三維地震勘探技術在鄂爾多斯盆地煤田勘探中的應用實例

李元杰

（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西西安710077）

三維地震勘探技術在鄂爾多斯盆地煤田勘探中的應用實例

李元杰*

（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西西安710077）

隨著科技的進步，三維地震勘探技術在煤田勘探中的應用越來越廣泛。三維地震勘探技術在探測煤礦采區構造和其它地質異常方面取了較大的進步，以三維地震勘探技術在鄂爾多斯盆地煤田勘探中的應用為例，說明三維地震勘探技術對于煤礦采區工作面的合理布置和煤礦的安全生產都有著重大的意義。

三維地震勘探技術；煤礦；斷層；構造

1 概況

1.1 地質任務

根據勘探要求，某煤礦三維地震勘探的任務如下：

（1）查明區內各可采煤層（3-1、4-1、5-1、5-2、6-1、6-2煤層）賦存形態，深度誤差不大于1%；

（2）查明區內落差5m以上的斷層，平面擺動范圍小于15m，解釋區內落差3m以上的斷層；

（3）查明區內各煤層直徑大于20m的陷落柱、沖刷帶等地質異常體，平面擺動范圍小于15m；

（4）研究各煤層無煤區、薄煤帶及厚度變化情況；

（5）解釋各可采煤層（3-1、4-1、5-1、5-2、6-1、6-2煤層）厚度變化趨勢。

1.2 地質概況

東勝煤田地層劃分屬于華北地層區鄂爾多斯分區，具體位置處于高頭窯小區、烏審旗小區和準格爾—臨縣小區的交界地帶。對于東勝煤田乃至整個鄂爾多斯盆地，無論是從盆地成因還是盆地現存狀態來說，三疊系上統延長組(T3y)是侏羅紀聚煤盆地和含煤地層的沉積基底。在此之上，還沉積了侏羅系、白堊系、第三系上新統和第四系更新統、全新統地層。

井田位于東勝煤田的南緣，為一幾乎全部覆蓋的隱伏井田。據地質填圖及鉆探成果對比分析，區內地層由老至新發育有：三疊系上統延長組(T3y)、侏羅系中統延安組(J2y)、直羅組(J2z)、安定組(J2a)、白堊系下統志丹群(K1ZH)、第三系上新統、第四系(Q)。

1.3 地震地質條件

（1）表層地震地質條件?？碧絽^屬侵蝕性丘陵地貌特征，第四系廣泛分布，第三系基巖出露在勘探區的西部。地形總體趨勢是北高南低，東高西低，地形較為簡單。區內水塘、大片苗圃、農田及村民居點較多，工業廣場也在區內，這些都給施工帶來很大的困難。所以本區表層地震地質條件一般。

（2）淺層地震地質條件。區內沙層之下為第三系棕紅色粘土，形成一層較好的隔水層，潛水面一般在1～10m。激發層位一般選在潛水面以下3～5m激發，潛水面較深時則選在紅色粘土內1～2m處激發，在致密層中激發，均能能獲得較理想的記錄。但是地表基本被第四系松散風積沙所覆蓋，沙層對地震波吸收衰減比較嚴重，會一定程度影響地震勘探的分辨率。所以本區淺層地震地質條件一般。

（3）中、深層地震地質條件。根據井田內鉆孔資料可知，含煤地層為侏羅系中統延安組，圍巖與煤層速度、密度差異明顯，能夠產生能量較強的煤層反射波。區內煤系地層埋藏適中，一般在400～550m，且煤層賦存較穩定、煤層產狀變化不大，有利于地震勘探，加之煤層層數多，對斷層視傾角解釋較為有利。但是局部煤層間距小，容易形成復合反射波，且上組煤對下伏煤層有屏蔽作用，給下伏煤層的地震資料解釋增加了難度。所以本區中、深層地震地質條件較好。

綜合分析認為本區屬地震地質條件較好。

2 野外數據采集

本次三維地震野外施工采用規則10線8炮三維束狀觀測系統，以束為單位施工，自南向北按序編號，依次為第1束、第2束……，每束與上一束重合5條接收線。每束內有測線10條，線距40m，道距10m。三維地震的地下CDP面元為5m×10m，滿覆蓋次數為24次。根據線束方向盡量垂直地層走向和主要構造走向的原則，結合區內地形、障礙物分布等具體情況，選擇線束呈北東向布置。

觀測系統的確定主要考慮了勘探區地形條件、目的層賦存狀態、構造發育程度、反射波的發育情況以及儀器設備等因素，綜合分析鄰區前期地震勘探觀測系統、采集參數、室內技術論證及現場試驗情況，確定了10線8炮制束狀規則觀測系統進行施工。

