三維地震勘探在復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用

侯曉志

( 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 礦業(yè)研究院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

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三維地震勘探在復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用

侯曉志

( 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 礦業(yè)研究院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

為了查明復(fù)雜地質(zhì)條件下采區(qū)內(nèi)斷層以及主采煤層的斷裂構(gòu)造，采用三維地震勘探技術(shù)，對勘探區(qū)內(nèi)斷層地質(zhì)構(gòu)造及斷層位置進(jìn)行探測。結(jié)果表明：應(yīng)用三維地震勘探所獲得的反射波效果較好，可以連續(xù)追蹤，且能較好地反映出煤系地層的起伏形態(tài)；資料處理選用合理的處理模塊，處理中堅持高信噪比、高保真和高分辨率的原則，盡量提高分辨率，資料解釋使用全三維解釋系統(tǒng)，對采區(qū)內(nèi)的構(gòu)造發(fā)育情況、主采煤層賦存狀態(tài)以及小斷層的展布規(guī)律做出了符合實際的解釋，為煤礦的開采和安全生產(chǎn)提供了保障。

三維地震勘探；地質(zhì)構(gòu)造；靜校正；三維數(shù)據(jù)體；時間剖面

Application of 3D Seismic Exploration under Complicated Geological Situation

中國煤田地質(zhì)復(fù)雜多樣，地質(zhì)工作難度較大，在煤礦開采過程中，經(jīng)常會遇到一些小斷層、隱伏構(gòu)造、陷落柱、旋鈕構(gòu)造等不確定的復(fù)雜地質(zhì)條件，這些不確定的地質(zhì)構(gòu)造經(jīng)常會給煤礦安全開采帶來巨大困難，嚴(yán)重制約礦井生產(chǎn)建設(shè)和發(fā)展。

近年來，三維地震勘探得到了廣泛的應(yīng)用，經(jīng)過20 余年的發(fā)展，現(xiàn)已成為煤田地質(zhì)勘探的重要手段。三維地震勘探技術(shù)與傳統(tǒng)二維地震勘探技術(shù)相比，其優(yōu)勢在于其勘探成本低、周期短、精度高，所形成的地質(zhì)構(gòu)造圖像更加清晰、位置預(yù)測更加可靠，地層的構(gòu)造形態(tài)及斷層等均可直接或間接地反映出來[1-3]。近些年，由于勘探深度與范圍的加深與擴大，三維地震勘探逐漸應(yīng)用于復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造條件下的勘探，但由于三維地震信息受地表條件多變性和地下地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜性的影響，造成反射波追蹤困難，勢必會因信息量少而使解釋結(jié)果的精度和可靠性受到一定的影響，最終造成構(gòu)造解釋平面誤差較大，出現(xiàn)遺漏解釋和錯誤解釋的現(xiàn)象[4]。本文在吸取以往經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，以提高資料解釋精確度為目的，開展了針對萬利礦區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下三維地震勘探的研究。

1 地質(zhì)概況及地球物理特征

1.1 地質(zhì)概況

萬利礦區(qū)位于鄂爾多斯盆地的北部，井田內(nèi)新生代地質(zhì)營力的作用表現(xiàn)較為強烈，井田內(nèi)地層由老至新發(fā)育有：三疊系上統(tǒng)延長組(T3y)、侏羅系中下統(tǒng)延安組(J1-2y)、侏羅系中統(tǒng)直羅組(J2z)、白堊系下統(tǒng)志丹群(k1zh)、第三系上新統(tǒng)(N2)和第四系(Q)?？碧絽^(qū)內(nèi)構(gòu)造簡單，總體為一傾向SW的單斜構(gòu)造，區(qū)內(nèi)溝壑縱橫，地形切割十分強烈，高差較大，以梁、峁、溝壑等地貌為主，地表被少量沙蒿等植被覆蓋，松散層厚度0～44.78m。測區(qū)內(nèi)地表水系不發(fā)育，區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為發(fā)育，具有走向迥異、規(guī)模較小(落差一般1～3m)、組合復(fù)雜、難以預(yù)測的特點，區(qū)內(nèi)無已知斷層，無巖漿巖侵入。全井田含有2，3，4，5，6共5個煤組，埋深300m左右，可采煤層有10層，本次勘探主要目的層為22，42和52煤層。

