層等三維地震勘探成功經驗，對勘查區內地形、地物進行了踏勘，進行了可行性研究和充分的試驗，圓滿完成了勘查區的地震勘探任務。

1 地震地質條件

1.1 表、淺層地震地質條件

勘查區為黃土平臺（黃土塬）地貌（圖1），地表覆蓋厚度巨厚的第四系松散黃土，厚度變化較大。區內溝谷縱橫、陡坎發育，地形高差較大，給地震波的激發和接收帶來很大影響。

圖1 勘探區地形地貌

由于黃土層的結構松散、厚度極不均勻，地震波的傳播速度低，地震波的吸收和衰減嚴重，造成地震波的激發、接收條件相對較差，并易產生強烈的干擾。黃土層與下伏區域地層之間存在著很大的波阻抗差異，使地震波在黃土層中“振蕩”,形成“鳴震”,降低了地震資料的信噪比和分辨率。

本區淺表層地震地質條件復雜，為煤田地震勘探難度極大的地區。

1.2 深層地震地質條件

勘查區整體為向斜構造，向斜兩翼地層傾角在40°～60°之間。中侏羅統窯街組為含煤地層，煤層結構、煤層層間距及厚度變化較大，巖性組合及物性規律較穩定。主采煤層2煤層、4煤層與圍巖之間存在明顯波阻抗差，速度、密度等物性差異突出。

其中，2 煤平均厚度約6.0m，結構復雜，為穩定的可采煤層，煤層與圍巖之間有著較大的波阻抗差，能形成能量強、波形突出、連續性良好、易識別的反射波，是地震勘探的主要反射波和構造解釋的依據。

4煤層，與2煤層的平均層間距為70m左右。煤層結構較穩定，可以形成具有一定能量、波形突出、連續性較好、較易識別的反射波，全區可進行對比解釋(圖2)。本區深層地震地質條件為復雜地區。

圖2 勘探區的典型波組特征圖

復雜的表層地形與大傾角的目的層給野外數據采集、資料處理及解釋都帶來很大的困難。

2 技術難點及技術對策

2.1 技術難點

（1）勘查區屬于黃土平臺（黃土塬）地貌，黃土最大厚度達110m。巨厚黃土會對反射波高頻成分產生嚴重的吸收、衰減作用，造成強干擾發育，資料信噪比變低。因此，地震勘探的第一個主要任務就是如何確定有利的激發層位，獲得一定信噪比的原始數據,并采用怎么的觀測和接收參數，來提高煤層反射波的有效疊加次數。

（2）勘查區出露巖性多變。大部分為黃土覆蓋區，局部存在基巖出露和坡積物。成孔環境復雜,黃土覆蓋層厚度、結構、巖性變化多變。選擇合適的激發層位和如何進行成孔是勘探的一個重點。

（3）勘查區煤系地層為向斜構造，兩翼傾角大是勘探的一個主要難點。

2.2 技術對策

（1）以信噪比為核心的采集技術思路及方法。采集技術思路：詳細的低降速帶結構調查，確保激發層位選擇的合理性→做好波場特征調查，明確干擾壓制方法→理論論證野外采集參數→試驗論證激發接收參數及觀測系統參數→嚴格執行試驗參數，確保采集順利完成。

（2）激發層位的保證措施。利用單井微測井等方法，調查勘探區內黃土層的厚度分布、速度變化、巖性結構等，選取最佳激發層位,確保野外記錄有較高的信噪比。

在淺表層結構調查基礎上，研究分析地表不同巖性的分布范圍，不同區域有利激發層的深度，進而針對性地選取相應的成孔設備和方式，保證激發位于有利層位；尤其是黃土覆蓋區，井深至基巖面且采用多井組合激發，確保能在相對高速層中激發。

（3）由于煤層傾角很大，采用近走向方向布置主測線（即把陡地層變成大傾角地層，大傾角地層變成緩傾角地層）以減少大傾角對地震反射波的影響。在工作方法布置上針對目的層按地震波的反射路徑進行設計。確定面元大小，避免產生空間假頻。在資料處理中選擇適合于大傾角反射波疊前時間偏移處理的有效方法，進行波的空間歸位和準確偏移并做好山地靜校正，以克服畸變、干擾等影響。

3 野外采集措施

3.1 淺表結構調查

針對勘探區地貌特征，本次淺表層速度調查綜合采用了單井微測井。

本次勘探采取井中炸藥激發、井旁接收方式進行了單井微測井：由井底起，每隔0.5m 采樣一次，單次4道接收。

利用微測井初至信息，繪制時深曲線，進而計算、劃分速度界面，從而得到近地表速度分層情況；通過微測井成果，結合每個點的解釋成果，然后利用軟件插值，繪制相對高速層頂的深度與速度平面圖。

