高精度三維地震勘探在山西晉城礦區(qū)的應(yīng)用

印海南

(山西省忻州市煤炭設(shè)計(jì)研究院,山西省忻州市,034000)

高精度三維地震勘探在山西晉城礦區(qū)的應(yīng)用

印海南

(山西省忻州市煤炭設(shè)計(jì)研究院,山西省忻州市,034000)

以山西晉城礦區(qū)為例,針對(duì)山區(qū)存在的復(fù)雜淺表層地震地質(zhì)條件,進(jìn)行了高精度三維地震勘探,通過(guò)高密度數(shù)據(jù)采集,引進(jìn)一些新的處理和解釋方法,以提高斷層、陷落柱等構(gòu)造的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率。

三維地震勘探 復(fù)雜山區(qū) 高精度 應(yīng)用效果

1 研究區(qū)概況

晉城礦區(qū)位于沁水煤田南部,太行山南端西側(cè)。地貌屬典型的侵蝕山地,區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育,地形復(fù)雜,最大相對(duì)高差400 m。含煤地層為石炭-二疊系,其中:山西組可采煤層1層(3#);太原組穩(wěn)定可采煤層1層(15#)。3#煤層厚度 5.68～7.20 m,平均6.50 m;15#煤層厚度2.40～4.05 m,平均2.75 m。3#煤層距15#煤層70～90 m,沉積穩(wěn)定。構(gòu)造走向北東,地層較平緩,傾角2～15°,一般在10°以內(nèi)。本區(qū)表淺層地震地質(zhì)條件復(fù)雜,深層地震地質(zhì)條件較好。

2 資料采集

2.1 觀測(cè)系統(tǒng)

根據(jù)三維地震勘探的特點(diǎn),結(jié)合本區(qū)煤層埋深300～550 m的特點(diǎn)和構(gòu)造特征,采用中點(diǎn)放炮、24次覆蓋的8線16炮束狀觀測(cè)系統(tǒng),采用每條檢波線單邊30道、雙邊共60道接收,偏移距60 m,以滿足最大炮檢距的要求。

為了同以往在本區(qū)進(jìn)行的三維地震勘探進(jìn)行效果對(duì)比,本次勘探設(shè)計(jì)了24次的高疊加次數(shù),5 m×5 m面元的高密度采集。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)可以獲得多個(gè)數(shù)據(jù)體。如:12次疊加、16次疊加、5 m×10 m面元、10 m×10 m面元、2.5 m×2.5 m面元等不同數(shù)據(jù)體,可以進(jìn)行多方面的解釋對(duì)比工作。

2.2 儀器及儀器因素

三維地震勘探采用408UL型數(shù)字地震儀;采樣間隔0.5 ms,記錄長(zhǎng)度1.5 s,前放增益12 db;檢波器采用120串,自然頻率60 Hz,3個(gè)一組串聯(lián)組合接收。

2.3 施工方法

為取得高信噪比原始資料,針對(duì)不同的淺表層條件,需要選擇經(jīng)濟(jì)、高效的成孔工具。

根據(jù)本區(qū)地形及淺表層地震地質(zhì)條件,在基巖出露地段采用空壓機(jī)配風(fēng)鎬成孔;黃土覆蓋地段采用山地鉆,部分采用洛陽(yáng)鏟;坡積物地段采用山地鉆。通過(guò)試驗(yàn)確定了本次采集因素。

(1)激發(fā)井深。

黃土、坡積物覆蓋區(qū):由于山區(qū)地形復(fù)雜,而且地表巖性多變,特別是厚黃土和厚坡積物的地段,低速層或低速帶很難確定,因此激發(fā)層位的局部變化(低速帶的變化)異常激烈。無(wú)論深井或是淺井,只有在未風(fēng)化基巖內(nèi)部激發(fā),才可取得高信噪比資料。含礫石的厚黃土試驗(yàn)記錄見(jiàn)圖1。為保證激發(fā)巖性,采用山地鉆成孔或洛陽(yáng)鏟(黃土成孔容易區(qū)段)至基巖面內(nèi)1 m,悶井激發(fā)。

