三維地震勘探在山西晉城趙莊煤礦的研究與應用

郝 鵬 張廣忠

(中煤科工集團 西安研究院，陜西 西安 710077)

0 引言

趙莊煤礦位于山西省高平市城北約20km處，行政區劃隸屬于高平市、長子縣管轄。區內有太焦（太原至焦作）鐵路從東部通過，高平至長治的新老公路從區內通過，交通較為方便。本次三維地震勘探面積為2.90km2。

1 勘探區地質概況

勘探區內以低山、丘陵為主，地形東西高中間低，北高南低。最高點在西北角，標高為1128.8m，最低點在南界中部，標高為936.0m，最大高差192.8m。多數地段標高在950～1050m左右，區內大部區域被黃土覆蓋。地震勘探區內無大、中型斷層發育。基本構造形態為走向NNE、傾向NWW的單斜構造。在此基礎上發育了寬緩褶曲，煤層底板波狀起伏，傾角一般小于10°。

區內地層發育正常，從老到新有：奧陶系馬家溝組，石炭系本溪組、太原組，二疊系山西組、下石盒子組、上石盒子組和第四系松散沉積。

2 三維地震野外工作

2.1 地震試驗工作

針對本區地表條件復雜、地質任務要求高、斷層和陷落柱比較發育等幾個技術難點，我們反復進行了野外施工方案和采集參數的試驗，采用提高覆蓋次數、組合井、以及在村莊附近采用靈活設計特殊觀測系統等施工措施，有效地提高了野外資料的質量。在勘探區進行了試驗，完成點試驗3個，物理點54個；完成低速帶調查4段，物理點8個；合計物理點62個（圖1）。

圖1 基巖內激發效果對比圖

通過對上述試驗資料的綜合分析、對比，最后確定參數：黃土覆蓋區采用人工輕便鉆成孔，打到基巖面，井深大于3m時，單井激發，藥量 1.5kg；井深 2.5～3m 時，雙井組合，藥量 1kg×2；井深 2～2.5m 時，雙井組合，藥量0.5kg×2；村莊、鐵路等附近適當減少藥量。采用空氣壓縮機鉆機成孔，井深不小于2m，成孔深度要求達到基巖內0.5m以上，單井激發，藥量1kg。使用空氣壓縮機鉆機鉆孔，單井激發，井深2m，藥量1kg。采用3串線性組合，組內距1m。采用加拿大產ARIES遙測數字地震儀，低截頻率選擇0Hz，高頻選擇500Hz的寬頻帶接收方式，采樣率1ms，記錄長度1.0s；采用60Hz檢波器接收。確定采用8線10炮制，道距10m，576道接收，中點激發。CDP網格5m×10m，疊加次數24次(橫向4次，縱向6次)。

本次試驗工作內容較為齊全，參數選用合理，工作方法正確，可以保證資料采集的完整性和質量，為確保本次三維地震勘探的地質任務奠定了基礎。

2.2 野外資料采集

本次三維地震勘探要求控制地下有效面積約2.9km2。考慮到本區目的層深度適中、傾角較小等因素，地表控制約5.5km2，以確保全勘探區都得到有效控制。

本次共施工線束9束，施工物理點3092個，其中甲級品1566個 （50.65%），乙級品1517個（49.06%），廢品 9個（0.29%）；另外有試驗物理點54個，低速帶調查8個，總物理點3154個，多出原勘探施工設計物理點104個。

3 三維地震資料處理

本次地震原始數據的處理使用了法國CGG公司的三維地震數據處理軟件。針對本區地質任務要求高和地形條件復雜、斷層和陷落柱發育等地質特點，確定了以下處理目標和要求：

3.1 地震資料處理中，做好靜校正是非常關鍵的

這關系到后續資料處理的質量。因此，本次資料處理加強了靜校正處理研究。選定全區統一的基準面。拾取各單炮經初至折射靜校正后，通過多次迭代計算近地表模型，利用計算出的厚度、速度求出高速界面至基準面的靜正量；處理中，選取了全區的統一基準面為1050m，低速層的速度為600 m/s，替換速度為3000 m/s。由于地表高程及地表低（降）速帶厚度、速度存在橫向差異，由此產生的地震波旅行時差會對信號的疊加效果產生一定的不利影響，致使反射波同相軸信噪比下降、頻率降低。應用法國CGG處理軟件包中的綠山軟件，可以較好地消除短波長引起的時差變化，確保反射層信息的一致性，提高了疊加剖面的質量（圖2）。

