汤红伟

【摘 要】煤矿采区构造勘探的主要手段是三维地震勘探技术，在东部区域取得了巨大的成功。但对于地震地质条件较差的沙漠区效果不太理想。本文在对袁大滩井田三维地震勘探区地震地质条件分析的基础上，总结了野外数据采集的关键点；指出了数据处理与资料解释的关键技术；得到了较准确的地质成果。实践证明，在沙漠区进行三维地震勘探是可行的。

【关键词】沙漠；煤；三维地震勘探；反演

中图分类号： P631.4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）20-0174-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.20.077

【Abstract】The main method of structural exploration in coal mining areas is 3d seismic exploration technology， which has achieved great success in the eastern region. However， the effect is not ideal for desert areas with poor seismic and geological conditions. Based on the analysis of the seismic geological conditions in the three-dimensional seismic exploration area of yuandatang mine field， this paper summarizes the key points of field data acquisition. The key technologies of data processing and data interpretation are pointed out. More accurate geological results have been obtained. Practice has proved that it is feasible to carry out 3d seismic exploration in desert areas.

【Key words】Desert； Coal； 3D seismic； Inversion

1 概况

1.1 勘探区地形地貌

袁大滩三维地震勘探区位于陕北黄土高原北端，毛乌素沙漠东南缘。全区被第四系风积沙和风沙滩地所覆盖，以风蚀风积沙漠丘陵地貌为主。地表标高在1243m～1216m之间变化，一般为1206m左右。按地貌成因、地貌形态及组成物质，区内地貌单元可划分为沙丘沙地和风沙滩地两种。沙丘沙地约占全区面积的84%。总体以方向不一、大小不等、连绵起伏的呈链状或垄状沙丘为主，沙丘高度低者2～3m，一般10～20m（图1）。风沙滩约占全区面积的16%。

1.2 勘探区地质概况

勘探内地表全部被第四系松散沉积物覆盖。根据地质填图及钻孔揭露，地层由老至新依次为三叠系上统永坪组，侏罗系下统富县组、中统延安组、直罗组、安定组，白垩系下统洛河组，第四系中更新统离石组、上更新统萨拉乌苏组及全新统风积沙。

侏罗系中统延安组为区内含煤地层，钻孔控制厚度214.60～288.44m，平均243.47m。井田内第四系广泛分布，与下伏地层呈不整合接触，厚度23.80～128.18m。

区内共发育有2号、2下、3号、3-1、4-2、5号、7号、8号、9号共9层煤层，可采煤层为2号、3-1、4-2、5号煤层。2号煤层底板板标高838.8～880.69m，煤层厚度2.01～4.26m，；3-1煤层底板标高805.53～833.85m，煤层厚度0.7～0.84m；4-2煤层底板标高754.7～782.34m，煤层厚度1.49～2.07m；5号煤层底板标高715.03～744.47m，煤层厚度1.56～1.69m各煤层起伏形态基本一致，南高北低。

2 地震地质条件分析

2.1 表浅层地震地质条件

区内平缓低洼处潜水位为1.5～2.5m，随着沙丘高度的增加处潜水位深度逐步增加、潜水位最深为30m。潜水位的存在对地震波的激发较为有利，但临近区地震勘探激发时震动对房屋、羊圈、机井具有较强的破坏作用。这要求进行充分的井深与药量试验工作，确保地震波的激发能力，同时又不损害建筑物。同时沙质松软，对地震波的高频成分具有强烈的吸收衰减作用，不利于提高地震资料的分辨率。

2.2 中深层地震地质条件

煤層与其顶、底板岩层的波阻抗差异十分明显，是一个良好的波阻抗界面，煤层埋藏深度适中，能形成良好的煤层反射波，煤层较多，对断层视倾角判断较为有利；但上组煤层厚度较大，对下组煤层具有较强的遮蔽作用。

综合来说，本区地震地质条件较好。

3 资料采集

3.1 试验工作

3.1.1 低速带调查

用小折射的方法进行低速带的分布情况调查，为野外施工激发条件的选择和资料的处理提供参数。观测时使用24道接收，总长度146m，在第1道和第24道两处激发，每个点药量为2发雷管。经过计算，低速带速度为500m/s，降速带速度约为1600m/s，低速带厚度（潜水位深度）约为3m～18m、其厚度大小与地形相关。井深选择在潜水附近及潜水下5m进行。

3.1.2 激发条件试验

在不同潜水位深度的区域进行多个井深与药量的激发条件试验，下面以低洼处潜水位深度为3m处为说明。

（1）井深试验

以选用1kg药量单井井深分别为3m～12m进行试验，从试验记录看出井深3m、4m时不能看到有效目的层反射波，5m时能隐约看到煤层反射波的存在，但是背景干扰比较明显；6m、7m时可看到较明显的有效目的层反射波，但是面波及声波影响明显；井深8m时效果最好，初至清楚，远道能量强，信噪比高（图2、图3）。

综合多点试验情况，选择在潜水位下5m激发能获得理想的单炮记录。

（2）药量试验

选择井深为8m，药量分别为1.0kg、2kg、3kg进行药量试验。从试验记录看出药量1kg、2kg、3kg对于单炮记录的影响较小，激发能量足够，初至清楚，但是3kg药量的单炮记录较1kg单炮记录的频率低，因此选择1kg的震源药柱激发效果理想。

