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摘要:以地表相對(duì)高差132m的黃土覆蓋區(qū)且煤層傾角30°~60°的王家山礦區(qū)為例，闡述了復(fù)雜地表?xiàng)l件下，陡傾角煤層區(qū)域三維地震勘探觀(guān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、地震資料采集、地震資料處理與解釋的技術(shù)方法。

關(guān)鍵詞:黃土塬；陡傾角；觀(guān)測(cè)系統(tǒng)；疊前深度偏移

0引言

中西部地區(qū)煤炭資源占我國(guó)煤炭資源儲(chǔ)量的2/3以上，鉆探勘探成本大，構(gòu)造控制精度較低，應(yīng)用三維地震勘探技術(shù)進(jìn)行中西部地區(qū)構(gòu)造勘探，是煤礦的首選技術(shù)，但如何提高地震勘探的準(zhǔn)確率，是首先要解決的問(wèn)題。本文依托王家山煤礦三維地震勘探項(xiàng)目，對(duì)復(fù)雜地表?xiàng)l件下，陡傾角煤層區(qū)的三維地震勘探技術(shù)進(jìn)行了嘗試。

1地質(zhì)概況

王家山礦區(qū)地形起伏大，最大相對(duì)高差約130m；區(qū)內(nèi)局部區(qū)域存在高差達(dá)20余米的直立陡坎和沖溝。區(qū)內(nèi)約80%的區(qū)域被厚度較大的松散黃土層所覆蓋，約20%的區(qū)域?yàn)榘讏紫怠①_系出露地表區(qū)。復(fù)雜的地形條件給野外測(cè)線(xiàn)布置帶來(lái)了較大的不便，橫向變化迅速的淺層結(jié)構(gòu)給地震勘探的成孔與接收帶來(lái)了較大的困難。另外，多年開(kāi)采形成的塌陷區(qū)對(duì)地震波傳播路徑帶來(lái)不利影響。礦區(qū)主采煤層是2#、3#、4#煤層，其中2#煤層與4#煤層厚度較大；煤層頂、底板以砂巖與泥巖為主，一般來(lái)說(shuō)，煤層與砂巖、泥巖之間存在較大的波阻抗差異，能夠形成連續(xù)性較好的反射波，煤層層數(shù)多，對(duì)解釋落差較大斷層的性質(zhì)、落差和視傾角有利；但經(jīng)驗(yàn)表明，上覆煤層對(duì)反射波的能量具有較強(qiáng)的吸收作用，使得下傳的反射波能量減弱。另外，三維地震區(qū)內(nèi)條件比較復(fù)雜，主要表現(xiàn)為：地層傾角大（見(jiàn)圖1（a）），給野外施工、資料處理及解釋都帶來(lái)很大的困難；煤層結(jié)構(gòu)、煤層層間距及厚度變化較大，2#、4#煤層間距在40~100m，3#煤層存在沉積缺失區(qū)、4#煤層煤局部有分叉合并現(xiàn)象，這種現(xiàn)象同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，容易增加解釋的多解性。

2勘探難點(diǎn)

在以往地震勘探經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析勘探區(qū)地震地質(zhì)條件，總結(jié)了勘探技術(shù)難點(diǎn)，主要表現(xiàn)：①黃土塬區(qū)的地震單炮記錄信噪比、分辨率低，勘探區(qū)大部分為黃土丘陵區(qū)，且黃土層較厚；②因交通不便，基巖裸露風(fēng)化區(qū)的成孔相對(duì)困難；③塌陷影響區(qū)破壞地震波的正常傳播路徑；④勘探區(qū)地表高差較大、低（降）速帶厚度橫向變化劇烈，靜校難度大；⑤勘探區(qū)內(nèi)煤層埋藏深度變化大，單一觀(guān)測(cè)系統(tǒng)難以保證全區(qū)的勘探效果；⑥勘探區(qū)地層角30°～60°，成像難度較高；⑦煤層層數(shù)多，間距小，鉆孔資料稀少，同時(shí)缺少聲波與密度測(cè)井曲線(xiàn)，反射波地質(zhì)含義標(biāo)定難度大。

