地震勘探技術在準東煤田的應用

葛棟鋒

（新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局 第九地質大隊，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引 言

準東煤田位于新疆準噶爾盆地東部北緣，克拉美麗山山前拗陷，地跨吉木薩爾縣、奇臺縣和木壘3 縣，東西長240 km，南北寬30 km，侏羅系煤層賦存面積約6 000 km2，探獲煤炭資源總量2 456 億t，是我國重要的能源基地，產生了重大的經濟和社會效益[1]。2005 年至今，新疆地礦局第九地質大隊開展了大量的煤田地質勘查工作，其中地震物探部分由山東煤田地質局物探測量隊承擔，共完成了二維地震13 760 km，三維地震314 km2。在準東煤田勘查中，提高了工作效率，很好的指導了煤田勘查工作，充分顯示了二維、三維地震勘探技術優勢，取得了良好的地震勘探效果。結合大量前期勘查成果[2-5]和前人對局部開展的研究成果[6-9]，本文對整個準東煤田地震勘探工作進了整理分析，研究總結整裝煤田地震勘探技術應用的良好的經驗。

1 地震地質條件

1.1 地表條件

準東煤田地表條件復雜，地勢總體為南北高、中部低，部分區段地形起伏較大。地形、地貌及表層巖性條件變化大，主要為戈壁、沙丘地(沙壟)、沙漠、沼澤、鹽堿地地形地貌。大部分區域水系不發育；土壤類型主要為灰漠土和風沙土，局部區域有新近系獨山子組、白堊系下統吐谷魯群和侏羅系中—上統石樹溝群出露地表；植被總體來說不發育，部分地區有灌木稀疏發育，主要植物種類為梭梭柴和駱駝刺等耐旱植物，沙壟最大高度達數十米，這給行車和鉆機成孔帶來較大困難。準東煤田屬大陸干旱荒漠氣候，夏季炎熱，冬季寒冷，無地表水，常年大風等惡劣自然條件對野外施工進度和記錄品質都有不利影響。因此，地表條件較差。

1.2 淺層地震地質條件

準東煤田大部分地區無潛水，表層被第四系地層所覆蓋，局部區域有新近系獨山子組、白堊系下統吐谷魯群和侏羅系中—上統石樹溝群及侏羅系中統西山窯組出露地表。松散的第四系地層對地震波高頻成分有較嚴重的吸收衰減作用，影響數據采集的質量。新近系地層與下伏的侏羅系中上統石樹溝群地層角度不整合接觸，在部分區域二者的物性差異不大，獲得TN 反射波能量一般偏弱，連續性偏差；部分區段有西山窯組出露區，因煤層火燒形成大面積的燒變巖區，燒變巖區巖石破碎，裂隙發育，是地下水運移通道和儲存部位，地震響應效果差。因此，該區淺層地震地質條件變化大。

1.3 中深部地震地質條件

準東煤田的含煤巖組主要為侏羅系西山窯組、八道灣組，煤層賦存條件較好，勘查區的構造較簡單，地層傾角較緩，多在1°~12°，局部地段達到20°，地震響應較好，主要目的層埋藏深度在150 ～1 000 m。煤層頂底板巖性、巖相組合特征清楚，物性差異明顯，能形成能量強的反射波，局部煤層層數多厚度大，間距較小，從而形成復合反射波。由于上部煤層的屏蔽作用，下部煤層的反射波部分地段能量較弱。部分地區煤層為厚—巨厚煤層，結構簡單，煤層頂、底界面均能形成連續性較好、能量較強的反射波；部分地區存在煤層分叉現象；部分地區煤層結構變化較大，由厚—巨厚的簡單煤層結構突變為多煤層結構，導致煤層層數多，夾矸多為炭質泥巖、泥巖，夾矸與煤層的波阻抗差異較小。因此，煤層形成反射波多為復合波，波組特征變化較大，各反射波間關系復雜，時間剖面品質有所下降，增加了對煤層的對比解釋難度。因此，中深部地震地質條件好。

