三維地震勘探技術(shù)在神木市升富井田的應(yīng)用

劉旭東，馬郵國(guó)，宋方舟，劉昊培，吳 濤，賀海平

（1.陜西地礦物化探隊(duì)有限公司，陜西 西安 710043；2.陜西韓城天久注漿勘探有限責(zé)任公司，陜西 韓城 715499；3.神木市升富礦業(yè)有限公司，陜西 神木 719319）

0 引 言

三維地震勘探主要是利用反射波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征來解決煤層賦存、地質(zhì)構(gòu)造等問題，把地震方法擴(kuò)展到三維空間，在野外數(shù)據(jù)采集時(shí)是在一定的面積上觀測(cè)，地震資料的解釋精度和解釋成果的可靠性較高[1]。通過對(duì)升富井田進(jìn)行三維地震勘探，查明了井田的構(gòu)造形態(tài)及主要煤層的賦存狀態(tài)，為礦區(qū)的整體規(guī)劃及礦井持續(xù)安全生產(chǎn)提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)。

1 井田地質(zhì)及地震條件

1.1 地層與煤層

升富井田全部被現(xiàn)代風(fēng)積沙所覆蓋，據(jù)鉆孔揭露及地質(zhì)填圖資料，區(qū)內(nèi)地層由老至新依次為，三疊系上統(tǒng)永坪組（T3y），侏羅系中統(tǒng)延安組（J2y）、直羅組（J2z），第四系中上更新統(tǒng)離石組和馬蘭組（Q2+3）、全新統(tǒng)風(fēng)積沙（Q4eol）。井田內(nèi)可采煤層有6 層，自上而下編號(hào)為2-2、3-1、4-2、4-3、5-2、5-2下號(hào)煤層。

1.2 地震地質(zhì)條件

1.2.1 表層地震地質(zhì)條件

井田屬中等沙漠化區(qū)，地形起伏較大，西部及中部為流動(dòng)或半固定的沙丘所覆蓋。在平坦低洼地段，地表多為沙土互層，相對(duì)穩(wěn)定，在植被稀少地段，表層多為薄厚差異較大的松散干沙。厚薄不一的虛沙對(duì)有效波吸收強(qiáng)烈，高頻信號(hào)經(jīng)過該低速沙層時(shí)嚴(yán)重衰減。局部地表黃（紅） 土沖溝發(fā)育，地形復(fù)雜。

區(qū)內(nèi)東部零星分布一些房屋及一片莊稼地。從現(xiàn)場(chǎng)施工及衛(wèi)星影像圖來看，三維勘探區(qū)內(nèi)主要障礙物有5 處，整體而言，地表地震地質(zhì)條件較差。

1.2.2 淺層地震地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)大部分被第四系風(fēng)積沙土覆蓋，地層結(jié)構(gòu)松散，地震波傳播速度為400~600 m/s，對(duì)地震波的吸收衰減作用極為強(qiáng)烈，造成目的層反射波能量的衰減及高頻成份的損失，對(duì)高分辨率地震勘探工作不利。因此，該區(qū)淺層地震地質(zhì)條件較差。

1.2.3 深層地震地質(zhì)條件

2-2 煤和3-1 煤層為先期開采地段的主要可采煤層，埋藏深度較淺，一般在115~ 212 m，圍巖基本上以中細(xì)粒砂巖、粉砂巖為主，煤層與圍巖波阻抗差異顯著，其界面是一個(gè)良好的波阻抗界面。且2-2 煤在全區(qū)近乎可采，3-1 煤為全區(qū)可采，這些都有利于在時(shí)間剖面上對(duì)目的煤層的反射波進(jìn)行追蹤對(duì)比，故該區(qū)深層地震地質(zhì)條件較好。該區(qū)主要的可采煤層3-1 煤厚度較大，也是較為有利的一面。

綜合分析全區(qū)地球物理特征，該區(qū)內(nèi)總體地震地質(zhì)條件一般。

2 數(shù)據(jù)采集

2.1 激發(fā)與接收因素

（1） 激發(fā)因素：震動(dòng)2 ～3 次；震源1 臺(tái)；掃描長(zhǎng)度12 s；掃描頻率10 ~ 115 Hz；驅(qū)動(dòng)電平70%。