3技術(shù)對(duì)策

3.1觀(guān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

觀(guān)測(cè)系統(tǒng)軟件模擬可知，煤田勘探常用的條束狀觀(guān)測(cè)系統(tǒng)存在炮檢距與方位角分布不均勻的問(wèn)題，實(shí)踐證明，這種問(wèn)題會(huì)影響靜校正的效果。而采用束狀磚塊觀(guān)測(cè)系統(tǒng)可以改善炮檢距與方位角分布不均勻的問(wèn)題，進(jìn)而提高靜校正的精度；解決低信噪比的主要措施為增加有效覆蓋次數(shù)、加大激發(fā)井深與藥量。地震勘探中，疊前偏移處理技術(shù)是確保大傾角地區(qū)準(zhǔn)確成像的主要手段，而疊前偏移一般要求資料采集時(shí)應(yīng)用寬方位角、大排列接收的觀(guān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)大傾角地層地震勘探時(shí)應(yīng)較小的接收道距；實(shí)際資料證明，下傾接收會(huì)降低地震資料的分辨率，所以觀(guān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用下傾激發(fā)方式。結(jié)合勘探區(qū)地球物理參數(shù)，設(shè)計(jì)了10線(xiàn)10炮制磚塊式束狀觀(guān)測(cè)系統(tǒng)，具體參數(shù)：線(xiàn)距40m，接收道距10m，接收道數(shù)（在埋藏深度小于400m的區(qū)域?yàn)閱尉€(xiàn)48道，在埋藏深度400~720m的區(qū)域?yàn)閱尉€(xiàn)84道，埋藏深度大于720m的區(qū)域單線(xiàn)為108道），覆蓋次數(shù)為30次，面元網(wǎng)格為5m×10m。

3.2資料采集

（1）試驗(yàn)工作進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，分別在黃土區(qū)激發(fā)與接收、黃土區(qū)激發(fā)基巖裸露區(qū)接收、基巖裸露區(qū)激發(fā)黃土區(qū)接收、基巖裸露區(qū)激發(fā)與接收。試驗(yàn)結(jié)果表明，在黃土區(qū)激發(fā)時(shí)，激發(fā)層位選擇在黃土顏色變深或者含水較多的位置，能夠取得較好的激發(fā)效果；在基巖裸露區(qū)激發(fā)時(shí)，井深大于4m能夠取得較好的激發(fā)效果。比較單炮記錄可知（見(jiàn)圖2），在基巖裸露區(qū)激發(fā)與接收的效果最好，基巖裸露區(qū)激發(fā)黃土中接收效果次之，黃土中同時(shí)激發(fā)與接收的效果最差。因此，在黃土區(qū)施工時(shí)，盡量做到在基巖裸露區(qū)激發(fā)，能夠保證獲得較為理想的單張記錄。（2）生產(chǎn)工作針對(duì)復(fù)雜的地震地質(zhì)條件，生產(chǎn)施工時(shí)需采取的措施：①對(duì)激發(fā)點(diǎn)進(jìn)行加密測(cè)量，確保激發(fā)點(diǎn)不在設(shè)計(jì)位置的炮點(diǎn)位置準(zhǔn)確；②盡可能采取在基巖中激發(fā)、黃土塬上接收的施工方式來(lái)提高地震資料的信噪比與分辨率；③采用特殊觀(guān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)資料質(zhì)量較差的地段進(jìn)行補(bǔ)炮；④對(duì)基巖裸露風(fēng)化區(qū)，利用淺井組合或機(jī)械鉆成孔；⑤野外施工過(guò)程中，嚴(yán)格按照“下傾放炮、充分鑲邊”的原則，確保第一手資料的質(zhì)量；⑥加強(qiáng)塌陷影響區(qū)的調(diào)查工作，保證炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)不進(jìn)入塌陷影響區(qū)，為了彌補(bǔ)檢波點(diǎn)減少導(dǎo)致的覆蓋次數(shù)下降的影響，采用在下傾方向加密炮點(diǎn)的設(shè)計(jì)思路保證資料質(zhì)量；⑦及時(shí)進(jìn)行記錄評(píng)級(jí)，并將評(píng)級(jí)結(jié)果標(biāo)示在工程布置圖上，參照評(píng)級(jí)結(jié)果，對(duì)后續(xù)施工中品質(zhì)較差的記錄，應(yīng)用非縱觀(guān)測(cè)的方法進(jìn)行彌補(bǔ)。

