三維地震勘探在山西晉城趙莊煤礦的研究與應(yīng)用

郝 鵬 張廣忠

(中煤科工集團(tuán) 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(qū)劃隸屬于高平市、長(zhǎng)子縣管轄。區(qū)內(nèi)有太焦（太原至焦作）鐵路從東部通過，高平至長(zhǎng)治的新老公路從區(qū)內(nèi)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(qū)地質(zhì)概況

勘探區(qū)內(nèi)以低山、丘陵為主，地形東西高中間低，北高南低。最高點(diǎn)在西北角，標(biāo)高為1128.8m，最低點(diǎn)在南界中部，標(biāo)高為936.0m，最大高差192.8m。多數(shù)地段標(biāo)高在950～1050m左右，區(qū)內(nèi)大部區(qū)域被黃土覆蓋。地震勘探區(qū)內(nèi)無大、中型斷層發(fā)育。基本構(gòu)造形態(tài)為走向NNE、傾向NWW的單斜構(gòu)造。在此基礎(chǔ)上發(fā)育了寬緩褶曲，煤層底板波狀起伏，傾角一般小于10°。

區(qū)內(nèi)地層發(fā)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(yàn)工作

針對(duì)本區(qū)地表?xiàng)l件復(fù)雜、地質(zhì)任務(wù)要求高、斷層和陷落柱比較發(fā)育等幾個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，我們反復(fù)進(jìn)行了野外施工方案和采集參數(shù)的試驗(yàn)，采用提高覆蓋次數(shù)、組合井、以及在村莊附近采用靈活設(shè)計(jì)特殊觀測(cè)系統(tǒng)等施工措施，有效地提高了野外資料的質(zhì)量。在勘探區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)，完成點(diǎn)試驗(yàn)3個(gè)，物理點(diǎn)54個(gè)；完成低速帶調(diào)查4段，物理點(diǎn)8個(gè)；合計(jì)物理點(diǎn)62個(gè)（圖1）。

圖1 基巖內(nèi)激發(fā)效果對(duì)比圖

通過對(duì)上述試驗(yàn)資料的綜合分析、對(duì)比，最后確定參數(shù)：黃土覆蓋區(qū)采用人工輕便鉆成孔，打到基巖面，井深大于3m時(shí)，單井激發(fā)，藥量 1.5kg；井深 2.5～3m 時(shí)，雙井組合，藥量 1kg×2；井深 2～2.5m 時(shí)，雙井組合，藥量0.5kg×2；村莊、鐵路等附近適當(dāng)減少藥量。采用空氣壓縮機(jī)鉆機(jī)成孔，井深不小于2m，成孔深度要求達(dá)到基巖內(nèi)0.5m以上，單井激發(fā)，藥量1kg。使用空氣壓縮機(jī)鉆機(jī)鉆孔，單井激發(fā)，井深2m，藥量1kg。采用3串線性組合，組內(nèi)距1m。采用加拿大產(chǎn)ARIES遙測(cè)數(shù)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(zhǎng)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(diǎn)激發(fā)。CDP網(wǎng)格5m×10m，疊加次數(shù)24次(橫向4次，縱向6次)。

本次試驗(yàn)工作內(nèi)容較為齊全，參數(shù)選用合理，工作方法正確，可以保證資料采集的完整性和質(zhì)量，為確保本次三維地震勘探的地質(zhì)任務(wù)奠定了基礎(chǔ)。

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(qū)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(qū)都得到有效控制。

本次共施工線束9束，施工物理點(diǎn)3092個(gè)，其中甲級(jí)品1566個(gè) （50.65%），乙級(jí)品1517個(gè)（49.06%），廢品 9個(gè)（0.29%）；另外有試驗(yàn)物理點(diǎn)54個(gè)，低速帶調(diào)查8個(gè)，總物理點(diǎn)3154個(gè)，多出原勘探施工設(shè)計(jì)物理點(diǎn)104個(gè)。

3 三維地震資料處理

本次地震原始數(shù)據(jù)的處理使用了法國(guó)CGG公司的三維地震數(shù)據(jù)處理軟件。針對(duì)本區(qū)地質(zhì)任務(wù)要求高和地形條件復(fù)雜、斷層和陷落柱發(fā)育等地質(zhì)特點(diǎn)，確定了以下處理目標(biāo)和要求：

