千米深井復(fù)雜條件下三維地震勘探效果分析研究

劉帥 趙啟生 尹聰

（山東濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)有限公司安居煤礦，山東 濟(jì)寧 272000）

1 概述

為滿足安居煤礦南翼淺部采區(qū)煤炭資源開采需求，對(duì)南翼淺部采區(qū)開展了三維地震勘探工程。針對(duì)區(qū)內(nèi)復(fù)雜的地面地形條件和地震地質(zhì)條件，研究制定一系列技術(shù)方案，優(yōu)化施工設(shè)計(jì)，充分提高野外數(shù)據(jù)采集精度，利用精細(xì)化處理技術(shù)和巖性地震勘探技術(shù)，取得了較好的三維地震勘探技術(shù)成果。

2 三維地震勘探條件

2.1 復(fù)雜的地表地形條件

勘探區(qū)內(nèi)水域發(fā)育，河流、湖泊、沼澤眾多，京杭運(yùn)河近南北貫穿整個(gè)勘探區(qū)，龍拱河近東西流經(jīng)勘探區(qū)西北部。地面村莊、碼頭等建筑物較多。勘探區(qū)區(qū)內(nèi)交通發(fā)達(dá)，公路縱橫交錯(cuò)，為三維地震的勘探線布設(shè)和野外數(shù)據(jù)采集接收帶來(lái)較大的困難。

2.2 煤層埋深大、賦存條件一般

根據(jù)勘探區(qū)附近前期鉆孔和二維地震勘探資料顯示，勘探區(qū)內(nèi)煤層埋深大，一般埋深為-890m～-1530m，煤厚2.1～3.5m，平均2.6m，且局部3煤存在沖刷變薄區(qū)域。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜

勘探區(qū)位于濟(jì)寧斷裂、孫氏斷裂之間，斷裂構(gòu)造發(fā)育，構(gòu)造十分復(fù)雜。斷層走向以南北向、北東～北北東向?yàn)橹鳎饕獢鄬佑袧?jì)寧斷層、濟(jì)寧支5斷層、濟(jì)寧支4斷層、FX24斷層、FD1斷層、濟(jì)東斷層、FD3、FD5、FD6斷層，較大斷層周圍多存在次生斷層構(gòu)造。根據(jù)原勘探報(bào)告，勘探區(qū)為構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域。

2.4 地震地質(zhì)條件較差

勘探區(qū)內(nèi)地表地震地質(zhì)條件比較復(fù)雜，中、深層地震地質(zhì)條件一般。侏羅系下部普遍發(fā)育有巖床狀巖漿巖侵入體，厚度56.90～186.70m，平均124.05m，呈灰黑色、灰綠色，主要成分為輝石、斜長(zhǎng)石、黑云母，硬度大，豎向裂隙較為發(fā)育，巖性多為輝長(zhǎng)巖，下距3上煤層339.32～512.91m，對(duì)主采3煤層的T3反射波采集極為不利。

3 復(fù)雜條件下三維地震勘探的技術(shù)方案研究

3.1 激發(fā)方法選擇

在運(yùn)河西勘探區(qū)中部S2試驗(yàn)點(diǎn)位置進(jìn)行了D2點(diǎn)低速帶調(diào)查工作，采用小折射的方法，并保證其接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，初至清晰。采用相遇時(shí)距曲線觀測(cè)系統(tǒng)，排列布設(shè)在地形較平坦處，排列長(zhǎng)度為159m，達(dá)到低速帶總厚度的8～10倍。低速帶調(diào)查表明：本區(qū)低速帶速度500～700m/s，低速帶厚度4～6m，降速帶速度1550～1800m/s，降速帶厚度4～8m。

充分借鑒鄰區(qū)以往成熟的三維地震野外采集經(jīng)驗(yàn)，主要開展激發(fā)因素的試驗(yàn)，優(yōu)選激發(fā)因素，努力提高目的層信噪比。按照單一因素變化及從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的原則，在S2試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行激發(fā)因素試驗(yàn)、接收因素試驗(yàn)工作。采用428XL多道遙測(cè)數(shù)字地震儀，0.5ms采樣間隔，1.5s數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，前放增益為12dB，檢波器為PS-60型2串2并合堆放接收。試驗(yàn)點(diǎn)S2位于西部第5束209線287附近，具體位置見圖1。接收排列采用和三維測(cè)線一致的方向，即南北方向布設(shè)一條接收排列，道距20m，120道接收。

圖1 試驗(yàn)點(diǎn)S2位置圖

井深試驗(yàn)：以10m、12m、14m、16m、18m、20m、22m、24m、25m、28m的井深，藥量2 kg激發(fā)，從而選擇最佳激發(fā)井深。