圖2 靜校正前后單炮對比分析圖

3.2 針對不同的原始資料特點選用適當的反褶積方法和參數，可以起到提高信噪比和分辨率的作用

在本次三維地震資料處理中，我們經過多種模塊和參數試驗，選擇了地表一致性反褶積方法，取得了較好的處理效果，同時反褶積后單炮記錄的頻譜范圍變寬有利于提高資料的分辨率。

圖3 反褶積前后的時間剖面對比

對處理提交的網度為5m×5m×1.5s的三維數據體依據規范有關評級要求對地震時間剖面進行質量評級。依據上述標準，對本次三維地震數據處理所獲得的3#、15#煤層地震時間剖面按40×80 m的網格進行評級，結果如下：縱橫剖面總長為：115370m。1、3#煤層：Ⅰ類剖面長度：101750m，占總剖面長度的88.19%；Ⅱ類剖面長度：10880m，占總剖面長度的9.43%；Ⅲ類剖面長度：2740 m，占總剖面長度的2.38%；2、15#煤層：Ⅰ類剖面長度：59990m，占總剖面長度的52.00%；Ⅱ類剖面長度：40390m，占總剖面長度的35.01%；Ⅲ類剖面長度：14990 m，占總剖面長度的12.99%；滿足規范要求。

4 三維地震解釋及地質成果

本次三維地震資料使用Geo-Frame4.5全三維解釋系統進行解釋，采用工作站解釋和人工解釋相結合，時間剖面、水平切片、面塊切片解釋相結合的思路和流程進行解釋（圖4）。

本次三維地震勘探查明了有效控制面積內落差≥5m的斷層的性質、產狀及延展長度。對落差3～5m的斷點及勘探中遇到的疑點、不確定點作出解釋。查明直徑≥25m的陷落柱，查明3#煤層的底板起伏形態，控制15#煤層的底板起伏形態。比較豐富的三維地震地質成果為礦井開拓、采區設計提供了地質依據。

按照MT/T897-2000《煤炭煤層氣地震勘探規范》的評級標準，按斷層可靠程度分類：3煤層：可靠斷層4條，較可靠斷層5條，控制程度較差斷層3條。15煤層：可靠斷層7條，較可靠斷層7條，控制程度較差斷層4條。按照陷落柱的可靠程度分類：3煤層：可靠陷落柱11個，較可靠陷落柱3個，控制較差4個。15煤層：可靠陷落柱12個，較可靠陷落柱4個，控制較差8個。本次共解釋斷層25條，陷落柱24個（其中3煤層解釋斷層12條，陷落柱18個，15煤層斷層18條，陷落柱24個，同時切割3、15煤層的斷層有5條）。

圖4 區內標準反射波

5 結論

本次三維地震勘探的觀測系統設計及其參數選擇和施工方法選擇合理；資料處理認真仔細、處理流程設計合理，尤其為了消除地形的影響而在靜校正時做了大量的工作，取得了較好的第一手資料；在資料解釋過程中，采用人工解釋與工作站人機聯作解釋相結合的方法，充分發揮了三維地震勘探的優勢，得到了較為詳細的地質信息，提高了本區的地質勘探精度，為礦井的采區劃分、安全生產和巷道布局提供了較為可靠的地質依據。

［1］陸基孟，王永剛.地震勘探原理[M].北京：石油工業出版社，1993.

［2］李慶忠.走向精確勘探的道路：高分辨率地震勘探系統工程剖析[M].北京：石油工業出版社，1995.