三維地震勘探在地表復雜地區(qū)的研究與應用

李 姍

0 引言

勘探區(qū)屬低山丘陵及山前坡積區(qū)，區(qū)內(nèi)以山脈為主，山脈呈東西向展布，溝谷發(fā)育，地面坡度總體上北部較小，南部較大。復雜的地形給施工帶來一定困難。

1 勘探區(qū)地質(zhì)概況

勘探區(qū)表、淺層以土石混合的坡積物為主，其間分布有少量基巖裸露區(qū)及紅土區(qū)，坡積物總體上在南部以巖塊中夾雜少量土質(zhì)為主，北部較平緩區(qū)以紅土中夾雜少量巖塊為主。勘探區(qū)表層巖石以平頂山砂巖為主，硬度較大。表、淺層地層成份的分布不均及較大的巖石硬度給成孔工作帶來很大困難。另外，區(qū)內(nèi)局部坡積物覆蓋區(qū)由于巖塊和土質(zhì)之間膠結極差對反射波的激發(fā)及接收有一定影響。

勘探區(qū)的地層傾角為13-37°，一般在30°左右，構造復雜度中等。該地區(qū)主要有2-1煤，5-3煤和1-7煤層。煤層的厚度大，并且是穩(wěn)定的或相對穩(wěn)定的。煤層頂部和底部的巖性主要為粘土巖，泥巖和砂巖，與煤層之間存在很大的物理差異。因此，煤層的頂部和底部都是良好的。優(yōu)質(zhì)的反射分界層面可以產(chǎn)生具有強能量和不錯連續(xù)性的煤炭層位反射波。可以在本地開采5-3煤和1-7煤層，并且反射波在本地產(chǎn)生微弱。該地區(qū)的地震條件很復雜。

區(qū)內(nèi)淺表層和深層地震地質(zhì)條件均為復雜的地區(qū)，所以綜合地震地質(zhì)條件為特別復雜區(qū)。

圖1靜校正前后單炮對比圖

圖2反褶積前后單炮對比圖

2 三維地震野外工作

2.1 地震試驗工作

為了應對復雜的地表條件，較高的地質(zhì)任務要求以及該地區(qū)相對發(fā)達的斷層等若干技術難題，我們反復進行了現(xiàn)場施工規(guī)劃和采集參數(shù)測試，并采取了增加覆蓋時間，井與井之間結合，村莊附近靈活的特殊設計等措施，有效提高了現(xiàn)場數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在探測區(qū)進行并終了了2個點的試驗，共進行了34個物理點。

通過對上述試驗資料的綜合分析、對比，最后確定參數(shù)：經(jīng)過全面分析，確定本次勘探激發(fā)井深按3m標準執(zhí)行，考慮到安全、激發(fā)層位過于松散等特殊情況，局部區(qū)域根據(jù)生產(chǎn)需要激發(fā)井深調(diào)整為4m。藥量由于勘探區(qū)內(nèi)目的層深度變化較大（200-1100m），充分分析本次實驗數(shù)據(jù)并參考鄰區(qū)以往勘探經(jīng)驗后確定本次勘探激發(fā)藥量為1kg-2kg。在生產(chǎn)過程中根據(jù)具體目的層深度及地表條件在1-2kg范圍內(nèi)調(diào)整。采用加拿大制造的ARIES遙測數(shù)字地震儀。低切頻率選擇0Hz，高頻選擇500Hz寬帶接收模式。采樣率為1ms，記錄長度為1.0s。60Hz檢測器用于接收。確定采用10測線和8個激發(fā)點，具有20m的道間距離，600個接收道（14下坡采礦區(qū)），720個接收道（13、15下坡采礦區(qū)）和中點激發(fā)。CDP網(wǎng)格為10m×10m，疊加次數(shù)為24次（水平方向為4次，垂直方向為6次）。

測試內(nèi)容比較完整，參數(shù)選擇合理，工作方法正確，可以保證數(shù)據(jù)采集的完整性和質(zhì)量，為完成三維地震勘探的地質(zhì)任務打下基礎。

2.2 野外資料采集

本次三維地震勘探需要控制約7.1km2的有效地下區(qū)域。考慮到諸如：單斜構造，目標層深度適中，傾角為17-22°等因素，地面控制等效于地下所需的控制，以確保整個勘探區(qū)域有效地受控。

13、15下山采區(qū)共完成線束27束，施工面積13.2km2，滿覆蓋面積5.2km2，共完成生產(chǎn)物理點3 657個，試驗物理點22個，總計物理點3 679個，甲級率達57%；14下山采區(qū)共完成線束13束，施工面積5.3km2，滿覆蓋面積1.9km2，共完成生產(chǎn)物理點1 732個，試驗物理點34個，總計物理點1 766個，甲級率達60%，另外13、15下山采區(qū)二維地震補勘，共完成二維測線5條，完成試驗物理點24個，生產(chǎn)物理點168個，共完成二維物理點192個；為完成地質(zhì)任務奠定了良好的基礎。

