黃土覆蓋區(qū)極淺煤層三維地震勘探研究

孫希杰

（中煤科工集團(tuán) 西安研究院有限公司，陜西 西安710077）

1 勘探區(qū)概況

1.1 勘探區(qū)地貌

陜北某礦區(qū)地表地形切割強(qiáng)烈、呈溝壑梁峁地貌，山梁、緩坡大部分被第四系黃土覆蓋、厚度較大。 沿溝谷兩側(cè)階地及山梁廣為第四系黃土、褐黃色土、棕紅色亞粘土覆蓋，基巖局部出露，且風(fēng)化程度較高。

1.2 勘探區(qū)地質(zhì)條件

勘探區(qū)內(nèi)沉積層序由老至新有：三疊系上統(tǒng)永坪組（T3y）、侏羅系下統(tǒng)富縣組（J1f）、侏羅系中統(tǒng)延安組（J2y）、新近系（N2）及第四系（Q）。侏羅系中統(tǒng)延安組（J2y）為該區(qū)主要含煤地層。

為查明勘探區(qū)內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造格局煤層賦存狀態(tài)及采空區(qū)分布范圍，為礦井采掘工程布置和技術(shù)決策提供依據(jù)，在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行了三維地震勘探。 該次三維地震勘探目的層共有兩層52、52上煤，主采煤層52煤煤厚2～2.5m，埋深30～70m。

2 技術(shù)難點(diǎn)

受地形、地質(zhì)條件限制，主要存在如下技術(shù)難點(diǎn)：

（1）地表大部分地區(qū)為黃土區(qū)，黃土結(jié)構(gòu)松散、干燥、孔隙度大,地震波速度低,有強(qiáng)烈的吸收和衰減作用[1]。

（2）地形復(fù)雜，溝壑縱橫，高差變化較大，接收條件橫向變化較快，近地表低(降)速帶橫向變化劇烈，靜校正困難。

（3）區(qū)內(nèi)目的層埋藏極淺（30～110m）。 初至波與目的層反射波攪在一起，比較難分開(kāi)，需要做好資料處理工作。

給解釋帶來(lái)一定困難，針對(duì)上述問(wèn)題，采取了一系列應(yīng)對(duì)措施，以確保該次三維地震勘探成果準(zhǔn)確、可靠。

3 技術(shù)措施

3.1 資料采集

綜合考慮勘探區(qū)地表、煤層埋深及試驗(yàn)、低速帶調(diào)查情況，采用束塊狀10 線5 炮觀測(cè)系統(tǒng)，20m 線距、10m 道距， 炮排60m，48 道接收，保證足夠的覆蓋次數(shù)，并視現(xiàn)場(chǎng)施工情況決定是否加大排列至72 道。

井深因地制宜，厚黃土區(qū)深井為主；基巖埋深較淺區(qū)以淺井為主；溝底、河灘區(qū)域可考慮采用淺井組合結(jié)合坑炮。 在規(guī)程允許的縱橫向偏移的范圍內(nèi)，在不影響覆蓋次數(shù)相對(duì)均衡

的前提條件下，精選炮點(diǎn)位置，以提高激發(fā)效果。為提高地震資料的分辨率，數(shù)據(jù)錄制參數(shù)上選擇寬頻帶接收，最大限度的保留反射信號(hào)中的高頻成分[2]。

3.2 資料處理措施

勘探區(qū)為典型的溝壑梁峁?fàn)铧S土丘陵地貌，地表切割劇烈，高程變化劇烈，最低高程+1160m，最高高程+1240m，高差變化為80m。

靜校正是該區(qū)地震資料處理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在正式處理之前進(jìn)行了多次折射靜校正，最終選擇了最佳的靜校正參數(shù)取得了很好的結(jié)果[2]。 通過(guò)靜校正前后處理效果對(duì)比，如圖1 所示，可見(jiàn)靜校正后初至和反射雙曲線光滑、連續(xù)，很好的消除了地形的影響。

初至波切除是該次地震資料處理的又一重要環(huán)節(jié)。初至是由能量很強(qiáng)的直達(dá)波和淺層折射波組成，對(duì)于淺層資料，初至對(duì)于最終資料的影響很大，因此必須進(jìn)行處理。在盡量保留反射的情況下，應(yīng)該對(duì)除至進(jìn)行切除，因?yàn)榍谐亲畈粋τ行Рǖ娜コ椒ā．?dāng)然，對(duì)于淺層反射，單炮上的切除工作一定要慎之又慎。 初至與反射波間距很小的情況下，可以在單炮上不進(jìn)行切除，而改到動(dòng)校正后進(jìn)行切除，因?yàn)閯?dòng)校正后遠(yuǎn)炮點(diǎn)的反射波與初至比動(dòng)校正前更容易分開(kāi)。從圖2 中可看出切除初至波后的剖面目的層突出、連續(xù)性有明顯改善。