（2） 接收因素：采用SmartSolo10 Hz 高靈敏度檢波器，單個(gè)接收。

（3） 儀器因素：采用SmartSolo 高分辨率無線節(jié)點(diǎn)地震儀；節(jié)點(diǎn)數(shù)字地震儀，采樣間隔1 ms，記錄長(zhǎng)度2 s，全波段接收。記錄格式SEGD，前置放大增益12 db。

2.2 觀測(cè)系統(tǒng)

觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)如下：

此次采用規(guī)則三維觀測(cè)系統(tǒng)，線束沿著正南正北方向布置，地震線束共計(jì)25 束，每束炮線10條，接收線10 條。施工中以10 條線為一束共同觀測(cè)，每條線64 道，10 條線接收，共計(jì)開動(dòng)640 道接收，中間放炮，每束與上一束重合5 條接收線。該觀測(cè)系統(tǒng)覆蓋次數(shù)、偏移距和方位角分布均勻，不僅滿足了構(gòu)造走向方向的成像條件，而且使得垂直于走向方向的成像效果更加優(yōu)越，偏移距在大、中、小分布較均勻，使得淺、中、深層的成像條件都較好。

2.3 難點(diǎn)與技術(shù)對(duì)策

2.3.1 難點(diǎn)

研究區(qū)為沙漠與黃土高原接壤區(qū)，地形為丘陵區(qū)，地形起伏變化大。區(qū)內(nèi)淺表層地震地質(zhì)條件縱橫向變化大，在地震理論記錄上突出表現(xiàn)為干擾波強(qiáng)度大，類型復(fù)雜，信噪比較低。

2.3.2 技術(shù)對(duì)策

針對(duì)上述難點(diǎn)，根據(jù)以往地震勘探工作的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合研究區(qū)的具體情況，采用如下技術(shù)對(duì)策。

（1） 通充分對(duì)比試驗(yàn)得到合理激發(fā)參數(shù)。

（2） 對(duì)于勘探區(qū)內(nèi)的各種人文或工程設(shè)施，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行合理避讓，觀測(cè)系統(tǒng)采用特殊變觀軟件設(shè)計(jì)，保證滿足工程質(zhì)量要求。

（3） 利用高靈敏檢波器，壓制干擾，提高信噪比。

（4） 為了最大限度控制斷層位置的平面擺動(dòng)誤差，需要提高垂向分辨率，如充分利用地震儀器的大動(dòng)態(tài)范圍、24 位模數(shù)轉(zhuǎn)換精度，提高前置放大倍數(shù)及時(shí)間采樣密度，并采用全頻帶接收等手段，以便最大限度展寬反射波的頻帶提高分辨率。

3 資料處理與解釋

根據(jù)試處理及有關(guān)參數(shù)的測(cè)試結(jié)果，按照高信噪比，高分辨率要求，確定了資料處理流程。做了折射波靜校正、面波壓制、異常振幅壓制、人工廢道剔除、球面擴(kuò)散補(bǔ)償、地表一致性振幅補(bǔ)償、地表一致性反褶積、速度分析與剩余靜校正、預(yù)測(cè)反褶積、速度分析與剩余靜校正、剩余振幅補(bǔ)償、CMP 域異常振幅壓制、FXY 域去噪、保幅疊加及疊后偏移。處理方法正確、處理流程及參數(shù)選擇合理，獲得高信噪比和分辨率三維數(shù)據(jù)體。

地震反射波地質(zhì)屬性的標(biāo)定是地質(zhì)構(gòu)造解釋的基礎(chǔ)，充分利用區(qū)內(nèi)鉆孔資料，通過鉆孔資料與實(shí)際時(shí)間剖面對(duì)比，確定反射波的地質(zhì)屬性。通過測(cè)井曲線制作人工合成記錄，標(biāo)定煤層反射波。此次使用區(qū)內(nèi)已知的鉆孔制作人工合成記錄（圖1），準(zhǔn)確標(biāo)定了各主要煤層的反射波，波組特征明確。

圖1 突水危險(xiǎn)性分區(qū)Fig.1 Water outburst risk zoning

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

T2-2：該波組連續(xù)性好，能量很強(qiáng)，是一強(qiáng)相位，全區(qū)大部分可連續(xù)追蹤，東區(qū)西南部分缺失，該波組標(biāo)定為2-2煤的反射波。