藥量試驗(yàn)：分別用0.25kg、0.5kg、1.0 kg 、1.5kg、2kg、2.5kg、3kg的藥量，以最佳激發(fā)井深16m進(jìn)行激發(fā)試驗(yàn)，從中選出最佳激發(fā)藥量。

通過試驗(yàn)，當(dāng)采用井深16m，藥量2kg，10×72道接收，道間距20m，中間放炮，采樣間隔0.5ms，記錄長(zhǎng)度2s，迭加次數(shù)24次，進(jìn)行第1束施工采集，第1束初步處理迭加時(shí)間剖面（圖2），頻率較高，有效煤層波組 700～1100ms幾個(gè)波組連續(xù)性較好，信噪比較高，不足的是500～700ms有一強(qiáng)波組對(duì)下面波組壓制大。從第1束初步處理來(lái)看，本次三維地震基本能充分顯示出地下構(gòu)造特征，具備了完成地質(zhì)任務(wù)的條件。

圖2 第1束112線位置初迭時(shí)間剖面

通過井深、藥量試驗(yàn)，最終掌握了本區(qū)的激發(fā)、接收等施工參數(shù)。本區(qū)信噪比普遍較高，井深16m左右，藥量2kg，獲得的地震監(jiān)視記錄，頻帶較寬，目的層反射波能量適中、連續(xù)性好、分辨率高，干擾波（面波）較弱。村莊、建筑物附近采用0.5～1kg激發(fā)，也能獲得較好的資料，為村莊附近小藥量激發(fā)提供了有利條件。

3.2 特觀設(shè)計(jì)

地表施工條件復(fù)雜，給三維地震的測(cè)線布設(shè)、炮點(diǎn)激發(fā)、數(shù)據(jù)接收帶來(lái)較大的困難。針對(duì)龍拱河北8～11束設(shè)計(jì)實(shí)施了特觀1補(bǔ)全了資料；運(yùn)河12～13束設(shè)計(jì)實(shí)施了特觀2，通過二束一起采集、在運(yùn)河兩旁成孔，解決運(yùn)河不能成孔、鋪線，取得了完整的資料；機(jī)場(chǎng)路北、運(yùn)河?xùn)|太白湖設(shè)計(jì)實(shí)施了特觀3、特觀4，補(bǔ)全14～18束這部分資料，獲得了全勘探區(qū)數(shù)據(jù)。

特觀1：龍拱河北8～11束范圍，設(shè)計(jì)了1、2、3號(hào)3條測(cè)線，鋪設(shè)了原設(shè)計(jì)線241、245、……、313、317線的393～433樁號(hào)范圍內(nèi)檢波點(diǎn)900個(gè)，在四周及中間設(shè)計(jì)了炮點(diǎn)68個(gè)，進(jìn)行全排列接收；

特觀2：運(yùn)河兩岸12～13束范圍，設(shè)計(jì)了12條測(cè)線，鋪設(shè)了原設(shè)計(jì)線321、325、……、377、381線的109～437樁號(hào)范圍內(nèi)能鋪設(shè)的檢波點(diǎn)，運(yùn)河兩岸設(shè)計(jì)炮點(diǎn)808個(gè)，以12×83道滾動(dòng)接收；

特觀3：機(jī)場(chǎng)路北、運(yùn)河?xùn)|太白湖14～18束范圍，設(shè)計(jì)了10條測(cè)線，鋪設(shè)了原設(shè)計(jì)線361、365、……、473、477線的282～414樁號(hào)范圍內(nèi)檢波點(diǎn)980個(gè)，在運(yùn)河西及測(cè)線范圍內(nèi)設(shè)計(jì)炮點(diǎn)175個(gè)，進(jìn)行全排列接收；

特觀4：機(jī)場(chǎng)路北、運(yùn)河?xùn)|太白湖14～18束范圍，設(shè)計(jì)了10條測(cè)線，鋪設(shè)了原設(shè)計(jì)線361、365、……、441、445線的226～327樁號(hào)范圍內(nèi)檢波點(diǎn)980個(gè)，在運(yùn)河西、機(jī)場(chǎng)路南及測(cè)線范圍內(nèi)設(shè)計(jì)炮點(diǎn)176個(gè)，進(jìn)行全排列接收。

特觀2設(shè)計(jì)后獲得的地震資料覆蓋情況效果圖見圖3，實(shí)施特觀后獲得了運(yùn)河、龍拱河北及太白湖范圍完整的資料。

圖3 特觀2覆蓋次數(shù)效果圖

3.3 資料處理

地震資料處理采用Focus地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，配合EPOS3 TE(Third Editon)的版本。為了本區(qū)復(fù)雜構(gòu)造的準(zhǔn)確三維歸位成像，采用疊前及疊后時(shí)間偏移的地震資料處理流程。

