淮北平原煤田三維地震勘探

歐云云

（安徽省煤田地質局物探測量隊，安徽宿州234000）

淮北平原煤田三維地震勘探

歐云云*

（安徽省煤田地質局物探測量隊，安徽宿州234000）

在煤田勘探中,三維地震勘探技術越來越成熟,提高了地震勘探控制小斷層、小構造等地質目標的程度,目前基本可以控制落差5m以上的斷層,大大提高了地震勘探的可靠程度,減少了在采前補勘中的鉆探工程量,降低了勘探成本,為煤礦采區巷道和工作面的布置提供了可靠的基礎資料,極大地提高了煤田的經濟效益。以金石礦一水平三維地震勘探為例，查明了煤層賦存形態及構造發育情況，給淮北平原礦井設計、規劃生產提供可靠的地質資料。

淮北平原；地震勘探；參數采集；資料處理與解釋

在煤礦開采過成中，因斷裂、溶洞、陷落柱以及巖漿巖的侵入對煤層的侵蝕、破壞及煤體燃燒等引起的地質災害時常發生，其主要原因是未能查清地下地質構造發育及煤層賦存情況。三維地震勘探運用先進的理論與技術和準確的預測事故發生的空間位置，提供詳細反映礦井地質構造的可靠資料，以便采取有效對策，進行綜合防治，給礦井設計、規劃生產提供可靠的地質資料。地震資料中包涵了地下各反射界面豐富的地質信息，結合已知的鉆孔資料，建立地震反射界面與地質層位的對應關系，通過地震反射波同相軸的形態、能量強弱、連續性、頻率變化等特征把對應的地質層位的變化反映出來，從而達到探明地下地質構造以及煤層賦存情況的要求。本文就以淮北金石礦業有限責任公司金石礦一水平的煤層賦存形態及構造發育情況勘探為例，說明三維地震勘探技術在淮北平原上的礦井設計與規劃生產提供了可靠的、準確地質資料。

1 勘探區域基本情況

勘探區位于淮北平原中部，地勢平坦，海拔標高+32.0～+36.5m，一般為+33m。區內主要有閘河從測區的北部經過，采區村莊遍布，對野外施工有一定影響。該區域處于北溫帶，屬北方型大陸性氣候與濕潤氣候之間的季風氣候，氣候溫和，日照充足，四季分明，年平均氣溫為14.8℃。夏季炎熱多雨，冬季寒冷多風，雨季多集中在6～8月份，年平均降雨量為800mm。

石臺井田位于閘河復向斜的中部，張莊向斜西翼，主體構造為張莊向斜。褶曲和斷層在區內均較發育。大地構造位置為華北準地臺魯西隆起徐州褶斷帶的西側，地層由老至新為石炭系、二疊系、第四系，其中石炭系、二疊系為本區含煤層地層。含煤地層平均總厚993.50m。自上而下含1、2、3、4、5、6、7計7個煤（層）組，含煤5～13層，平均總厚5.74m，含煤系數0.58%。其中全區大部分可采和局部可采煤層有3、5煤層，可采煤層平均總厚3.43m，占全部煤層總厚的60%，3煤層為主要可采煤層，平均厚3.10m，占可采煤層厚度的90%。

各煤層（組）的間距有一定變化，但在一定范圍內具有相對穩定性，對鄰近鉆孔對比具有重要意義，各煤層（組）間距情況見表1。

2 淮北平原地球物理特性

地勢較為平坦，地形高差變化不大，區內有一較大河流（閘河）縱貫測區，村莊范圍較大，給野外施工帶來一定困難。潛水面深度一般在2～3m，激發層位以粘土層為主，激發條件較好。煤層厚且較穩定，與圍巖密度和速度差異大能形成波阻抗差異較大的物性界面，是產生地震反射波的良好條件。區內由于巖漿巖較為發育，將會對反射波品質帶來一定影響，總的說來淮北平原的地球物理特性條件良好。針對石臺礦一水平的煤層賦存形態及構造發育情況來分析，本區可追蹤到的有效反射波主要有：T3波、T5波，T6波。其中T3波是控制本區構造形態的標準反射波。見圖1。

圖1 主要地震反射波時間剖面圖

3 平原地區三維地震勘探工作方法研究

地震勘探的生產工作，基本上可以分為3個環節：野外采集、資料處理、資料解釋。野外資料的采集是地震勘探的基礎，“其任務就是獲取有足夠信噪比的可供解釋的時間域或深度域的地下構造圖像”。采集參數設計準確與否直接關系到勘探工作的成敗。