T3-1：該波組連續(xù)性好，能量很強(qiáng)，是一強(qiáng)相位，全區(qū)可連續(xù)追蹤，該波組標(biāo)定為3-1煤的反射波。

T4-2：該波組連續(xù)性好，能量很強(qiáng)，是一強(qiáng)相位，全區(qū)可連續(xù)追蹤，該波組標(biāo)定為4-2煤的反射波。

T5-2：該波組連續(xù)性好，能量很強(qiáng)，是一強(qiáng)相位，全區(qū)可連續(xù)追蹤，該波組標(biāo)定為5-2煤的反射波。

T5-2x：該波組連續(xù)性好，能量很強(qiáng)，是一強(qiáng)相位，全區(qū)可連續(xù)追蹤，該波組標(biāo)定為5-2下煤的反射波。

4 主要地質(zhì)成果

（1） 褶曲。時(shí)間剖面上煤系地層反射波的起伏形態(tài)直觀地反映煤系地層的褶曲形態(tài)。勘探區(qū)整體上呈現(xiàn)一個(gè)走向SW，傾向NW 的單斜構(gòu)造，在單斜的基礎(chǔ)上發(fā)育次一級(jí)的褶曲構(gòu)造，圖2、圖3 分別為褶曲形態(tài)在時(shí)間剖面上、水平切片上的反映。

圖2 褶曲在時(shí)間剖面上的反映Fig.2 Reflection of fold on time profile

圖3 褶曲在水平切片上的反映Fig.3 Reflection of fold on horizontal section

斷層破碎帶導(dǎo)致波形、頻率和振幅差異，使地震波動(dòng)力學(xué)特征受到影響，主要表現(xiàn)為反射波能量減弱，甚至缺失；反射波波形與頻率發(fā)生明顯變化。此次三維地震勘探未發(fā)現(xiàn)落差大于等于5 m 的斷層及可靠的落差小于5 m 斷層。

（2） 控制了區(qū)內(nèi)主要可采煤層2-2煤、3-1煤、4-2煤、5-2煤、5-2下煤的底板起伏形態(tài)和埋藏深度。

（3） 對(duì)2-2煤、3-1煤、4-2煤、5-2煤、5-2下煤的厚度變化趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，繪制了煤層厚度變化趨勢(shì)圖。

（4） 查明了5-2煤、5-2下煤的煤層分叉合并現(xiàn)象。

（5） 查明了基巖面起伏形態(tài)及基巖厚度變化情況，繪制了基巖面等高線圖、基巖厚度變化趨勢(shì)圖。

5 勘探成果

以往地質(zhì)工作，認(rèn)為井田總體為走向SW、傾向NW、傾角小于1°的單斜構(gòu)造，未發(fā)現(xiàn)落差大于30 m 斷層和明顯的褶皺構(gòu)造，僅局部表現(xiàn)為一些寬緩的波狀起伏。

此次三維地震勘探解釋成果，認(rèn)為井田整體呈現(xiàn)一個(gè)走向NE，傾向NW、傾角1°~2°的單斜構(gòu)造，較以往地質(zhì)勘探階段有所變化。地震解釋成果圈定了2-2、5-2下煤層可采范圍。其中2-2煤層可采范圍較以往地質(zhì)勘探有所不同（圖4），2-2煤層可采邊界往西移動(dòng)約60 ～200 m，5-2下煤層可采邊界變化不大。

圖4 勘探前后構(gòu)造形態(tài)及2-2 煤層可采范圍對(duì)比Fig.4 Structure form before and after exploration and comparison of minable range of No.2-2 coal seam

6 結(jié) 語(yǔ)

本次三維地震勘探中獲得的主要目的層反射波處理資料質(zhì)量較高，其中煤層隱伏露頭位置、褶曲等地質(zhì)現(xiàn)象反映較為清晰。結(jié)合地質(zhì)資料，對(duì)地震資料進(jìn)行綜合分析，本次精確的控制了煤層可采邊界，查清了主要可采煤層底板起伏形態(tài)及厚度變化趨勢(shì)，查明了基巖面起伏形態(tài)及基巖厚度變化情況，取得了很好的地質(zhì)應(yīng)用效果，提高了勘探的精度，為礦井采掘設(shè)計(jì)、安全、高效開采提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)。