基巖出露區(qū):在所有基巖試驗(yàn)點(diǎn),不同的井深均可獲得T3反射波,井淺時(shí)面波、聲波干擾大,為此,在基巖出露區(qū),井深不得小于4 m,悶井激發(fā)。

圖1 含礫石的厚黃土試驗(yàn)記錄

(2)單井的激發(fā)藥量1 kg。

(3)為保證激發(fā)巖性和震源的一致性,所有激發(fā)巖性均在未風(fēng)化基巖高速層中,均采用了地震勘探專用梯恩梯(TNT)炸藥(成型炸藥)震源藥柱。在炮井下藥后,用細(xì)粘土回填埋井,木棍搗實(shí),進(jìn)行悶井,然后在井口埋沙袋壓井。通過(guò)該方法可以提高地震波下傳的能量,從而提高反射波能量。同時(shí)減少了面波和井口聲波的干擾,保證近道的反射波信息。

在厚黃土和坡積物中成孔時(shí),遇到大的礫石塊,為了成孔到基巖內(nèi),采用山地鉆的取芯鉆頭,將礫石塊打穿,用取芯管將礫石取出,最多時(shí)可取出10多層礫石。當(dāng)山地鉆泥漿為褐紅、紫紅色,并含有大量上石盒子組風(fēng)化巖石碎屑及泥沙,據(jù)此可推斷成孔到了基巖面附近;同時(shí)為了檢驗(yàn)激發(fā)巖性是否到了基巖內(nèi)部,也用取芯鉆頭將巖芯取出,檢驗(yàn)是否到了基巖內(nèi)部。在圖1中,井深6 m時(shí)打穿3層礫石層,井深10 m時(shí)打穿6層礫石層,井深15 m時(shí)到達(dá)基巖內(nèi),很明顯在基巖內(nèi)激發(fā)時(shí),反射波信噪比很高。

3 資料處理和解釋

3.1 資料處理

在資料處理中,堅(jiān)持三高原則,以高精度靜校正為重點(diǎn),進(jìn)行了多種靜校正方法比較。以疊前反褶積為中心,進(jìn)行了多種反褶積方法的測(cè)試對(duì)比,來(lái)提高資料的信噪比和分辨率。以速度分析為關(guān)鍵,進(jìn)行高精度速度分析和研究,速度分析與剩余靜較正進(jìn)行多次迭代,獲得更準(zhǔn)確的疊加速度。同時(shí)引進(jìn)疊前偏移技術(shù)對(duì)資料進(jìn)行了疊前和疊后偏移處理對(duì)比,進(jìn)一步提高了資料的準(zhǔn)確性和可靠性。并且獲得了不同疊加次數(shù)和不同面元大小的多個(gè)數(shù)據(jù)體,豐富了成果資料。

3.2 資料解釋

資料解釋就是把地震資料處理成果用地質(zhì)語(yǔ)言進(jìn)行表達(dá)和描述,將其轉(zhuǎn)換為地質(zhì)成果。本次解釋工作在 Sun Blade2000工作站的 GEOQUEST V3.8版本系統(tǒng)上完成。

首先在20 m×20 m時(shí)間剖面的網(wǎng)格上對(duì)數(shù)據(jù)體作初步解釋,以主要反射波所對(duì)應(yīng)的地質(zhì)層位,了解本區(qū)的構(gòu)造形態(tài)及展布規(guī)律,從而形成一個(gè)宏觀的煤層空間形態(tài)和構(gòu)造框架。

然后,將解釋網(wǎng)格加密為10 m×10 m作詳細(xì)解釋,通過(guò)人機(jī)聯(lián)作,利用縱橫及任意方向剖面、水平切片、層拉平顯示等常規(guī)處理成果資料,同時(shí)結(jié)合方差體時(shí)間剖面、平面、順層切片互相對(duì)比,互相驗(yàn)證,從多角度來(lái)綜合各方面信息及其異常,進(jìn)行目的層諸如地層形態(tài)、斷層、陷落柱等各類地質(zhì)現(xiàn)象的解釋,最終完成地震資料的精確地質(zhì)解釋工作。