3.1 點、段試驗激發參數確定

為了獲取的地震反射波波組齊全，較好的激發層，較高的信噪比，連續性好的煤層反射波，分別進行點試驗與段試驗。

從點試驗效果來看：井深9～10m左右為較好的激發層，所獲取的地震反射波波組齊全，主要煤層反射波信噪比高，連續性好。從激發藥量分析，2kg藥量能量達到飽和，當藥量增大，干擾波變強，且記錄視頻率降低，易抹煞小構造；因此確定井深10m，藥量2kg，為最佳參數。檢波器類型采用100Hz檢波器分辨率高，對小斷層識別能力強，記錄能量較強，反射波較連續。從段試驗處理疊加次數對比分析：24次覆蓋反射波信噪比高，連續性好能夠滿足地質任務要求。

3.2 金石礦一水平觀測參數

基于以上對平原勘探觀測系統參數的分析，結合本次勘探地質任務要求，考慮到地形及諸多地下因素等實際情況，保證覆蓋次數及CDP面元均勻分布和地震記錄有較高的信噪比和分辨率；同時，時間域和空間域的采樣間隔要符合采樣定理。設計三維觀測系統主要參數設計如下：

覆蓋次數：24次；

觀測系統：中間對稱48（24+24）道；

觀測系統類型：束狀8線8炮制(中間發炮)；

炮排距：80m；

接收道數：48×8＝384（道）；

疊加次數：4×6次(橫向4次，縱向6次)；

偏移距：10m；

炮點距：20m；

接收道距：20m

接收線距：40m；

等效地面采樣間隔：20m×20m；

CDP網格：10m×10m；

縱向最大炮檢距：470m；

縱向最小炮檢距：10m；

橫向最大炮檢距：210m；

橫向最小炮檢距：10m；

最大炮檢距：514.78m；

最小炮檢距：14.14m；

橫向炮點距：20m；

縱向炮排距：80m；

檢波器組合形式：采用100Hz組合；

井深：10m；

藥量：2kg；

儀器：美國Image采集系統；

采樣間隔：1ms；

記錄長度：1s。

4 資料處理

在整個資料處理過程中，我們始終以高分辯率、高信噪比、高保真度“三高”為目標開展疊前時間偏移處理工作。

4.1 原始資料與地質構造分析

原始資料總體表現為(圖2、圖3)：記錄面貌良好，信噪比及分辨率尚可，目的層層次分明，同相軸特征突出、能量強、連續性好，單張記錄上煤層反射波清晰可見，但由于該區村莊密集，變觀頻繁，部分區域壞道及隨機雜亂干擾大。由于激發層位不穩定，局部受流砂影響，致使部分單炮面波干擾大，目的層分辨率降低，另外該區巖漿巖較為發育，使區內局部反射波品質受到一定影響，表現為煤層反射波能量弱，信噪比較低。該區大部分區域地質反射條件良好，各煤層成像尚可，但局部區域地質反射條件差，特別是受巖漿巖影響反射波能量較弱，信噪比及頻率降低。另外，該區構造運動較為劇烈，褶曲和斷層較為發育，斷層相互切割較為劇烈，地質構造較復雜，以往二維物探工作由于方法條件限制，斷層構造解釋精度不高。

圖2 原始單炮記錄

圖3 初疊剖面顯示

4.2 本區資料處理特點與效果分析

本次處理疊前采用了野外靜校正、地表一致性反褶積、常速掃描，最大限度地提高了資料的分辨率，剖面質量有了較大的提高。這主要表現在以下幾個方面：

（1）去噪方法、參數選取適當，疊前采用高通濾波使得面波得到較好壓制，疊后又采用隨機噪音衰減，提高了剖面的信噪比，能清楚地呈現出主要反射層的成像效果。

（2）疊前采用了地表一致性反褶積技術，使剖面低頻干擾得到較好壓制，高頻信號得到補償，頻帶得到展寬。處理的剖面分辨率高，層次清楚。

（3）最終處理的剖面歸位準確，目的層連續性較好，達到了“三高”處理目的。

5 地震資料解釋

資料解釋使用處理中心的sun-60工作站進行，利用Geoframe公司的IES/IESX交互地震地質解釋系統，解釋工作站提供了靈活方便的解釋功能及其先進直觀的顯示方法，利用該數據體可以輸出時間切片和垂直時間剖面，供解釋人員使用。成果圖件使用CPS-3地質繪圖系統繪制。依據平原地區勘探需要的方向與主線，主要進行了以下方面的地震資料解釋。

