高精度三维地震勘探在山西晋城矿区的应用

印海南

(山西省忻州市煤炭设计研究院,山西省忻州市,034000)

高精度三维地震勘探在山西晋城矿区的应用

印海南

(山西省忻州市煤炭设计研究院,山西省忻州市,034000)

以山西晋城矿区为例,针对山区存在的复杂浅表层地震地质条件,进行了高精度三维地震勘探,通过高密度数据采集,引进一些新的处理和解释方法,以提高断层、陷落柱等构造的预测准确率。

三维地震勘探 复杂山区 高精度 应用效果

1 研究区概况

晋城矿区位于沁水煤田南部,太行山南端西侧。地貌属典型的侵蚀山地,区内沟谷发育,地形复杂,最大相对高差400 m。含煤地层为石炭-二叠系,其中:山西组可采煤层1层(3#);太原组稳定可采煤层1层(15#)。3#煤层厚度 5.68～7.20 m,平均6.50 m;15#煤层厚度2.40～4.05 m,平均2.75 m。3#煤层距15#煤层70～90 m,沉积稳定。构造走向北东,地层较平缓,倾角2～15°,一般在10°以内。本区表浅层地震地质条件复杂,深层地震地质条件较好。

2 资料采集

2.1 观测系统

根据三维地震勘探的特点,结合本区煤层埋深300～550 m的特点和构造特征,采用中点放炮、24次覆盖的8线16炮束状观测系统,采用每条检波线单边30道、双边共60道接收,偏移距60 m,以满足最大炮检距的要求。

为了同以往在本区进行的三维地震勘探进行效果对比,本次勘探设计了24次的高叠加次数,5 m×5 m面元的高密度采集。在进行数据处理时可以获得多个数据体。如:12次叠加、16次叠加、5 m×10 m面元、10 m×10 m面元、2.5 m×2.5 m面元等不同数据体,可以进行多方面的解释对比工作。

2.2 仪器及仪器因素

三维地震勘探采用408UL型数字地震仪;采样间隔0.5 ms,记录长度1.5 s,前放增益12 db;检波器采用120串,自然频率60 Hz,3个一组串联组合接收。

2.3 施工方法

为取得高信噪比原始资料,针对不同的浅表层条件,需要选择经济、高效的成孔工具。

根据本区地形及浅表层地震地质条件,在基岩出露地段采用空压机配风镐成孔;黄土覆盖地段采用山地钻,部分采用洛阳铲;坡积物地段采用山地钻。通过试验确定了本次采集因素。

(1)激发井深。

黄土、坡积物覆盖区:由于山区地形复杂,而且地表岩性多变,特别是厚黄土和厚坡积物的地段,低速层或低速带很难确定,因此激发层位的局部变化(低速带的变化)异常激烈。无论深井或是浅井,只有在未风化基岩内部激发,才可取得高信噪比资料。含砾石的厚黄土试验记录见图1。为保证激发岩性,采用山地钻成孔或洛阳铲(黄土成孔容易区段)至基岩面内1 m,闷井激发。

基岩出露区:在所有基岩试验点,不同的井深均可获得T3反射波,井浅时面波、声波干扰大,为此,在基岩出露区,井深不得小于4 m,闷井激发。

图1 含砾石的厚黄土试验记录

(2)单井的激发药量1 kg。

(3)为保证激发岩性和震源的一致性,所有激发岩性均在未风化基岩高速层中,均采用了地震勘探专用梯恩梯(TNT)炸药(成型炸药)震源药柱。在炮井下药后,用细粘土回填埋井,木棍捣实,进行闷井,然后在井口埋沙袋压井。通过该方法可以提高地震波下传的能量,从而提高反射波能量。同时减少了面波和井口声波的干扰,保证近道的反射波信息。

在厚黄土和坡积物中成孔时,遇到大的砾石块,为了成孔到基岩内,采用山地钻的取芯钻头,将砾石块打穿,用取芯管将砾石取出,最多时可取出10多层砾石。当山地钻泥浆为褐红、紫红色,并含有大量上石盒子组风化岩石碎屑及泥沙,据此可推断成孔到了基岩面附近;同时为了检验激发岩性是否到了基岩内部,也用取芯钻头将岩芯取出,检验是否到了基岩内部。在图1中,井深6 m时打穿3层砾石层,井深10 m时打穿6层砾石层,井深15 m时到达基岩内,很明显在基岩内激发时,反射波信噪比很高。