3.2 观测系统与数据采集

选择8线10炮制束状观测系统，接收总道数为8线×96道/线=768道、中点激发、接收道距10m、接收线距40m、叠加次数24次（横向4次，纵向6次）、CDP网格5m×10m、束线距200m。

在施工前对勘探区进行详细踏勘，尤其是對村庄等障碍物进行了周详测量，并标注在1：5000的图上，作为三维观测系统设计及施工时的必备资料。针对障碍物设计特殊观测系统，以便勘探区内障碍物影响范围内的资料获取，从而保证了覆盖次数分布的均匀性，炮检距分布的合理性以及方位角分布的合理性，最终实现全区地震野外数据的获取。

4 数据处理重要模块

4.1 初至折射静校正

由于受地形起伏、爆炸井深不一、风化层厚度和速度变化等因素的影响，使得地震波的反射时距曲线发生畸变，偏离双曲线形态，而静校正就是用来补偿高程变化、风化层厚度及风化层速度变化对地震波旅行时的影响，其目的是将地震资料校正到一个指定的基准面上，获得在一个平面上进行采集，且没有风化层或低速介质存在时的反射波到达时间。勘探区内折射波较为发育。经过对比试验以及以往沙漠区处理的经验，初至折射校正法是较好解决沙漠区静校正问题的方法。

4.2 地表一致性振幅补偿

在地震资料采集中，由于激发条件与接收条件不同常常会造成不同的炮间和不同的道间存在较大的能量差异。为了消除这种由于激发因素与接收因素不同所造成的能量差异，必须进行一定的能量校正和补偿。地表一致性振幅校正是针对因地表激发和接收条件不一致（也包括认为因素导致的不一致）造成的各个地震记录道间的能量不均衡，并通过对共炮点、共检波点、共偏移距、共中心点道集的振幅进行一致性统计分析和补偿，有效地消除各炮、道之间的非正常能量差异。经过地表一致性振幅补偿，能够基本消除由于地表条件、激发接收条件的空间变化对地震波振幅的影响，使得地震波振幅的空间变化，能够反映地下岩性的空间变化情况。

4.3 地表一致性反褶积

为了消除大地的滤波作用，拓宽频带，压缩地震子波，提高地震资料的纵向分辨率，反褶积方法很多如：脉冲单道反褶积、脉冲多道反褶积、预测反褶积、自适应反褶积、地表一致性反褶积等。经大量的测试对比后，选择了地表一致性预测反褶积。这种反褶积方法是基于地震子波可以被分解为共炮点、共接收点、共偏移距、共反射点等多种成份的思想，它不仅能压缩地震子波，而且能进一步消除地表条件的变化对地震波的振幅特性和相位特性的影响，同时对多次波也有压制作用。由于反褶积在提高分辨率的同时将会降低资料信噪比，所以处理时在保证资料信噪比的情况下再提高分辨率。

5 资料解释

5.1 反射波标定与层位追踪

利用测井资料制作的合成地震记录与井旁地震道比较，可以直观地分析地震时间剖面上的反射波所代表的地质意义。

根据地震资料在平面上主测线、联络线相交构成测网、形成时间域三维空间的特点，解释采用以垂直时间剖面为主、水平切片为辅的方法，在反射波的对比追踪中，运用波组、波系的关系，先选取本区连续性好的、能量强的、波形稳定的强相位进行追踪对比，然后采用主测线、联络线相交的交点互做闭合检查。

5.2 断层解释

断点解释是一个关键而复杂的问题，由正演得知，当地层正常时，时间剖面上反射波同相轴稳定、连续性好、没有畸变。若时间剖面上标准反射波同相轴发生错断、强相位转换、分叉合并、同相轴数目增多或者发生扭曲变形等则是识别断层的依据。

5.2.1 煤层厚度解释

地震反射波中包含极其丰富的地下地质信息，利用地震反射波可以用来进行煤层厚度的解释。波形振幅方法就是利用地震反射波的波形特征和振幅信息与煤厚的相关性来进行煤层厚度的横向预测。根据Windess的薄层理论，当薄层厚度小于1/4波长时，薄层反射波波峰与波谷视差近视为一个常数，而反射波振幅随薄层厚度呈准线性变化，即薄层的厚度信息包含在反射波振幅之中。本次运用反演方法取得煤层厚度变化趋势。波阻抗剖面能直观地反应煤层厚度，用Jason反演软件得到各煤层波阻抗值。提取过井处的某一时间某一范围内的波阻抗值（即厚度样点值），结合过井处的煤层厚度，拟合公式，求取煤层厚度（图4）。

6 地质成果

本次地震勘探查明了勘探区内主要煤层的起伏形态。共解释组合断层12条，对勘探区内主要煤层的厚度变化趋势进行了预测。

7 结论

（1）对应沙漠区域三维地震勘探来说，合理的激发参数选取是取得成功的基础。

（2）合理地组合运用资料处理模块，是获得质量较高地震数据体的关键；波阻抗反演技术是煤厚预测的合理方法。

（3）沙漠区地表情况下三维地震勘探是可行的。

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