圖1 折射靜校正前后的原始單炮對(duì)比

圖2 切除初至折射波前后單炮對(duì)比

采用疊前三維地表一致性補(bǔ)償、 三維地表一致性反褶積技術(shù)，最大限度地提高了地震資料的分辨率[3]。

3.3 資料解釋措施

地震資料解釋利用GeoFrame4.3 軟件， 使用人機(jī)交互解釋系統(tǒng)。利用已知鉆孔聲波測(cè)井資料制作人工合成地震記錄，與井旁實(shí)際地震資料進(jìn)行對(duì)比，確定反射波地質(zhì)層位，從而將地震波與地下地質(zhì)目的層聯(lián)系起來(lái)，在整個(gè)三維數(shù)據(jù)體中進(jìn)行追蹤解釋采用地震屬性分析技術(shù)，更直觀地解釋采空區(qū)，如圖3、圖4 所示。 以垂直剖面結(jié)合水平切片進(jìn)行資料解釋，配以相干體技術(shù)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行細(xì)致、客觀的解釋[2,4]。 在資料解釋過(guò)程中，地震資料解釋人員與礦方地質(zhì)人員密切配合、及時(shí)溝通，使地質(zhì)成果符合礦井構(gòu)造規(guī)律[5]。

圖3 小斷層在時(shí)間剖面上的表現(xiàn)

圖4 采空區(qū)在52 煤順層切片的表現(xiàn)

4 地質(zhì)成果

該勘探區(qū)三維地震勘探共施工線束5 束，施工面積2.39km2，滿覆蓋面積1.47km2。 由于施工方案合理，資料處理處理流程、處理參數(shù)選擇合理，獲得了品質(zhì)較高、目的層齊全的三維數(shù)據(jù)體，再經(jīng)過(guò)精細(xì)的資料解釋，取得了豐富的地質(zhì)成果。

（1）查明了勘探區(qū)內(nèi)主采煤層落差＞5m 的斷層，全區(qū)共解釋斷層9 條，均為正斷層，其中10m≤落差＜20m 的斷層1 條，5m≤落差＜10m的斷層5 條；落差＜5m 的斷層3 條。

（2）查明了勘探區(qū)內(nèi)煤層的總體構(gòu)造格局為一東高西低的單斜構(gòu)造；

（3）區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)采空區(qū)一處（圖5），與地表實(shí)際情況對(duì)應(yīng)較好。

圖5 采空區(qū)在時(shí)間剖面上的表現(xiàn)

5 結(jié)論

在復(fù)雜黃土覆蓋煤層埋深極淺區(qū)進(jìn)行的本次三維地震勘探，是首次應(yīng)對(duì)黃土覆蓋復(fù)雜地表與極淺煤層埋深情況的一次探索研究，取得了較好的地質(zhì)成果。 地震剖面顯示與鉆孔揭露對(duì)應(yīng)關(guān)系吻合較好，為類似地區(qū)及相似條件下的三維地震勘探技術(shù)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

［1］關(guān)繼凱,桂杉,關(guān)仁祥.三維地震勘探技術(shù)在山地黃土塬區(qū)的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2012,25：108-110.

［2］牛跟彥.復(fù)雜條件下三維地震勘探技術(shù)應(yīng)用[C]//煤炭學(xué)會(huì)礦井地質(zhì)專業(yè)委員會(huì)2011 年學(xué)術(shù)論壇文集.

［3］王曉亮,趙祿順,王千遙,劉芳曉.三維地震勘探技術(shù)在山西復(fù)雜山區(qū)的應(yīng)用[J].能源技術(shù)與管理,2014,39(1)：162-163.

［4］張作偉,張壯.復(fù)雜地區(qū)三維地表資料折射靜校正處理的應(yīng)用[J].能源技術(shù)與管理,2013,38(1)：10-12.

［5］朱書(shū)階,李林元,牛跟彥,等.永城礦區(qū)復(fù)雜條件下的三維地震勘探技術(shù)[J].煤炭技術(shù),2008,27(2)：123-124.