通過野外數(shù)據(jù)資料進(jìn)行全三維處理，獲得了以5m×5m×0.5ms為單元的三維數(shù)據(jù)體，處理中重點(diǎn)抓住了疊前干擾波去除、保證信噪比的前提下提高分辨率、準(zhǔn)確細(xì)致的速度分析和復(fù)雜構(gòu)造成像等四個(gè)重要環(huán)節(jié)，垂向剖面有一定分辨率，有效波頻帶范圍達(dá)20～120Hz，視主頻在50Hz左右，干擾波消除較徹底，反射波層次較清晰，地質(zhì)構(gòu)造異常顯示清晰。

3.4 資料解釋

地震資料的解釋采用Geoframe2012解釋系統(tǒng)。解釋基礎(chǔ)資料以疊前時(shí)間偏移三維數(shù)據(jù)體為主，以疊加數(shù)據(jù)體、方差數(shù)據(jù)體及各種地震時(shí)間剖面和切片等為輔，勘探區(qū)鉆孔資料為標(biāo)定基礎(chǔ)資料。資料解釋原則為：構(gòu)造解釋為主，巖性解釋為輔；人工解釋和工作站解釋相結(jié)合；垂直時(shí)間剖面與水平切片解釋相結(jié)合。

3.5 地震反演技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)前期安居煤礦井下實(shí)際揭露情況，除斷層對(duì)井下開拓設(shè)計(jì)影響較大外，3上煤層厚度變化同樣對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)有很大影響，利用巖性地震勘探中的地震反演技術(shù)對(duì)煤層厚度進(jìn)行反演。根據(jù)勘探區(qū)三維地震勘探資料并結(jié)合區(qū)內(nèi)鉆孔及測(cè)井資料進(jìn)行地震技術(shù)反演。

4 地質(zhì)成果

通過開展三維地震勘探工作，控制了3煤層底板構(gòu)造形態(tài)，解釋了3煤層厚度變化趨勢(shì)，控制了煤層斷裂構(gòu)造；控制了新生界賦存形態(tài)；編制了3煤層構(gòu)造控制程度圖及厚度變化趨勢(shì)圖、新生界底界面等高線圖，完成了勘探區(qū)地震勘探地質(zhì)任務(wù)。

通過本次三維勘探解釋煤層斷層127條，皆為正斷層，按斷層規(guī)模分，落差大于100m的5條，落差50～100m的3條，落差30～50m的16條，落差20～30m的10條，落差10～20m的35條，落差5～10m的39條，落差3～5m的19條；按斷層控制程度分，可靠斷層81條，較可靠斷層36條，控制較差斷層10條。

本次三維地震勘探地質(zhì)成果顛覆了原斷層組合方式，對(duì)新構(gòu)造方案進(jìn)行了較大的修正。

5 效果驗(yàn)證

根據(jù)該礦井下實(shí)際采掘揭露情況及勘探區(qū)域地質(zhì)鉆孔實(shí)際揭露情況，對(duì)本次勘探取得的地質(zhì)成果進(jìn)行了驗(yàn)證。

5.1 煤層埋深驗(yàn)證

根據(jù)勘探報(bào)告提供的3煤底板等高線圖，與后續(xù)施工的BK5、BK4鉆孔實(shí)際揭露的煤層埋深誤差均在20m以內(nèi)。

5.2 斷層位置驗(yàn)證

根據(jù)該礦東翼軌道大巷實(shí)際揭露FX24斷層（落差約80m）位置及產(chǎn)狀，均與勘探報(bào)告提供的資料基本吻合；且該礦施工的BK3水文孔揭露FD1斷層，通過已知數(shù)據(jù)畫出該鉆孔位置對(duì)應(yīng)的預(yù)想地質(zhì)剖面圖，也驗(yàn)證了FD1斷層的平面位置的正確性。

5.3 煤層厚度驗(yàn)證

根據(jù)勘探報(bào)告提供的3煤層厚度地震反演圖，BK4鉆孔附近存在煤層變薄區(qū)。后期施工的BK4鉆孔，實(shí)際揭露煤厚僅0.65m，驗(yàn)證了煤層厚度反演成果的準(zhǔn)確性。

6 結(jié)論

深入研究勘探區(qū)內(nèi)復(fù)雜的地形、地質(zhì)條件，進(jìn)行充分的井深、藥量等試驗(yàn)，找出適用于不同巖性地層的激發(fā)方式，正確實(shí)施檢波放線工作，對(duì)特殊地域采用特定的觀測(cè)方法，采用先進(jìn)的三維地震勘探數(shù)據(jù)處理和解釋技術(shù)及巖性地震勘探技術(shù)，三維地震勘探在復(fù)雜條件下同樣可以取得很好的效果。