高精度三維地震勘探在山西晉城礦區的應用

印海南

(山西省忻州市煤炭設計研究院,山西省忻州市,034000)

高精度三維地震勘探在山西晉城礦區的應用

印海南

(山西省忻州市煤炭設計研究院,山西省忻州市,034000)

以山西晉城礦區為例,針對山區存在的復雜淺表層地震地質條件,進行了高精度三維地震勘探,通過高密度數據采集,引進一些新的處理和解釋方法,以提高斷層、陷落柱等構造的預測準確率。

三維地震勘探 復雜山區 高精度 應用效果

1 研究區概況

晉城礦區位于沁水煤田南部,太行山南端西側。地貌屬典型的侵蝕山地,區內溝谷發育,地形復雜,最大相對高差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,沉積穩定。構造走向北東,地層較平緩,傾角2～15°,一般在10°以內。本區表淺層地震地質條件復雜,深層地震地質條件較好。

2 資料采集

2.1 觀測系統

根據三維地震勘探的特點,結合本區煤層埋深300～550 m的特點和構造特征,采用中點放炮、24次覆蓋的8線16炮束狀觀測系統,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。

為了同以往在本區進行的三維地震勘探進行效果對比,本次勘探設計了24次的高疊加次數,5 m×5 m面元的高密度采集。在進行數據處理時可以獲得多個數據體。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面元等不同數據體,可以進行多方面的解釋對比工作。

2.2 儀器及儀器因素

三維地震勘探采用408UL型數字地震儀;采樣間隔0.5 ms,記錄長度1.5 s,前放增益12 db;檢波器采用120串,自然頻率60 Hz,3個一組串聯組合接收。

2.3 施工方法

為取得高信噪比原始資料,針對不同的淺表層條件,需要選擇經濟、高效的成孔工具。

根據本區地形及淺表層地震地質條件,在基巖出露地段采用空壓機配風鎬成孔;黃土覆蓋地段采用山地鉆,部分采用洛陽鏟;坡積物地段采用山地鉆。通過試驗確定了本次采集因素。

(1)激發井深。

黃土、坡積物覆蓋區:由于山區地形復雜,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,因此激發層位的局部變化(低速帶的變化)異常激烈。無論深井或是淺井,只有在未風化基巖內部激發,才可取得高信噪比資料。含礫石的厚黃土試驗記錄見圖1。為保證激發巖性,采用山地鉆成孔或洛陽鏟(黃土成孔容易區段)至基巖面內1 m,悶井激發。

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

圖1 含礫石的厚黃土試驗記錄

(2)單井的激發藥量1 kg。

(3)為保證激發巖性和震源的一致性,所有激發巖性均在未風化基巖高速層中,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,用細粘土回填埋井,木棍搗實,進行悶井,然后在井口埋沙袋壓井。通過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,遇到大的礫石塊,為了成孔到基巖內,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,最多時可取出10多層礫石。當山地鉆泥漿為褐紅、紫紅色,并含有大量上石盒子組風化巖石碎屑及泥沙,據此可推斷成孔到了基巖面附近;同時為了檢驗激發巖性是否到了基巖內部,也用取芯鉆頭將巖芯取出,檢驗是否到了基巖內部。在圖1中,井深6 m時打穿3層礫石層,井深10 m時打穿6層礫石層,井深15 m時到達基巖內,很明顯在基巖內激發時,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,堅持三高原則,以高精度靜校正為重點,進行了多種靜校正方法比較。以疊前反褶積為中心,進行了多種反褶積方法的測試對比,來提高資料的信噪比和分辨率。以速度分析為關鍵,進行高精度速度分析和研究,速度分析與剩余靜較正進行多次迭代,獲得更準確的疊加速度。同時引進疊前偏移技術對資料進行了疊前和疊后偏移處理對比,進一步提高了資料的準確性和可靠性。并且獲得了不同疊加次數和不同面元大小的多個數據體,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語言進行表達和描述,將其轉換為地質成果。本次解釋工作在 Sun Blade2000工作站的 GEOQUEST V3.8版本系統上完成。

首先在20 m×20 m時間剖面的網格上對數據體作初步解釋,以主要反射波所對應的地質層位,了解本區的構造形態及展布規律,從而形成一個宏觀的煤層空間形態和構造框架。

然后,將解釋網格加密為10 m×10 m作詳細解釋,通過人機聯作,利用縱橫及任意方向剖面、水平切片、層拉平顯示等常規處理成果資料,同時結合方差體時間剖面、平面、順層切片互相對比,互相驗證,從多角度來綜合各方面信息及其異常,進行目的層諸如地層形態、斷層、陷落柱等各類地質現象的解釋,最終完成地震資料的精確地質解釋工作。

最后,在縱、橫時間剖面、任意方向時間剖面、負極性時間剖面、雙極性時間剖面、變密度時間剖面及由三維地震數據體計算產生的三維屬性數據體(如瞬時振幅、瞬時相位、瞬時頻率、或聲阻抗(反演數據體)、相干數據體、方差數據體等)的時間剖面上綜合分析,進行斷層和陷落柱的大小、位置對比,判別斷層和陷落柱的空間位置和平面組合關系。

4 應用效果分析

(1)觀測系統的選擇:高疊加次數和5 m×5m小面元較好,可提高小構造的解釋精度;應盡量寬方位角采集,最大排列長度約等于主要目的層埋深。

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

(3)資料處理:由于地表起伏較大,表淺層結構復雜,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;進行多種反褶積方法測試來提高分辨率;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。疊前時間偏移方法自身疊代的過程也使最終得到的速度場比疊后時間偏移方法精度高,有利于提高構造解釋精度。疊前和疊后偏移部面對比見圖2。

圖2 疊前和疊后偏移剖面對比

(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,分析多種地震信息,防止產生假構造、假異常。

5 結論

本次勘探工作針對復雜淺表層地震地質條件,為達到在高速層中激發,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。經處理后獲得的時間剖面信噪比高,小構造反映清晰,共查明煤層中直徑大于25 m的陷落柱31個,直徑小于25 m的陷落柱3個,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雜山區的解釋精度,對以后復雜山區三維地震勘探野外資料采集有很好的借鑒作用。

通過本次小面元,高疊加次數,疊前偏移和高精度靜較正等方法和技術的應用,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的隱伏構造,為煤礦生產設計提供了科學依據。

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

(責任編輯 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年太原理工大學在讀工程碩士研究生,工程師,從事煤田地質勘探工作。