1.2 地球物理特征

1.2.1 表層、淺層地震地質(zhì)條件

勘探區(qū)內(nèi)，地形復(fù)雜多變，地表起伏較大，基巖出露，溝壑交錯縱橫，地形支離破碎，測線布置難度較大，給勘探過程帶來了諸多不便。區(qū)內(nèi)潛水面深度較深，地表大部分被黃土或松散的沙層覆蓋，土質(zhì)結(jié)構(gòu)疏松、波速低，對地震波吸收強烈，造成地震資料的信噪比較低。因此，表、淺層地震條件效果較差。

1.2.2 中、深層地震地質(zhì)條件

根據(jù)井田內(nèi)鉆孔資料可知，含煤地層為侏羅系中下統(tǒng)延安組，圍巖與煤層厚度、密度差異明顯，能夠產(chǎn)生能量較強的煤層反射波。但是由于所勘探的主要煤層厚度大，頂板和底板巖性較復(fù)雜，目的層埋深變化大且煤層層數(shù)多，局部間距較小，反射波容易產(chǎn)生相互干涉，易形成復(fù)合波，造成反射波追蹤困難。且上組煤對下伏煤層有屏蔽作用，給下伏煤層的地震資料解釋增加了難度。所以，中、深層地震條件效果一般。

2 數(shù)據(jù)采集參數(shù)的確定

在進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集前需進(jìn)行試驗工作，包括噪音分析、激發(fā)與接收條件選擇、觀測系統(tǒng)參數(shù)的確定、檢波器組合與儀器因素的選擇等，圖1為觀測系統(tǒng)示意圖。考慮本區(qū)實際情況，選取適合于本勘探區(qū)勘探的主要參數(shù)如下：瞬發(fā)雷管引爆，單井激發(fā)，中點放炮，施工藥量為1.5kg，布置主測線8條，加密測線3條，接收道距10m，480道接收，接收線距20m，炮線距20m，覆蓋次數(shù)20，偏移距10m，排列長度590m，采樣間隔1ms，記錄長度1s，采用60Hz的檢波器，3個為1組，串聯(lián)接收。

圖1 觀測系統(tǒng)示意

3 資料處理和解釋

3.1 資料處理

資料處理主要通過6個模塊進(jìn)行[5-9]。資料處理過程以靜校正為重點，提高信噪比為中心，堅持高信噪比、高保真度、高分辨率的原則，在保證信噪比的基礎(chǔ)上，盡量提高分辨率。圖2為資料主要處理流程。

圖2 資料主要處理流程

(1)初至折射靜校正 初至折射靜校正是資料處理的關(guān)鍵所在，通過初至靜校正處理，在很大程度上可以減少在地形復(fù)雜區(qū)域每個點位因低速帶所造成的誤差。

(2)三維地表一致性振幅補償 用以提高振幅的能量差異，改善振幅的處理效果。

(3)三維地表一致性反褶積 提升信噪比，改善反射波波形剖面效果。

(4)三維DMO速度分析與剩余靜校正 速度分析是按著一定間距疊加速度點，使之疊加成信噪比高的反射波，通過剩余靜校正，提升反射波同相軸的連續(xù)性。

(5)三維疊后去噪 目的是進(jìn)一步去噪，提升信噪比。

(6)三維一步法偏移 用以改善時間剖面橫向分辨率，便于觀察細(xì)微地質(zhì)構(gòu)造。

勘探區(qū)內(nèi)獲得的反射波主要來自于22，42和52煤的標(biāo)準(zhǔn)反射波(圖3)。

圖3 勘探區(qū)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)反射波

T22波為22煤反射波，由強相位組成，波形穩(wěn)定，連續(xù)性較好，能量較強，全區(qū)可連續(xù)追蹤對比，是本次解釋的主要標(biāo)志層；T42波為42煤反射波，由一個強相位和弱相位組成，由于煤層間距較近，弱相位與52煤層的反射波相互干涉，容易形成復(fù)合相位，導(dǎo)致T42波能量中等，分析時多利用強相位進(jìn)行追蹤對比；T52波為52煤反射波，由2個較弱的相位組成，由于42煤層與52煤層間距較小，受到42煤層的影響，反射波在反射過程中容易造成反射波頻率降低，形成復(fù)合波，造成能量減弱，波形連續(xù)性不穩(wěn)定，在分析過程中，綜合考慮，盡量以強相位為主追蹤對比分析。