2 野外數據采集及技術措施

由于地震地質條件多變，在準東煤田開展地震勘探工作需要遵循以下幾條原則：①試驗工作要充分，通過分析以往地質資料和鄰區工作成果，借鑒以往施工經驗，在正式生產前要進行較充分的試驗工作，然后再根據試驗結論對本設計進行優化；②儀器性能穩定，表、淺層地震地質條件較差地區，為了取得可靠的資料，采用大動態范圍較大、性能穩定的數字地震儀；③選擇好激發層位，避免在淺層波阻抗差異大的分界面上方激發，以免產生淺層折射鳴震，為有效壓制聲波，放炮前要注意炮井的填埋；④壓制高頻干擾背景，如有組合檢波、多次疊加、深埋檢波器、加大激發能量、刮大風不施工等等很多行之有效的方法；⑤提高有效覆蓋次數，目的層埋藏深度變化較大，采用適應不同深度的觀測系統和接收范圍，以盡量提高有效覆蓋次數，確保獲得信噪比較高的資料；⑥加強現場監視，建立現場資料處理工作站，進行現場處理和剖面分析，以便更好地進行質量監控；⑦靜校正是資料處理的關鍵問題，要注意取全取準靜校正基礎資料，正確選取基準面和靜校正方法；⑧采取針對性處理措施，在一般常規處理的基礎上，強調做好地表一致性反褶積和初至折射靜校正以及DMO、疊后偏移。疊前處理要充分注意單炮的凈化，處理中對所選每個模塊和參數的作用及效果進行充分試驗，做到每個所選模塊和參數均有明顯效果。

3 地震資料處理

準東煤田資料處理要解決的突出問題主要有靜校正、波形一致性校正、速度分析、偏移歸位、如何提高分辨率等。自2005 年起，準東煤田開始進行地震勘探，就引入現場地震處理技術。野外地震數據采集現場配置了數據處理工作站，現場處理時，在及時處理當天施工地震資料的同時，以先期施工測線對濾波、反褶積、初至折射靜校正等，對主要處理模塊及處理參數進行了詳細的分析和測試，監視野外施工質量，為室內處理提供依據。由于準東煤田煤層層數多，煤層結構變化復雜，因此要提高地震勘探的分辨率，尤其是縱向分辨率。提高分辨率也是數據處理階段的重要課題。為一階段提高分辨具有重要作用，在數據采集階段不能達到目的只有通過數據處理來實現。目前，提高分辨率的主要措施有數字濾波、反褶積、子波處理、譜白化等，另外，提高水平分辨主要依靠偏移技術。

4 地震資料解釋

4.1 反射波的對比追蹤

4.1.1 反射波的標定

地震資料的解釋首先就是地震反射波的標定，確立地層特別是主要目的層與其地震反射波的對應關系[10]。煤層反射波是煤層與其圍巖共同作用的結果，煤層反射波除與煤層厚度有關外，還與上下圍巖巖性及其厚度有關。反射波正負相位與地層，波峰、波谷與煤層頂界面不一一對應，因而相鄰地層反射波的波至時間只大致反映地層的間距。采用合成地震記錄的方法（圖1），利用測井密度和聲波計算地層界面反射系數，利用地震剖面提取地震子波，正演井旁地震記錄，與井旁時間剖面對比，確定煤層反射波的地質屬性（圖2）。通過合成地震記錄的標定地質層位，證實了在解釋中地震資料分析認識的正確性。通過研究區的人工合成地震記錄，與井旁地震時間剖面對比，確定主要地震波的地質意義。

圖1 人工合成地震記錄Fig.1 Synthetic seismic record

圖2 煤層反射波與鉆孔柱狀對比示意Fig.2 Comparison between coal seam reflection wave and drilling hole columnar

4.1.2 標準波的選擇與對比

將地震時間剖面上反射波能量強、信噪比高、連續性好、地質意義明確的反射波定為標準，以及主要輔助波。對比時以主采煤層反射波為主，以強相位對比為原則，結合波形、波組特征進行追蹤對比。進行對比時不同的反射波用不同的顏色標注。

4.1.3 時間剖面的閉合

相交時間剖面同相軸的閉合差產生的原因主要有：測線方向與地形起伏變化不一致、測線方向與目的層起伏變化不一致造成的疊加效果差異；疊代的低速帶速度與厚度、替代速度不準造成各向異性；兩個方向的激發接收效果差異等。采用整道閉合的方法，首先按同相軸的地質屬性追蹤各目的層對應的反射波同相軸，拾取相應的時間差孔旁閉合時間差，再按平面上閉合差的分布及時間剖面的分析確定其它交點的校正量。其次確定校正的區間和邊界值，沿測線方向以線性或非線性方法內插，把所得到的閉合差值加到測線層位t0值上即得到新的閉合的雙程時間。通常采用以上方法對地震時間剖面進行閉合差校正的，得到的速度曲線擬合（圖3），繪制的t0形態反映比較合理。

圖3 不同煤層時間－深度曲線示意Fig.3 Time-depth curves of different coal seams

4.2 速度分析

4.2.1 煤層速度分析

煤層速度需要利用井旁時間和煤層厚度求取，但對于小于1/4 波長的煤層間距，由于頂底反射波相干涉，不能以此求煤層速度。無論是煤層還是地層的厚度解釋，都需要有相對獨立的地震響應。薄層的地震響應在頂底板復合波不受外在影響時，其厚度與反射波振幅成近似線性關系。