最后,在縱、橫時(shí)間剖面、任意方向時(shí)間剖面、負(fù)極性時(shí)間剖面、雙極性時(shí)間剖面、變密度時(shí)間剖面及由三維地震數(shù)據(jù)體計(jì)算產(chǎn)生的三維屬性數(shù)據(jù)體(如瞬時(shí)振幅、瞬時(shí)相位、瞬時(shí)頻率、或聲阻抗(反演數(shù)據(jù)體)、相干數(shù)據(jù)體、方差數(shù)據(jù)體等)的時(shí)間剖面上綜合分析,進(jìn)行斷層和陷落柱的大小、位置對(duì)比,判別斷層和陷落柱的空間位置和平面組合關(guān)系。

4 應(yīng)用效果分析

(1)觀測(cè)系統(tǒng)的選擇:高疊加次數(shù)和5 m×5m小面元較好,可提高小構(gòu)造的解釋精度;應(yīng)盡量寬方位角采集,最大排列長(zhǎng)度約等于主要目的層埋深。

(2)野外資料的采集:進(jìn)行詳盡的調(diào)查,掌握淺層地震地質(zhì)條件;進(jìn)行全面、充分的試驗(yàn),了解不同地段的井深。根據(jù)地形及淺層巖性選擇成孔工具,盡量保持激發(fā)巖性一致。采用悶井等措施來(lái)壓制聲波和面波對(duì)近道的干擾。檢波器以3個(gè)串聯(lián)組合,同坑埋置接收。

(3)資料處理:由于地表起伏較大,表淺層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,在一些地形變化劇烈的地方,層析靜校正明顯好于初至折射靜校正;進(jìn)行多種反褶積方法測(cè)試來(lái)提高分辨率;速度分析與剩余靜較的多次迭代分析,獲得最好的疊加剖面。疊前時(shí)間偏移方法自身疊代的過(guò)程也使最終得到的速度場(chǎng)比疊后時(shí)間偏移方法精度高,有利于提高構(gòu)造解釋精度。疊前和疊后偏移部面對(duì)比見(jiàn)圖2。

圖2 疊前和疊后偏移剖面對(duì)比

(4)資料解釋:充分利用工作站的解釋手段,采用全三維解釋技術(shù),分析多種地震信息,防止產(chǎn)生假構(gòu)造、假異常。

5 結(jié)論

本次勘探工作針對(duì)復(fù)雜淺表層地震地質(zhì)條件,為達(dá)到在高速層中激發(fā),選擇了適合不同地段的成孔工具,獲得了高信噪比原始資料。經(jīng)處理后獲得的時(shí)間剖面信噪比高,小構(gòu)造反映清晰,共查明煤層中直徑大于25 m的陷落柱31個(gè),直徑小于25 m的陷落柱3個(gè),最小陷落柱為20 m×15 m;查明落差小于5 m的斷層9條,提高了三維地震勘探在復(fù)雜山區(qū)的解釋精度,對(duì)以后復(fù)雜山區(qū)三維地震勘探野外資料采集有很好的借鑒作用。

通過(guò)本次小面元,高疊加次數(shù),疊前偏移和高精度靜較正等方法和技術(shù)的應(yīng)用,利用高精度三維地震勘探為煤礦查明了斷層、陷落柱、褶曲等影響煤礦安全生產(chǎn)的隱伏構(gòu)造,為煤礦生產(chǎn)設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。

[1]楊曉東等.晉城藍(lán)焰煤業(yè)有限公司成莊礦高精度三維地震勘探研究報(bào)告[R].山西晉中:山西省煤炭地質(zhì)物探測(cè)繪院,2007(7)

(責(zé)任編輯 張艷華)

Application of high precision three-dimensional earthquake exploration in shanxi jinchengmining area

Yin Hainan
(Xinzhou Coal Mine Design and Research Institute,Xinzhou,Shanxi 034000,China)

Take Shanxi Jinchengmining area as an example,aiming at the existing complicated shallow surface soil earthquake geological condition in the mountain area,high precision threedimensional earthquake exploration is made.Through high consistency data collection,some new dealing and explaining methods are introduced to improve forecasting precision on faultage,collapse etc.

three-dimensional earthquake exploration,complicated mountain area,high precision,application result

P631.4

B

印海南(1966-),男,山西忻州人,2009年太原理工大學(xué)在讀工程碩士研究生,工程師,從事煤田地質(zhì)勘探工作。