3.2 資料解釋

資料解釋在SUNULTRA60工作站上進(jìn)行。首先利用人工解釋與工作站解釋相結(jié)合的方式，其優(yōu)點是可以通過人工網(wǎng)格所建立的全三維數(shù)據(jù)體結(jié)構(gòu)，直觀地利用三維立體透視圖觀測不同位置上的立體圖、垂直時間剖面圖和水平切片，從而能夠掌握斷層構(gòu)造在空間上的變化規(guī)律，放大圖形，還能夠解釋構(gòu)造在細(xì)節(jié)上的變化。其次，結(jié)合垂直剖面(圖4)與水平切片解釋，利用垂直和水平剖面使勘探結(jié)果看起來更加直觀，資料解釋更加精細(xì)。水平切片對細(xì)微解釋非常有利，通過斷層的微小變化，可以總結(jié)出斷層的斷裂規(guī)律和斷裂形態(tài)特征[10]。

圖4 垂直剖面顯示

斷層(BF表示)解釋主要在地震時間剖面上進(jìn)行(圖5)，3組波特征都比較明顯，能夠較好地反映煤系地層的起伏形態(tài)，為地震勘探資料解釋打下了基礎(chǔ)。通常斷層的表現(xiàn)為反射波(波組)同相軸出現(xiàn)錯斷、零亂、扭曲及不連續(xù)等狀況，對于斷層的檢驗，則利用水平時間切片進(jìn)行驗證，斷層在水平時間切片上往往表現(xiàn)為同相軸的錯動、扭曲以及兩側(cè)同相軸寬窄、產(chǎn)狀變化等特征。由圖5可以清楚地看出BF135斷層兩側(cè)同相軸發(fā)生了錯動，同相軸的突變位置代表了斷層位置，通過斷層平面位置組合，可以清晰地反映斷層的走向和組合特征。經(jīng)水平切片驗證，BF135斷層的勘探結(jié)果與實際非常吻合。

勘探區(qū)內(nèi)原來沒有發(fā)現(xiàn)斷層，通過三維數(shù)據(jù)體分析多個不同地點地震時間剖面，經(jīng)地震勘探新發(fā)現(xiàn)斷層39條。 原來對煤層厚度變化趨勢主要是通過鉆孔資料進(jìn)行分析，但鉆孔資料對應(yīng)的是點，三維地震資料對應(yīng)的是面，采用三維地震更好地分析確定了煤層厚度的變化趨勢。

4 結(jié) 論

通過三維地震勘探技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)條件中的應(yīng)用實踐，野外施工時采取合理的施工參數(shù)，數(shù)據(jù)資料處理以靜校正為重點，堅持“三高”原則，共發(fā)現(xiàn)組合新斷層39條，經(jīng)鉆孔和切片驗證，勘探結(jié)果與實際情況非常吻合?；趯Φ卣饡r間剖面的掌握，對勘探區(qū)內(nèi)3個主要目的層的斷裂構(gòu)造、賦存深度和煤層的底板起伏形態(tài)有了深入了解，3個主要煤層整體厚度變化相對穩(wěn)定，變化不大。此次開展的復(fù)雜地質(zhì)條件下三維地震勘探為煤礦安全生產(chǎn)提供了可靠保障，也為類似地區(qū)及條件下的三維地震勘探技術(shù)積累了一定經(jīng)驗。

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[責(zé)任編輯：施紅霞]

2016-04-11

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.06.019

侯曉志(1988-)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，博士研究生，從事礦山安全方面的研究。

侯曉志.三維地震勘探在復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用[J].煤礦開采，2016，21(6)：68-70.

TD166；P631.4

B

1006-6225(2016)06-0068-03