3.3資料處理

（1）靜校正本區(qū)地表相對(duì)高差大，坡度大，且沖溝發(fā)育，在資料處理時(shí)，做好地表一次靜校正尤為重要。因此，首先利用三維初至折射靜校正軟件反演地下地層速度結(jié)構(gòu)，求取野外一次靜校正量，利用模擬結(jié)果進(jìn)行地表一次靜校正。經(jīng)過(guò)靜校正后，單炮記錄中同相軸連續(xù)性明顯變好。（2）疊前噪音衰減試驗(yàn)記錄顯示，工區(qū)存在各種噪音干擾，針對(duì)不同噪音采用了有針對(duì)性的噪音壓制技術(shù)。①剔除無(wú)效的廢炮、廢道，對(duì)超過(guò)閥值的異常振幅進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別、衰減，并將其去除；②采用基于波動(dòng)方程模型的自適應(yīng)面波衰減方法，用發(fā)散的線(xiàn)性噪音進(jìn)行建模，對(duì)于每個(gè)頻率/波數(shù)子集，根據(jù)信噪比信息，進(jìn)行模型與數(shù)據(jù)自適應(yīng)匹配，建立模型，最后從數(shù)據(jù)中減去面波；③在不同的頻段內(nèi)，以加權(quán)中值為參考，自動(dòng)識(shí)別噪聲，并根據(jù)噪音與信號(hào)的數(shù)值相對(duì)關(guān)系，計(jì)算加權(quán)曲線(xiàn)，對(duì)噪音進(jìn)行衰減。（3）相位一致性處理工區(qū)采用不同的炮集方式進(jìn)行施工，分別為黃土區(qū)施工及基巖區(qū)施工。2種炮集記錄具有不同的相位特征，如果不進(jìn)行相位校正，在重疊部分會(huì)出現(xiàn)不同相疊加，所以在反褶積前需要做好相位一致性處理工作。處理時(shí)，選擇基巖區(qū)和黃土區(qū)炮集重復(fù)的疊加段，求取子波算子。（4）偏移偏移處理是使地下反射點(diǎn)真實(shí)歸位、繞射波收斂、提高橫向分辨率的重要手段。處理時(shí)使用了一步法疊后偏移模塊，偏移速度是平滑處理后的100%疊加速度，偏移剖面顯示，剖面連續(xù)性較好、信噪比較高，斷點(diǎn)也比較清晰。為進(jìn)一步提高資料的精度，在原三維地震資料預(yù)處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行了疊前深度偏移處理。疊前深度偏移有效提高了小斷層的識(shí)別精度。圖3為巷道揭露的3條斷層，在疊后時(shí)間偏移剖面上，F(xiàn)1斷層的升降關(guān)系與實(shí)際揭露資料不符，F(xiàn)2斷層落差偏小。疊前深度偏移剖面上F1、F2、F3這3條斷層的平面位置、落差與揭露資料一致性較好。

3.4資料解釋

資料解釋時(shí)首先對(duì)測(cè)井資料進(jìn)行分析，選擇人工伽馬測(cè)井曲線(xiàn)與視電阻率曲線(xiàn)擬合出聲波測(cè)井曲線(xiàn)，利用擬合出的聲波測(cè)井曲線(xiàn)與地震數(shù)據(jù)聯(lián)合制作人工合成地震記錄，并將合成地震道與井旁實(shí)際地震道進(jìn)行對(duì)比，最終將地震時(shí)間剖面上的主要反射波（波組）與地質(zhì)目的層對(duì)應(yīng)起來(lái)。進(jìn)行波的對(duì)比時(shí)，以全區(qū)可以連續(xù)追蹤對(duì)比的2＃煤層及4＃煤層反射波為主進(jìn)行波的對(duì)比與追蹤。圖3疊后偏移與疊前深度偏移剖面對(duì)比圖

4驗(yàn)證情況

巷道驗(yàn)證了疊前深度偏移成果解釋的落差大于10m的斷層3條，最大落差誤差5m，最小落差誤差1m，最大平面擺動(dòng)誤差25m，最小平面擺動(dòng)誤差13m。巷道資料顯示，2條落差小于5m的斷層地震資料不能進(jìn)行準(zhǔn)確解釋。

5結(jié)語(yǔ)

在復(fù)雜地表?xiàng)l件下陡傾角區(qū)進(jìn)行三維地震勘探時(shí)，合理的觀(guān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是取得良好勘探效果的前提；精細(xì)、科學(xué)的施工方法是取得良好資料野外資料的基礎(chǔ)。疊前深度偏移技術(shù)是解決陡傾角地層成像的有力保障。實(shí)際資料表明，只要觀(guān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、采集參數(shù)應(yīng)用得當(dāng)、資料處理方法正確，在復(fù)雜地表?xiàng)l件下的陡傾角區(qū)進(jìn)行三維地震勘探是能夠取得較理想的地質(zhì)效果的。

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作者:湯紅偉 單位:中煤科工集團(tuán) 西安研究院有限公司