準東煤田煤層速度依據煤層頂板反射波和底板反射波時差與煤厚求取，得到煤厚與時間對應關系曲線，表明煤層速度比較穩定，基本在2 300 ~ 2 350 m/s，其中離散較大的點可能是由于煤層結構原因造成的。上述曲線是此次厚煤層厚度解釋的基礎資料之一。

4.2.2 時深轉換速度分析

利用綜合速度分析得到層位時深轉換速度平面圖，網格化后得到每一個點的離散速度，將該速度、層位及斷層解釋后得到該層位的t0值，經離散化的半程時間相乘，得到目的層在該點的垂向深度。利用工作站計算整個層位后，即將該層由時間域轉換為空間域。

4.2.3 時深轉換

在工作站上進行層位解釋后，把層位數據按測線輸入微機，利用時深轉換速度進行時深轉換。由于反射波為地層界面的法向反射時間，因而時深轉換首先需進行空間歸位。該區利用梯度法進行歸位，利用鄰近點反射時間計算中間點的地層傾角θ、方位角ψ，計算反射點深度h、真傾向偏移量x，進行偏移歸位（圖4）。

圖4 反射點偏移歸位Fig.4 Reflection point offset homing

5 地震地質成果

5.1 構造成果

利用煤層反射波，輔以其它可追蹤對比的反射波，在工作站上對全區地震資料進行追蹤對比，對比在疊加剖面上進行，在測線交點上采用整道波形閉合的方法，消除局部異常或干擾波帶來的假象。斷層在地震時間剖面上表現為同相軸錯斷、扭曲、強相位轉換等特征（圖5）。當表層速度變化不大時，煤層褶曲形態在時間剖面上得到直觀地反映。（圖6）。進行時深轉換后，地震數據由時間域變為空間域，即反應主要目的層的構造形態。

圖5 斷層在時間剖面上的顯示Fig.5 The display of fault on time profile

圖6 煤層褶曲在時間剖面上的顯示Fig.6 The display of coal seam fold on time profile

5.2 斷層的組合

根據區域構造規律，構筑研究區的構造框架，以確定斷層的空間展布形態。將相鄰時間剖面上位置相近，性質相同，落差相當或落差有規律變化的斷點組合成同一條斷層，形成主要目的層的斷裂構造。

5.3 煤層宏觀結構

結合鉆探成果，利用該煤層反射波，輔以其它可追蹤對比的反射波，在工作站上對全區地震資料進行追蹤對比，解釋煤層厚度變化、沉缺、剝蝕等宏觀結構，并結合地質鉆探驗證控制，取得了良好效果。

5.4 圖件制作

5.4.1 煤層反射波t0等時線圖

在工作站上建立工區，加載經過基準面校正處理的二維地震時間剖面，以利用鉆孔合成記錄標定的煤層反射波作為標準波，對地震剖面進行對比解釋，形成整個工區的反射波層位數據，經過網格化形成本區的煤層（底板） 反射波t0等時線圖，然后輸入到微機按標準圖例進行編輯，標注測線和鉆孔數據，形成主要煤層反射波的t0等時線圖。

5.4.2 煤層底板等高線圖

利用煤層底板反射波t0值經時深轉換后得到靜校正基準面下的該煤層底板深度值。一個點的真深度值為基準面下的深度加上地表高程與基準面的差，這樣就避免了表層地形起伏對等深線地形的影響。由深度值減去靜校正基準面得到標高值，最終繪制出該煤層底板等高線圖。

5.4.3 構造控制程度圖

計算出煤層底板等深線后，與基準面標高相減得到煤層底板標高值，投放到平面相應位置上，繪制煤層底板等高線圖。

5.4.4 地震地質剖面圖

地震地質剖面圖上，層位底板深度由計算機直接從各等高線圖上自動拾取，經人工編輯后形成。

6 結 論

（1） 準東煤田的地震勘探從一開始就密切與鉆探相配合，在優先施工地震參數孔，取得物性參數，及地震初步解釋成果資料的基礎上，不斷優化鉆探施工方案，降低了鉆探施工風險，節約了施工成本。

（2） 采用波阻抗反演技術解釋煤層厚度及煤層結構，對煤層分叉、合并部位運用地震結合鉆孔驗證的方式給予控制，提高了工程勘查的有效性。

（3） 通過地震資料處理與數據采集和資料解釋同步進行，解釋煤層構造起伏形態、宏觀結構、賦存范圍及厚度變化，繪制t0等時線圖、煤層底板等高線圖、地震地質剖面圖等，取得了良好的效果。