3 三維地震資料處理

本次三維地震勘探資料處理是在我院Dell工作站進行的。鑒于該地區(qū)對地質(zhì)任務的高要求，復雜的地形條件，斷層發(fā)育和其他地質(zhì)特征，確定了以下處理目標和要求：

（1）靜態(tài)校正是地震數(shù)據(jù)處理的關鍵環(huán)節(jié)之一。由于表面高程和低速（遞減）速度區(qū)的厚度（速度）的橫向變化，導致的地震波傳播時間差將對信號的疊加效果產(chǎn)生一定的不利影響，從而導致降低了反射波同相軸的信噪比和頻率。應用適當?shù)撵o態(tài)校正方法和參數(shù)可以消除此時間差，并確保疊加輪廓的質(zhì)量。在該區(qū)域中，通過比較不同的靜態(tài)校正方法，最終選擇了折射靜態(tài)校正方法，以得到檢查點的正確靜態(tài)校正值，以確保疊加部分的質(zhì)量

根據(jù)反演得到的近地表低降速帶模型和測區(qū)高程變化范圍，我們選取靜校正基準面650m，替換速度3 700m/s，得到的全區(qū)靜校正量在-98至+82ms之間。

通過靜校正前后單炮對比可以看出，反射波同向軸得到準確校正，初至折射靜校正基本解決了野外靜校正問題（圖1）。

（2）針對不同的原始資料特點選用適當?shù)姆瘩薹e方法和參數(shù)，可以起到提高分辨率的作用。在本次三維地震資料處理中，我們經(jīng)過大量模塊的和參數(shù)試驗，針對本區(qū)的實際資料及地質(zhì)任務，我們選用地表一致性預測反褶積，其測試參數(shù)為：預測步長8、12、16、20、24ms，因子長度100ms、120ms。比較后認為（16、120）ms的效果較好。反褶積后目的層反射波得到改善，高頻成分得到了加強，同時頻帶也得到拓寬（圖2）。

根據(jù)規(guī)范的相關評級要求對網(wǎng)格度為5m×5m×1.5s的已處理三維數(shù)據(jù)量進行分級。額定網(wǎng)格為40×80m，評價標準分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ類：Ⅰ類剖面：目標層完整，同相軸連續(xù)性好，信噪比高比值高，抑制多波作用明顯，結構現(xiàn)象清晰，真實反映了測線的地質(zhì)情況。II剖面：無法達到I類不是III剖面。III型剖面：信噪比低，未顯示主要目標層，結構現(xiàn)象不清楚。根據(jù)從整個區(qū)域獲得的時間軸，根據(jù)40m×80m的網(wǎng)格檢查時間。其中，參與評定的縱向剖面為188.135km，水平剖面為93.320km。剖面質(zhì)量評價結果如下：一類剖面：208.875km，占74.21%；II型剖面：62.175km，占22.09%;三類剖面：10.405 km，占3.70%，主要位于礦區(qū)14東側的工業(yè)廣場和滑坡區(qū)附近。處理剖面成果全部合格，全區(qū)Ⅰ+Ⅱ級剖面為271.05km，達到96.30%，符合規(guī)范和合同要求。

4 三維地震解釋及地質(zhì)成果

使用Geo-Frame4.5完整三維解釋系統(tǒng)，并結合工作站和人工解釋，對比水平切片解釋的組合斷層構造，來解釋三維地震數(shù)據(jù)。

這次三維地震勘測確定了斷層的性質(zhì)，發(fā)生和延伸的長度，并有效控制了該區(qū)域落差≥5m的斷層。落差不到5m的斷點給予了解釋和說明。確定5-3煤層，2-1煤層和1-7煤層的煤層起伏狀況，并控制每個煤層的煤層起伏狀況。豐富的三維地震地質(zhì)成果為礦山開發(fā)和礦區(qū)設計提供了地質(zhì)基礎。

根據(jù)MT/T897-2000《煤層煤層氣地震勘探規(guī)范》的評級標準，根據(jù)可靠性等級將其分為26個可靠斷層，35個較可靠斷層，2個控制較差斷層。根據(jù)跌落的大小，50≤落差≤100m的10個斷層，30≤落差≤50m的12個斷層，30≤落差≤50m的19個斷層，5≤落差≤10m的13個斷層，小于5m的9個斷層。與原地質(zhì)解釋成果進行對比，修正9個斷層，新發(fā)現(xiàn)54個斷層。

5 結論

這次三維地震勘探的觀測系統(tǒng)設計，參數(shù)選擇和構造方法的選擇是合理的；數(shù)據(jù)處理周全，處理流程設計合理。為了消除地形的影響，已經(jīng)在靜態(tài)校正中做了很多工作。在數(shù)據(jù)解釋過程中，采用人工解釋與工作站人機結合的解釋方法，充分發(fā)揮了三維地震勘探的優(yōu)勢，獲得了更詳細的地質(zhì)信息，提高了該地區(qū)的地質(zhì)勘探精度。為礦區(qū)劃分，安全生產(chǎn)和礦井巷道布置等提供了更可靠的地質(zhì)基礎。