三維地震勘探技術在新疆沙吉海一號井田中的應用

張文炤，李 歡

(1.河南卓越建設工程有限公司，河南 鄭州 450016；2.湖南省煤田地質局 第五勘探隊，湖南 郴州 423000)

隨著對煤層勘探精度要求的不斷提高，三維地震勘探已經成為煤田地質勘探中不可缺少的一部分[1-3]。地震勘探最為能源與資源的勘探中一種較為常用的地球物理手段，在我國西部地區得到了廣泛的應用。地震勘探利用不同的巖石、煤層之間表現出一定物理特征的差異，尤其是巖石彈性特征的差異，以人工的方式，在地表發射1個地震波，通過研究地震波在通過不同地質體所產生的反射波差異，利用地下界面的反射與折射原理，了解地震波在地層中的傳播規律及變化特點，最終解釋這種變化特征來反映地層及構造的一種地質手段[4-6]。目前我國較為常用的地震勘探是二維、三維并行，以三維地震為主。其中，三維地震勘探是有動力學、信號傳輸學等多學科交叉形成的高精尖技術，與其他物探手段相比，能更加精確地得到地下地層及構造的信息[7-8]。在煤田地質構造勘探、煤層分布特點及瓦斯附存特征等方面有著良好的效果[9-11]。本文通過對新疆沙吉海一號井田進行三維地震勘探的研究工作，進而查明沙吉海一號井田的煤層的賦存特征，了解煤層的平面展布與煤層厚度的變化規律，為井田的下一步開發提供重要依據。

1 地質背景

新疆沙吉海煤田位于新疆阿勒泰市西南部，屬和布克賽爾蒙古自治縣管轄。其北部為準噶爾盆地，南部為謝米斯臺山，具有典型的低山丘陵地貌。大地構造位置屬準噶爾—天山褶皺系(Ⅰ級)，西南準噶爾優地槽褶皺帶(Ⅱ級)的和什托洛蓋拗陷(Ⅲ級)(圖1)。沙吉海一號井田位于準噶爾盆地的西北部，和什托洛蓋和什東—沙吉海礦區的東部[12-13]。

圖1 沙吉海一號井田區域位置Fig.1 No.1 Mine Field of Shajihai Area

2 三維地震勘探

2.1 研究區地質條件

沙吉海一號井田地處中亞腹地，海拔為+800～+1 062 m，屬低山丘陵地貌，東南部為戈壁荒原。區內氣候干燥少雨，為典型的大陸性干旱氣候，井田典型地貌如圖2所示。為了對研究區開展三維地震勘探的研究工作，將井田地質條件分為2類進行討論：①淺層地震地質條件；②中、深部地震地質條件。

圖2 井田典型地貌特征Fig.2 Typical landform features of mine fields

(1)淺層地震地質條件。主要包括上更新統—全新統洪積層和全新統洪積層，無潛水面。前者主要分布于井田南部，由礫石、砂、泥等構成，底部呈半膠結狀態，表面被戈壁礫石覆蓋；全新統洪積層斷續分布在沖溝中，由混雜堆積的砂、礫石和少量黃土構成。松散的第四系地層對地震波的高頻成分有嚴重的吸收衰減作用，井田西北部礫石發育，地層速度橫向變化大，對地震波運動學特征帶來很大影響。

2.2 三維地震勘探參數

此次研究所選取的三維地震勘探儀器為Sercel系列Nomad65可控震源激發，單臺最大出力32 t，最低頻率4 Hz。本次采用高靈敏度的DSU-1全頻數字檢波器進行接收，全部進行挖坑埋置，增強檢波器的耦合程度，降低隨機干擾，保證數據采集品質。三維地震采用12線6炮制束狀觀測系統，共完成三維束線9束，三維地震生產物理點1 238個。數據資料處理的校正采用折射靜校正法，將地表高差和表層低降速帶導致的差異降到最小。