3.1 地震資料處理中，做好靜校正是非常關(guān)鍵的

這關(guān)系到后續(xù)資料處理的質(zhì)量。因此，本次資料處理加強(qiáng)了靜校正處理研究。選定全區(qū)統(tǒng)一的基準(zhǔn)面。拾取各單炮經(jīng)初至折射靜校正后，通過多次迭代計(jì)算近地表模型，利用計(jì)算出的厚度、速度求出高速界面至基準(zhǔn)面的靜正量；處理中，選取了全區(qū)的統(tǒng)一基準(zhǔn)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(chǎn)生的地震波旅行時(shí)差會(huì)對(duì)信號(hào)的疊加效果產(chǎn)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(yīng)用法國(guó)CGG處理軟件包中的綠山軟件，可以較好地消除短波長(zhǎng)引起的時(shí)差變化，確保反射層信息的一致性，提高了疊加剖面的質(zhì)量（圖2）。

圖2 靜校正前后單炮對(duì)比分析圖

3.2 針對(duì)不同的原始資料特點(diǎn)選用適當(dāng)?shù)姆瘩薹e方法和參數(shù)，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(jīng)過多種模塊和參數(shù)試驗(yàn)，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(shí)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(shí)間剖面對(duì)比

對(duì)處理提交的網(wǎng)度為5m×5m×1.5s的三維數(shù)據(jù)體依據(jù)規(guī)范有關(guān)評(píng)級(jí)要求對(duì)地震時(shí)間剖面進(jìn)行質(zhì)量評(píng)級(jí)。依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)本次三維地震數(shù)據(jù)處理所獲得的3#、15#煤層地震時(shí)間剖面按40×80 m的網(wǎng)格進(jìn)行評(píng)級(jí)，結(jié)果如下：縱橫剖面總長(zhǎng)為：115370m。1、3#煤層：Ⅰ類剖面長(zhǎng)度：101750m，占總剖面長(zhǎng)度的88.19%；Ⅱ類剖面長(zhǎng)度：10880m，占總剖面長(zhǎng)度的9.43%；Ⅲ類剖面長(zhǎng)度：2740 m，占總剖面長(zhǎng)度的2.38%；2、15#煤層：Ⅰ類剖面長(zhǎng)度：59990m，占總剖面長(zhǎng)度的52.00%；Ⅱ類剖面長(zhǎng)度：40390m，占總剖面長(zhǎng)度的35.01%；Ⅲ類剖面長(zhǎng)度：14990 m，占總剖面長(zhǎng)度的12.99%；滿足規(guī)范要求。

4 三維地震解釋及地質(zhì)成果

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

本次三維地震勘探查明了有效控制面積內(nèi)落差≥5m的斷層的性質(zhì)、產(chǎn)狀及延展長(zhǎng)度。對(duì)落差3～5m的斷點(diǎn)及勘探中遇到的疑點(diǎn)、不確定點(diǎn)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(tài)，控制15#煤層的底板起伏形態(tài)。比較豐富的三維地震地質(zhì)成果為礦井開拓、采區(qū)設(shè)計(jì)提供了地質(zhì)依據(jù)。

按照MT/T897-2000《煤炭煤層氣地震勘探規(guī)范》的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，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(gè)，較可靠陷落柱3個(gè)，控制較差4個(gè)。15煤層：可靠陷落柱12個(gè)，較可靠陷落柱4個(gè)，控制較差8個(gè)。本次共解釋斷層25條，陷落柱24個(gè)（其中3煤層解釋斷層12條，陷落柱18個(gè)，15煤層斷層18條，陷落柱24個(gè)，同時(shí)切割3、15煤層的斷層有5條）。

圖4 區(qū)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)反射波

5 結(jié)論

本次三維地震勘探的觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其參數(shù)選擇和施工方法選擇合理；資料處理認(rèn)真仔細(xì)、處理流程設(shè)計(jì)合理，尤其為了消除地形的影響而在靜校正時(shí)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(jī)聯(lián)作解釋相結(jié)合的方法，充分發(fā)揮了三維地震勘探的優(yōu)勢(shì)，得到了較為詳細(xì)的地質(zhì)信息，提高了本區(qū)的地質(zhì)勘探精度，為礦井的采區(qū)劃分、安全生產(chǎn)和巷道布局提供了較為可靠的地質(zhì)依據(jù)。

［1］陸基孟，王永剛.地震勘探原理[M].北京：石油工業(yè)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(tǒng)工程剖析[M].北京：石油工業(yè)出版社，1995.