通過綜合分析可知勘查區相對高速層的深度在縱橫方向均存在變化，黃土層相對有利激發層位應在13m以上（圖3）。

圖3 相對有利激發層位深度示意圖

通過采取淺表層速度結構調查方法（微測井、踏勘）聯合應用、相互補充，基本查明了勘查區近地表黃土層結構分布規律：勘探區內黃土層的速度在垂向上具有明顯成層性，一般可以劃分為3～4層；縱橫向上速度結構變化較大；相對有利的激發層位在13m以上，基巖裸露和薄黃土覆蓋區，激發條件相對較好。

3.2 波場調查

為了壓制干擾波，突出有效波，提高信噪比，因而對波場特征進行調查，了解勘探區有效波和干擾波的發育特征與規律，進而采取針對性的干擾壓制措施。

通過對波場監控記錄分析，識別出目的層反射波和各種干擾波，再對其視速度、頻率、波長等特性進行分析，有效波和各種干擾波特征如下：

折射波：勘查區發育的折射波較為復雜，有一次、多次和多次反射折射等。較穩定的一般為高速層頂的折射波，視速度在1750～2100m/s，主頻約20～60Hz，波長約20～50m。

面波：勘探區的面波、能量強，視速度在300～500m/s，主頻約10～20Hz，波長約15～40m，是勘探區的主要干擾波。

煤層反射波：在有利激發層位中激發時，可形成能量強、視速度（2800m/s以上）高、視波長（40m以上）長、連續性好的煤層反射波；有效波的能量在30～80Hz 頻率范圍內較強，信噪比高。

3.3 試驗工作

試驗工作的主要任務選擇適應勘查區施工的采集參數，確定壓制干擾波，提高信噪比的措施。

試驗工作包括井深、藥量、井組合個數、組合井井深及排列長度等試驗，確定合適的施工參數。

由于勘查區地表條件多變，其大部分為黃土覆蓋區，也有基巖出露區以及兩者接合部。在黃土覆蓋區，覆蓋層厚度大于10m；在黃土覆蓋區與基巖接合部，覆蓋層較薄，一般為5～10m。針對區內地形的變化情況（圖4），進行有針對性的試驗工作，在每種地形上都選擇1 個試驗點，全區實際共完成3 個點試驗，2 條段試驗。

圖4 區內不同地表條件情況

3.3.1 點試驗內容

（1）井深試驗。采用藥量4.0kg，井深分別為6m、8m、10m、12m、14m、16m、18m、20m進行試驗。

（2）藥量試驗。用井深13m，藥量分別為3.0kg、4.0kg、5.0kg、6.0kg進行試驗。

（3）組合井試驗。

①雙井試驗：藥量為6.0kg，井深分別為6m、8m、10m、12m、14m、16m、18m。

②三井試驗:藥量為6.0kg，井深分別為6m、8m、10m、12m。

3.3.2 段試驗

段試驗1經過試驗點1沿地層走向布置（近東西方向）；試驗段2 設在穿過試驗點2 和點試驗點3 的直線上，試驗線的走向垂直地層走向布置。段試驗井深、藥量參數采用其上點試驗確定的參數基礎上進行。

從處理的段試驗疊加剖面可以看出，目的層反射波波組特征明顯、同相軸連續性、能量較強，信噪比較高（圖5）。

圖5 段試驗疊加時間剖面圖

通過對試驗的分析，沿地層走向布置測線，把陡傾角變成大傾角，把大傾角變成緩傾角是可行的。

4 地震資料處理關鍵技術

4.1 靜校正處理

靜校正是本區資料處理的重點工作之一，做好靜校正，是資料處理成功的關鍵。為了消除表層因素對單炮記錄的影響，采用初至折射靜校方法來做野外一次靜校正，折射靜校結果有效波的連續性、能量及信噪比都比高程靜校結果有大幅度的提高，再利用自動剩余靜校正進行逐步的細化，確保處理后的資料保真，效果理想。

4.2 速度分析

速度分析拾取的精度直接影響著疊加處理的效果。針對本區目的層傾角大的情況，在求取第一次剩余靜校正量時、求取第二次剩余靜校正量時及三維疊前偏移之后進行了三次速度求取。通過準確的速度分析，確保偏移的準確性，控制了構造的形態。

4.3 疊前時間偏移

由于受區域構造影響，本區構造復雜，地層傾角陡，有的地段傾角達50°以上，常規時間域三維偏移結果不理想，偏移歸位不準確，給資料解釋帶來困難。

疊前偏移可以消除構造傾角和其它橫向速度變化的影響,得到的CRP道集反映同一反射點的信息,使其符合地質構造情況，還能夠解決陡傾角地層問題。

通過對比分析常規疊后偏移和疊前時間偏移可知，疊前時間偏移效果較好，斷層清晰，波組特征明顯，目的層能較容易地識別和連續追蹤，從而提高了資料的質量（圖6）。

圖6 大傾角地層常規偏移（上）與疊前時間偏移（下）剖面對比

5 結論

通過全面踏勘和理論分析，疏理出本次勘探的技術難點，通過充分試驗，確定了技術路線和工作重點，制定并實施了有針對性的具體技術措施和施工方法，執行了有效的質量控制程序，最終保證了野外采集生產、資料的處理等工作的順利實施，獲得了品質較高的三維數據體。