圖3 ZK1004鉆孔合成記錄Fig.3 Composite record of ZK1004 drilling

3 三維地震勘探在煤田中的應用

地震反射波的對比是以地震時間剖面為基礎，從已知鉆孔出發，根據相鄰地震道反射波的波形相似性、同相性、連續性、振幅和頻率特征及多波組之間的相互關系等多種參數進行對比和追蹤，從而大大提高了波組對比的可靠性。在構造復雜地段，加密解釋測線的密度，使得對比解釋結果準確可靠，為進行構造、煤層解釋提供了有利條件。

以標準反射波為主要解釋對象，在地震時間剖面上進行對比解釋。根據反射波同相軸振幅、波形特征、波組關系、時差等，確定斷點位置。斷點的特征為同相軸明顯錯斷或較小落差的斷層在地震時間剖面上往往表現為同相軸的扭曲、分叉、產狀突變、能量突然變弱等。以標準反射波為主要解釋對象，在地震時間剖面上進行對比解釋，根據反射波同相軸振幅、波形特征、波組關系、時差等，確定目標點位置。在時間剖面上斷層表現為同相軸中斷、錯動、強相位轉換、反射波消失、同相軸驟然增多、或發生同相軸扭曲和頻率突變等，上述地震地質現象是識別目標點位的依據。

3.1 煤層的水平展布特征

圖4 三維IL1216線時間剖面解釋Fig.4 Time profile explanatory diagram three-dimensional IL1216 line

圖5 三維XL1110線時間剖面解釋Fig.5 Time profile explanatory diagram three-dimensional IL1110 line

T10地震反射波是B10煤層底板形成的反射波，B10煤層為主采煤層，為穩定煤層，全區可采。T10波能量強，反射波連續，全區可連續追蹤。水平切片則是同一時間上各地質界面的地震響應特征，它代表了某一地質界面的空間展布情況，可以用來進行地質界面的平面追蹤解釋。B10煤層反射波順層切片如圖6所示，基本反映了煤層的水平展布特征。

圖6 B10煤層反射波順層切片Fig.6 Reflected wave oriented slice of B10 coal seam

T6地震反射波是B6煤層為主形成的反射波，B6煤層和B7煤層間距較小，大部分地段2層煤的反射疊加在一起，形成主頻偏低、能量變化較大的復合波，由于受到上覆厚煤層的能量屏蔽，T6波能量偏弱，連續性稍差，但全區能連續追蹤。

T1地震反射波是B1煤層底板形成的反射波，B1煤層為穩定煤層，煤層埋藏深度較大，受上覆煤層的能量屏蔽，T1波能量偏弱，連續性稍差，全區大部分能連續追蹤。

3.2 煤層厚度解釋

圖7 煤層反射波振幅與煤層厚度關系曲線Fig.7 Coal seam reflection wave amplitude and thickness relationship curve

在勘查過程中，影響地震波振幅與能量因素較多。在表層條件、激發與接收條件不穩定時，如果資料處理保真度差，時間剖面上反射波振幅或能量的變化就不能準確地反映薄層厚度的變化，甚至完全淹沒了厚度的變化。同時，煤層厚度與反射波振幅或能量的這種近似線性關系，只是在一定的厚度、反射系數及波長條件下成立的。因此，在用振幅法預測煤厚也只能是定性預測煤層厚度變化趨勢[15-16]。

此次研究對三維區地震資料運用反演方法對煤厚進行預測，提高了煤層厚度解釋精度。基本原理是利用測井資料和地震數據建立煤厚—地震振幅對應關系，利用煤層反射地震振幅數據的連續性進行煤厚預測，可以較好地進行煤層厚度解釋。依據B10煤層的地震反射特征及反射波順層切邊圖，反演煤層厚度特征圖(圖8)，最終達到厚度預測的效果。

圖8 三維區B10煤層厚度定量解釋Fig.8 Quantitative interpretation of B10 coal seam thickness in 3D area

4 結論

(2)通過統計、研究沙吉海一號井田煤層厚度與反射波振幅的變化規律，利用煤層的反射波特征及反射波順層切片，反演煤層厚度的變化特征。