5.1 利用水平切片檢查構造的縱、橫向展布趨勢

水平切片上同相軸的強度反映了反射波的強度，其寬度與地層傾角的大小有關，也與視頻率的高低有關。當斷層存在時，水平切片上同相軸被斷開。錯開量是垂直剖面上錯開量的6～8倍，它和斷距的大小及顯示的比例有關。

5.2 利用方差體進行分析解釋

解釋系統對數據體作方差處理，建立起方差數據體，沒有構造發育的地方表現為色調單一，無異常值。斷層發育地段，表示為色彩呈條帶狀變化。

5.3 煤層宏觀結構的解釋

隨著高分辨率地震勘探技術的發展，預測煤層宏觀結構及趨勢變化等巖性解釋工作已成為可能。利用煤層反射波振幅層拉平圖，結合已有的鉆孔對資料做標定，進行綜合分析研究。

5.4 速度標定及速度場的建立

本次共利用區內鉆孔15個。求解出3煤層平均速度值2350～2900m/s、5煤層平均速度值2400～2900m/s、61煤層平均速度值2700～3050m/s。從各層速度平面圖上可以看出，隨著目的層深度的增加，其速度相對應增大。

6 三維地震勘探成果

三維地震勘探目的是解決影響礦井開采的構造等問題，充分了解淮北平原的煤田地下地質構造以及煤層賦存情況是實現該地區井田建設的重點。通過對金石礦一水平三維地震勘探，將勘探成果與實際地質資料進行對比分析，對該地區的礦井開拓及安全生產具有深遠的意義。

6.1 新生界以及煤層起伏形態控制

該區新生界很薄，總體趨勢為東南部厚、西北部薄。厚度變化范圍在30～60m之間。區內煤系地層總體表現為一軸向近南北的向斜構造，向斜軸位于測區中部，向斜軸兩翼煤層傾角不一致，向斜西翼傾角偏大約19°，東翼煤層傾角相對較緩，約7°～18°。

區內3煤層底板標高變化范圍為-220～-520m，傾角7°～19°；煤層厚度變化范圍為0.4～5.23m；5煤層與3煤層層間距較小，其層間距10～37m，煤層底板標高變化范圍為-230～-550m，傾角7°～19°。煤層厚度變化范圍為0.35～1.11m；區內61煤層底板標高變化范圍為-460～-560m，傾角7°～19°；煤層厚度變化范圍為0.35～1.17m。

6.2 斷層的控制

資料解釋使用的是5m×5m×1ms網度的三維偏移數據體，解釋網度20m×20m。解釋中充分利用工作站解釋系統的自動追蹤、局部放大，多種參數時間顯示、多種切片顯示、立體顯示等功能，對各條斷層進行逐一連續性控制，提高了地震資料解釋的可靠程度。斷裂構造的主要特點：斷層基本沿北東方向發育，全為正斷層。

6.3 巖性的解釋

煤層厚度趨勢預測：3煤層：全區較厚且穩定。煤厚0.4～5.23m左右，西北部較厚，南部較薄；5煤層：全區較3煤薄且不穩定煤厚0.35～1.11m之間；61煤層：全區較薄且不穩定，煤厚0.35～1.17m左右。

巖漿巖的解釋：對本區地震資料結合鉆孔資料進行分析，本區鉆孔揭露主要煤層受巖漿巖侵蝕，侵蝕的主要煤層為3煤，侵入方式為順層侵入，侵蝕嚴重近全區分布，多為天然焦。對本區煤層進行20m×20m解釋，未發現直徑大于20m的陷落柱。

7 結論

本次三維地震勘探，查明了新地層的厚度變化，控制了測區內主要煤層的產狀變化，同時對落差大于等于5m的斷層進行了準確控制，對落差小于5m以下的斷層進行了精細的查找和解釋。控制了10m等高距的3、5、61煤層煤層底板形態及構造，對3、5、61煤厚度變化趨勢進行了預測和研究，對巖漿巖侵蝕情況及其它地質構造進行了解釋。

資料解釋sun-60工作站上進行，利用Geoframe公司的IES/IESX交互地震地質解釋系統，充分利用三維數據體包含的豐富地質信息，采用工作站顯示對比、任意方向的垂直剖面、水平切片、方差體等多樣手法，發揮了人機交互解釋系統的優勢，解釋成果圖件使用CPS-3地質繪圖系統實現，速度場較準確，解釋成果可靠。三維地震勘探技術在淮北平原的成功應用，為該地區的礦井設計與規劃生產提供了可靠的、準確地質資料。

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P631.4

A

1004-5716(2015)11-0143-04

2014-11-27

2014-12-01

歐云云（1981-），女（漢族），安徽宿州人，工程師，現從事物探技術工作。