塔拉壕煤礦精細三維地震勘探處理技術應用

朱建剛

(中煤科工集團西安研究院有限公司，西安 710077)

塔拉壕煤礦位于鄂爾多斯市東勝區境內，屬黃土高原地帶。大部分地區為低矮山丘，植被稀疏，為半荒漠地區，區域內地形最大高差160 m，地貌條件復雜。由于表層的黃土厚度的變化，以及部分地區礫石等松散覆蓋，使得地震激發和接收受到極大影響，得到的資料信噪比低，有效信號頻率低，分辨率不高；高程的劇烈變化造成的靜校正問題、以及強噪音發育等成為資料處理解釋的突出問題[1]。綜合而言，本區域原始資料品質較差，造成以往地震勘探成果與實際揭露情況出入較大，無法滿足礦井的巷道設計以及安全生產指導需要；因此需要急切提高本區地震資料的信噪比、分辨率，更好地提高勘探成果，并總結合適本區的勘探方法，為今后同一區域勘探提供依據。

塔拉壕煤礦位于鄂爾多斯市東勝區境內，屬黃土高原地帶。大部分地區為低矮山丘，植被稀疏，為半荒漠地區，區域內地形最大高差160 m，地貌條件復雜。由于表層的黃土厚度的變化，以及部分地區礫石等松散覆蓋，使得地震激發和接收受到極大影響，得到的資料信噪比低，有效信號頻率低，分辨率不高；高程的劇烈變化造成的靜校正問題、以及強噪音發育等成為資料處理解釋的突出問題[2]。綜合而言，本區域原始資料品質較差，造成以往地震勘探成果與實際揭露情況出入較大，無法滿足礦井的巷道設計以及安全生產指導需要；因此需要急切提高本區地震資料的信噪比、分辨率，更好地提高勘探成果，并總結合適本區的勘探方法，為今后同一區域勘探提供依據。

1 勘探區地震地質條件

勘探區位于黃土高原地帶，區內地形切割較為強烈，樹枝狀溝谷縱橫發育，植被稀疏，表層松散，地形復雜。根據鉆孔資料及前期成孔方法試驗的結果，區域一表淺層主要有黏土夾礫石、礫石黃土膠結物、第三系紅層，在沖溝中有基巖出露，區域二表淺層為黃土層，基巖出露較多。激發條件變化劇烈，造成資料間頻率差異大。同時，本次勘探邊界緊貼3-1煤采空區，采空區附近地表沉降裂縫明顯，給三維地震勘探數據采集帶來很大影響。

因此，表、淺層地震地質條件為復雜區。

圖1 勘探區典型地表地貌特征

區內煤層沉積穩定，地層傾角小，一般小于3°，構造簡單，煤層與頂底板之間波阻抗差異較大，可形成較好的煤層反射波有利于地震勘探。但煤層埋藏深度較淺，煤層層數多、間距較小，上組煤層對下組煤有強烈的能量屏蔽作用；后期煤層成像困難較大，并且含煤地層由砂巖、泥巖和煤層形成互層，由于砂、泥巖之間波阻抗差異較小，砂泥巖層反射強度較弱，更增加成像難度。

綜上，深層地震地質條件為一般區，故綜合地震地質條件復雜。

2 精細處理方法實踐

精細資料處理是在有效采集的基礎上，高保真的完成地下地質成像。精細處理方法、流程的選擇依據，建立在精細的原始資料分析之上，根據分析選取合適的方法提高資料的信噪比、分辨率。

2.1 原始資料分析

通過淺、深地震地質條件，以及原始記錄分析，資料處理中面臨以下幾個主要問題：

1)工區地表起伏劇烈，造成少量炮點位置不準確，部分地區障礙物、溝壑較大，使得丟道甩道較多，認真做好錯炮檢查和壞道編輯是所有工作的前提；

2)工區黃土層厚度橫向變化快，地震波能量衰減明顯，造成部分地區初至波缺失，并且低降速帶變化較快，如何精確拾取初至，并做好靜校正是基礎；

3)反褶積測試工作，由于地形差異大，淺層激發層位明顯變化，單炮間頻率差異大，在兼顧信噪比的前提下，盡最大限度提高地震資料的分辨率;

4)本區目的層埋藏較淺，煤層間距小，為了確保資料的高保真度、高信噪比和高分辨率，應盡可能在疊前做好去噪、速度拾取以及偏移成像等工作。

通過以上的精細分析，選取針對性處理方法和流程，做好資料處理工作。

2.2 錯炮糾偏及復雜地表靜校正

工區溝壑縱橫，地表高程變化較大，野外變觀多，造成部分炮點位置不準確，致使炮檢點空間屬性發生變化，致使靜校正效果不佳，也會導致假的地質構造。首先對炮檢點關系進行錯誤檢查，主要加載上單炮偏移曲線，偏移曲線與初至無錯位時才正確。由于本工區目的層較淺，錯炮檢查完后保證目的層的有效覆蓋。

