三維地震勘探技術在神木市升富井田的應用

劉旭東，馬郵國，宋方舟，劉昊培，吳 濤，賀海平

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

0 引 言

三維地震勘探主要是利用反射波的運動學和動力學特征來解決煤層賦存、地質構造等問題，把地震方法擴展到三維空間，在野外數據采集時是在一定的面積上觀測，地震資料的解釋精度和解釋成果的可靠性較高[1]。通過對升富井田進行三維地震勘探，查明了井田的構造形態及主要煤層的賦存狀態，為礦區的整體規劃及礦井持續安全生產提供了可靠的地質依據。

1 井田地質及地震條件

1.1 地層與煤層

升富井田全部被現代風積沙所覆蓋，據鉆孔揭露及地質填圖資料，區內地層由老至新依次為，三疊系上統永坪組（T3y），侏羅系中統延安組（J2y）、直羅組（J2z），第四系中上更新統離石組和馬蘭組（Q2+3）、全新統風積沙（Q4eol）。井田內可采煤層有6 層，自上而下編號為2-2、3-1、4-2、4-3、5-2、5-2下號煤層。

1.2 地震地質條件

1.2.1 表層地震地質條件

井田屬中等沙漠化區，地形起伏較大，西部及中部為流動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，相對穩定，在植被稀少地段，表層多為薄厚差異較大的松散干沙。厚薄不一的虛沙對有效波吸收強烈，高頻信號經過該低速沙層時嚴重衰減。局部地表黃（紅） 土沖溝發育，地形復雜。

區內東部零星分布一些房屋及一片莊稼地。從現場施工及衛星影像圖來看，三維勘探區內主要障礙物有5 處，整體而言，地表地震地質條件較差。

1.2.2 淺層地震地質條件

區內大部分被第四系風積沙土覆蓋，地層結構松散，地震波傳播速度為400~600 m/s，對地震波的吸收衰減作用極為強烈，造成目的層反射波能量的衰減及高頻成份的損失，對高分辨率地震勘探工作不利。因此，該區淺層地震地質條件較差。

1.2.3 深層地震地質條件

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，其界面是一個良好的波阻抗界面。且2-2 煤在全區近乎可采，3-1 煤為全區可采，這些都有利于在時間剖面上對目的煤層的反射波進行追蹤對比，故該區深層地震地質條件較好。該區主要的可采煤層3-1 煤厚度較大，也是較為有利的一面。

綜合分析全區地球物理特征，該區內總體地震地質條件一般。

2 數據采集

2.1 激發與接收因素

（1） 激發因素：震動2 ～3 次；震源1 臺；掃描長度12 s；掃描頻率10 ~ 115 Hz；驅動電平70%。

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

（3） 儀器因素：采用SmartSolo 高分辨率無線節點地震儀；節點數字地震儀，采樣間隔1 ms，記錄長度2 s，全波段接收。記錄格式SEGD，前置放大增益12 db。

2.2 觀測系統

觀測系統參數如下：

此次采用規則三維觀測系統，線束沿著正南正北方向布置，地震線束共計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，每條線64 道，10 條線接收，共計開動640 道接收，中間放炮，每束與上一束重合5 條接收線。該觀測系統覆蓋次數、偏移距和方位角分布均勻，不僅滿足了構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 難點與技術對策

2.3.1 難點

研究區為沙漠與黃土高原接壤區，地形為丘陵區，地形起伏變化大。區內淺表層地震地質條件縱橫向變化大，在地震理論記錄上突出表現為干擾波強度大，類型復雜，信噪比較低。

2.3.2 技術對策

針對上述難點，根據以往地震勘探工作的經驗，結合研究區的具體情況，采用如下技術對策。

（1） 通充分對比試驗得到合理激發參數。

（2） 對于勘探區內的各種人文或工程設施，根據相關規范要求進行合理避讓，觀測系統采用特殊變觀軟件設計，保證滿足工程質量要求。

（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誤差，需要提高垂向分辨率，如充分利用地震儀器的大動態范圍、24 位模數轉換精度，提高前置放大倍數及時間采樣密度，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

根據試處理及有關參數的測試結果，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、球面擴散補償、地表一致性振幅補償、地表一致性反褶積、速度分析與剩余靜校正、預測反褶積、速度分析與剩余靜校正、剩余振幅補償、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、處理流程及參數選擇合理，獲得高信噪比和分辨率三維數據體。

地震反射波地質屬性的標定是地質構造解釋的基礎，充分利用區內鉆孔資料，通過鉆孔資料與實際時間剖面對比，確定反射波的地質屬性。通過測井曲線制作人工合成記錄，標定煤層反射波。此次使用區內已知的鉆孔制作人工合成記錄（圖1），準確標定了各主要煤層的反射波，波組特征明確。

圖1 突水危險性分區Fig.1 Water outburst risk zoning

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

T2-2：該波組連續性好，能量很強，是一強相位，全區大部分可連續追蹤，東區西南部分缺失，該波組標定為2-2煤的反射波。

T3-1：該波組連續性好，能量很強，是一強相位，全區可連續追蹤，該波組標定為3-1煤的反射波。

T4-2：該波組連續性好，能量很強，是一強相位，全區可連續追蹤，該波組標定為4-2煤的反射波。

T5-2：該波組連續性好，能量很強，是一強相位，全區可連續追蹤，該波組標定為5-2煤的反射波。

T5-2x：該波組連續性好，能量很強，是一強相位，全區可連續追蹤，該波組標定為5-2下煤的反射波。

4 主要地質成果

（1） 褶曲。時間剖面上煤系地層反射波的起伏形態直觀地反映煤系地層的褶曲形態。勘探區整體上呈現一個走向SW，傾向NW 的單斜構造，在單斜的基礎上發育次一級的褶曲構造，圖2、圖3 分別為褶曲形態在時間剖面上、水平切片上的反映。

圖2 褶曲在時間剖面上的反映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

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

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

（3） 對2-2煤、3-1煤、4-2煤、5-2煤、5-2下煤的厚度變化趨勢進行了預測，繪制了煤層厚度變化趨勢圖。

（4） 查明了5-2煤、5-2下煤的煤層分叉合并現象。

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

5 勘探成果

以往地質工作，認為井田總體為走向SW、傾向NW、傾角小于1°的單斜構造，未發現落差大于30 m 斷層和明顯的褶皺構造，僅局部表現為一些寬緩的波狀起伏。

此次三維地震勘探解釋成果，認為井田整體呈現一個走向NE，傾向NW、傾角1°~2°的單斜構造，較以往地質勘探階段有所變化。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勘探有所不同（圖4），2-2煤層可采邊界往西移動約60 ～200 m，5-2下煤層可采邊界變化不大。

圖4 勘探前后構造形態及2-2 煤層可采范圍對比Fig.4 Structure form before and after exploration and comparison of minable range of No.2-2 coal seam

6 結 語

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量較高，其中煤層隱伏露頭位置、褶曲等地質現象反映較為清晰。結合地質資料，對地震資料進行綜合分析，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及厚度變化趨勢，查明了基巖面起伏形態及基巖厚度變化情況，取得了很好的地質應用效果，提高了勘探的精度，為礦井采掘設計、安全、高效開采提供了可靠的地質依據。