（1）觀測系統主要參數：束狀、10線8炮制、中點激發；接收線數：10條(每條108道接收)；總接收道數：10× 108=1080道；接收線距：40m；接收道距：10m；激發炮線距：90m；激發炮點距：20m；縱向最小炮檢距：10m；縱向最大炮檢距：540m；橫向最小非縱距：10m；橫向最大非縱距：310m；最小炮檢距：10m；最大炮檢距：623m；CDP網格：5m(縱向)×10m(橫向)；覆蓋次數：6次(縱向)×4次(橫向)=24次；束距：200m。

（2）儀器因素。采用加拿大產Aries數字地震儀，采樣間隔：1.0ms，記錄長度：2.0s，記錄格式：SEG-Y，前放增益：24dB，高、低截頻：全通。采用3個60Hz檢波器串聯組合接收，將檢波器挖坑埋置，插準、插直、插牢。

（3）激發因素。施工采用沙鉆、電鉆及洛陽鏟進行成孔，激發參數如下：

①覆蓋區：成孔至風化基巖層中1～2m或基巖面上激發，激發藥量1.5kg。

②覆蓋區：成孔至潛水位以下3～5m激發，一般井深為4～6m，激發藥量1.0kg。

③基巖出露區：成孔井深3m激發，激發藥量1.0kg。

（4）針對區內工業廣場面積比較大，無法進行正常施工。采取了特殊觀測系統，在施工中將廣場內的炮點移至廣場外，實測工業廣場內的檢波點坐標，使得工業廣場內盡量不丟道。通過增加炮點和加大接收排列的技術方案，確保理論覆蓋次數達到技術要求。

3 數據處理與解釋

(1)數據處理：

①由于地表高程及地表低（降）速帶厚度、速度的橫向變化使得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。采用初至折射靜校正技術消除較大的地表起伏引起的炮點、檢波點高程差異引起時差，確保疊加剖面的質量。

②振幅恢復是疊前處理中較為關鍵的一步，其目的是補償球面擴散、吸收衰減及透射損失等因素引起的深層與淺層及遠道與近道能量的差異。由于大地濾波的作用，地震波在傳播過程中能量衰減很多，尤其高頻成份損失嚴重，另外震源能量差異、檢波器藕合差異也會對有效波振幅產生不利影響，導致接收到的振幅不能真實地反映地下介質的動力學特征及相互差異。在本次處理中采用球面擴散補償、吸收補償及地表一致性振幅補償等技術對振幅進行了處理，

③反褶積處理是提高分辨率主要手段之一。反褶積測試包括反褶積處理方法和處理參數2方面。本區主要進行了3種反褶積方法測試，即子波整形反褶積、地表一致性預測反褶積及地表一致性脈沖反褶積。由于地表一致性預測反褶積可以很好地壓制短程多次波，地表一致性脈沖反褶積可以很好地提高數據分辨率，拓寬頻帶。因此，在疊前選用地表一致性預測反褶積與地表一致性脈沖反褶積結合的串聯反褶積方法。

④在三維疊加處理中通常有常規疊加和DMO疊加兩種方式。對于地層傾角較大、構造復雜的區域應進行DMO疊加。本區地層平緩傾角較小（一般小于5°），因此選用常規疊加方式。

⑤三維偏移的主要目的是消除地下傾斜界面對反射波的影響，使之成像歸位到真實的反射界面位置上去，從而正確地反應地下形態和構造變化情況。采用F-X-Y域三維隨機噪聲衰減技術將隨機噪聲分離出來，進一步提高資料的信噪比。

(2)數據解釋：本次三維地震資料使用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。

充分利用現有的地質資料，從聯井剖面出發，通過人工對比解釋明確各個反射波所對應的地質信息，在確定好空間關系后，利用工作站的自動追蹤拾取功能，由粗網格到細網格逐步加密解釋。首先用人工解釋的粗網格建立區內主體構造框架，確定較大斷層，再利用人機聯作方式進行細網格追蹤對比，進一步核查構造方案解釋的合理性，解釋局部小斷層和細微構造，最后確定構造方案。

人機交互輔助解釋系統可以隨時使用三維數據體，靈活地顯示垂直剖面、水平切片、層拉平切片顯示圖（圖1），并通過不同位置上三維立體透視圖的顯示，掌握構造在空間上的變化規律；還可以通過逐步放大圖來了解構造變化的細節，從而建立起最終構造解釋方案的空間立體概念。

4 地震地質效果

三維地震勘探查明了主要煤層的賦存形態、構造發育情況及區內落差大于3m斷層有13條，并對斷層性質、產狀、延伸方向進行了定性；對煤層厚度變化趨勢、無煤區、煤層變薄帶、煤層分叉合并范圍、陷落柱進行了分析。

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1004-5716(2015)08-0113-03

2014-12-23

李元杰（1981-），男（漢族），山東泰安人，工程師，現從事煤礦采區地震勘探研究和應用工作。