工區低降速帶橫向變化快，對地震波的能量吸收和衰減效應強烈，導致地震波的初至能量弱，不清晰，目的層反射波同相軸不連續、信噪比低，使得最終疊加和偏移成像效果差，限制了地震資料解釋成果的精度。因此如何消除地表降速帶在成的長波長靜校正問題，是地震資料最終品質好壞的基礎。根據層析靜校正調查，本區折射層位基本穩定(圖3淺部區域為低速層，全區基本穩定，并且厚度變化不大)，因此選定折射靜校正方法。此方法最大的優點和前提是折射層穩定，有大量穩定的數據基礎統計，有效解決大部分的長波長靜校正量問題。

圖3 低速帶情況

圖4 折射靜校正前后單炮資料

2.3 疊前去噪

地震勘探采集的單炮中包含有所有接收到的信號(噪聲和有效信號)。噪聲大體主要歸納為兩類:隨機噪聲和相干噪聲。相干噪聲包括線性干擾、交混回響和多次波，陸地地震資料的相干噪聲主要有多次折射、線性干擾、面波等[3-6]。

圖5 噪音壓制前后單炮資料

通過原始單炮資料分析表明，主要噪音為面波和與初至平行的強線性干擾。為此分別采用區域濾波與自適相干噪音壓制技術，對面波以及強線性干擾進行壓制。此種方法先在頻率域對噪聲頻率進行分析，同時計算其視速度，根據準確的頻率與視速度在其優勢頻段內建立初始模型，后將此噪聲模型與原始數據進行匹配，相似信號認為其為噪音，將其壓制[7]，壓制后單炮資料顯著改善。

2.4 綜合反褶積技術

合適反褶積方法和參數的選擇，可以有效壓縮子波，提高資料分辨率。由于淺部激發層位的變化，單炮間頻率差異明顯。如何有效消除差異是選擇合適反褶積方法和參數的目的。針對其特點，選取單道預測反褶積有效提高單炮自身頻率，優化頻寬，同時使用地表一致性反褶積調整整個工區單炮主頻趨于一致，提高整體分辨率。

在反褶積處理前(圖6a)激發層位好的區域，記錄品質較高，頻率較低，激發層位差區域，頻帶寬度窄(圖7a)，頻帶相較更低；通過上述反褶積處理后(圖6b)反射波組的同相軸連續性變好，主頻提高，激發層位較差區域，頻帶寬度明顯增加(圖7b)，同時突出了中、深反射波地震信號質量，資料主頻明顯提高，整體資料頻率趨于一致。

圖6 激發層位較好記錄去噪反褶積前后單炮、頻譜

圖7 激發層位較差記錄去噪反褶積前后單炮、頻譜

2.5 速度分析及成像

精確的速度場拾取和模型的建立，成為高分辨率成像的基礎。經過前期處理過后的單炮，分選至CMP道集，將其應用于速度譜計算，得到能量矩陣、超道集以及疊加段的數據，對速度譜進行準確的初始速度拾取。其拾取前提是保證拾取的速度能夠將CMP道集拉平[8]。

圖8 速度譜分析圖

初始速度場建立，進行疊加以及剩余靜校正處理，疊后剩余靜校正是為了解決剩余短波長靜校正問題(尤其在頻率低區域單炮記錄)，后重新循環至速度拾取，直至速度拾取變化不大，為疊加和偏移提供準確的速度[9]。

圖9顯示為最終偏移成像剖面，截取斷位于東區中部，解釋斷層為DF59，地震時間剖面上錯斷了3-1、4-1、5-1和6-2中煤層，落差0～5 m，延展長度約555 m。采掘巷道揭露落差4.9 m，驗證準確。

圖9 斷層DF59在時間剖面顯示

3 解釋成果及揭露情況

依據地震資料巷道成像的結果，在疊加時間剖面上巷道區域存在明顯的繞射波，地震時間剖面上本組和下組煤層反射波出現的錯斷與扭曲及其下組反射波出現延時現象解釋巷道(圖10)，在相干屬性平面圖上表現為線條狀的異常條帶(圖11)，與實際巷道位置一致。

圖10 3-1煤層巷道在CL_NB時間剖面上的反映

本次勘探區共解釋斷層35條，可靠斷層16條，較可靠斷層6條，未評級斷層13條。按落差大小分類：落差≥10 m斷層1條(F8)，落差≥5 m的斷層4條(DF47、DF53、DF59、DF87)，落差<5 m的斷層30條。

在已采掘的3煤巷道中揭露的斷層情況與資料進行對比，已驗證5條，落差范圍0～5 m范圍之內，通過驗證對比分析，各斷層產狀、位置與最終解釋成果吻合率82%以上。綜合認為，本區勘探成果成像精度較高，能夠達到指導煤礦安全生產的需求。

圖11 3-1煤層巷道在相干屬性平面上的反映

4 結論

塔拉壕煤礦三維地震勘探精細處理證明：有效的炮偏糾錯，合適的靜校正方法，適用的疊前去噪，以及合適的預測反褶積加地表一致性反褶積方法和參數的選擇，有效消除單炮頻率之間差異，精細的速度拾取，能有效的保證資料信噪比，并極大的提高地震資料的分辨率，為后期資料成像打下堅實的基礎，并得到可靠的解釋成果，為礦井安全生產奠定基礎。通過實際應用和實踐，形成了適合本區域的處理方法，為以后相似特點區域勘探工作的開展提供一定的依據。