3 资料处理和解释

3.1 资料处理

在资料处理中,坚持三高原则,以高精度静校正为重点,进行了多种静校正方法比较。以叠前反褶积为中心,进行了多种反褶积方法的测试对比,来提高资料的信噪比和分辨率。以速度分析为关键,进行高精度速度分析和研究,速度分析与剩余静较正进行多次迭代,获得更准确的叠加速度。同时引进叠前偏移技术对资料进行了叠前和叠后偏移处理对比,进一步提高了资料的准确性和可靠性。并且获得了不同叠加次数和不同面元大小的多个数据体,丰富了成果资料。

3.2 资料解释

资料解释就是把地震资料处理成果用地质语言进行表达和描述,将其转换为地质成果。本次解释工作在 Sun Blade2000工作站的 GEOQUEST V3.8版本系统上完成。

首先在20 m×20 m时间剖面的网格上对数据体作初步解释,以主要反射波所对应的地质层位,了解本区的构造形态及展布规律,从而形成一个宏观的煤层空间形态和构造框架。

然后,将解释网格加密为10 m×10 m作详细解释,通过人机联作,利用纵横及任意方向剖面、水平切片、层拉平显示等常规处理成果资料,同时结合方差体时间剖面、平面、顺层切片互相对比,互相验证,从多角度来综合各方面信息及其异常,进行目的层诸如地层形态、断层、陷落柱等各类地质现象的解释,最终完成地震资料的精确地质解释工作。

最后,在纵、横时间剖面、任意方向时间剖面、负极性时间剖面、双极性时间剖面、变密度时间剖面及由三维地震数据体计算产生的三维属性数据体(如瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率、或声阻抗(反演数据体)、相干数据体、方差数据体等)的时间剖面上综合分析,进行断层和陷落柱的大小、位置对比,判别断层和陷落柱的空间位置和平面组合关系。

4 应用效果分析

(1)观测系统的选择:高叠加次数和5 m×5m小面元较好,可提高小构造的解释精度;应尽量宽方位角采集,最大排列长度约等于主要目的层埋深。

(2)野外资料的采集:进行详尽的调查,掌握浅层地震地质条件;进行全面、充分的试验,了解不同地段的井深。根据地形及浅层岩性选择成孔工具,尽量保持激发岩性一致。采用闷井等措施来压制声波和面波对近道的干扰。检波器以3个串联组合,同坑埋置接收。

(3)资料处理:由于地表起伏较大,表浅层结构复杂,在一些地形变化剧烈的地方,层析静校正明显好于初至折射静校正;进行多种反褶积方法测试来提高分辨率;速度分析与剩余静较的多次迭代分析,获得最好的叠加剖面。叠前时间偏移方法自身叠代的过程也使最终得到的速度场比叠后时间偏移方法精度高,有利于提高构造解释精度。叠前和叠后偏移部面对比见图2。

图2 叠前和叠后偏移剖面对比

(4)资料解释:充分利用工作站的解释手段,采用全三维解释技术,分析多种地震信息,防止产生假构造、假异常。

5 结论

本次勘探工作针对复杂浅表层地震地质条件,为达到在高速层中激发,选择了适合不同地段的成孔工具,获得了高信噪比原始资料。经处理后获得的时间剖面信噪比高,小构造反映清晰,共查明煤层中直径大于25 m的陷落柱31个,直径小于25 m的陷落柱3个,最小陷落柱为20 m×15 m;查明落差小于5 m的断层9条,提高了三维地震勘探在复杂山区的解释精度,对以后复杂山区三维地震勘探野外资料采集有很好的借鉴作用。

通过本次小面元,高叠加次数,叠前偏移和高精度静较正等方法和技术的应用,利用高精度三维地震勘探为煤矿查明了断层、陷落柱、褶曲等影响煤矿安全生产的隐伏构造,为煤矿生产设计提供了科学依据。

[1]杨晓东等.晋城蓝焰煤业有限公司成庄矿高精度三维地震勘探研究报告[R].山西晋中:山西省煤炭地质物探测绘院,2007(7)

(责任编辑 张艳华)

Application of high precision three-dimensional earthquake exploration in shanxi jinchengmining area

Yin Hainan
(Xinzhou Coal Mine Design and Research Institute,Xinzhou,Shanxi 034000,China)

Take Shanxi Jinchengmining area as an example,aiming at the existing complicated shallow surface soil earthquake geological condition in the mountain area,high precision threedimensional earthquake exploration is made.Through high consistency data collection,some new dealing and explaining methods are introduced to improve forecasting precision on faultage,collapse etc.

three-dimensional earthquake exploration,complicated mountain area,high precision,application result

P631.4

B

印海南(1966-),男,山西忻州人,2009年太原理工大学在读工程硕士研究生,工程师,从事煤田地质勘探工作。