砾石层覆盖区煤田高精度三维地震勘探技术在张家口蔚县单侯井田的应用

陈红恩

中国煤炭地质总局水文物测队，河北邯郸，056001

砾石层覆盖区煤田高精度三维地震勘探技术在张家口蔚县单侯井田的应用

陈红恩*

中国煤炭地质总局水文物测队，河北邯郸，056001

以张家口蔚县单侯井田三维地震勘探为例，在松散厚砾石层覆盖区使用可控震源组合激发进行三维地震勘探，获得了较高质量的原始资料。地震资料经精细处理及三维多属性地质解释，断层的断点清晰、自然，煤层缺失区反射波特征明显，褶曲（向斜、背斜）显示明显。在使用炸药震源难以取得较好地质成果的厚砾石层覆盖区，使用可控震源组合激发取得了较满意的地质成果。

砾石层覆盖区 三维地震 可控震源

张家口蔚县单侯井田属山前平原，工作区内相对高差约50m，地表被新生界松散地层所覆盖，深切NW向“V”型冲沟较发育，深度一般为15～20m。区内所揭露地层由老至新为：古生界寒武系上统（∈3）、奥陶系下统（O1）、中生界侏罗系下～中统下花园组（J1－2x）、中统髫髻山组（J2t）、后城组（J2h）、新生界第四系下更新统泥河湾组（Q1）、上更新统马兰组（Q3）及全新统（Q4）。第四系（Q）：为砂砾石、亚砂土、粘土、卵石、卵石质粘土、含砾粘土、含卵石亚砂土等，厚度为100～215m。

井田含煤地层为中生界侏罗系下—中统下花园组（J1－2x），井田内含可采和局部可采煤层共8层，自下而上分别为1、1-1、4、5、5-1、6、6-1、7煤层，主要可采煤层有：1煤、5煤、6煤。区内及附近钻孔揭露的煤层厚度：1煤层平均厚

3.16m，5煤层平均厚0.9m，6煤层平均厚2.04m ，7煤层平均厚0.59m。1煤底板至奥陶系灰岩顶界面的距离平均为5.6m，1煤缺失时，5煤底板至奥陶系灰岩顶界面的距离平均为16.14m。

根据单侯井田第四系松散砾石层的浅层地震地质条件，又考虑在本区使用炸药震源不能取得比较理想的地震原始资料（经试验），需使用可控震源车组合激发。根据可控震源施工的特点进行观测系统设计，选择可控震源参数，进行针对性数据处理和资料解释，以提高砾石层覆盖区煤田高精度三维地震勘探技术在本区的应用效果。

1 厚砾石层覆盖区煤田高精度三维地震勘探技术

砾石层覆盖区三维地震勘探主要受浅层地震地质条件影响，地震波在传播过程中会衰减，地层的吸收造成地震波的衰减，地震波的几何扩散、透射、反射、散射等也会造成地震波的衰减。地震波的衰减主要表现为地震波振幅逐渐减小、地震波的高频成分逐渐消失。岩石的吸收系数与岩石性质有关，还和地震波的频率有关，松散岩石一般比致密岩石的吸收系数大；对某一种岩石在相同的频率下，吸收系数为常数，吸收系数大小与频率有关，地震波频率越高，岩石的吸收系数越大。近地表的松散砾石层中，孔隙率高，介质密度低，吸收系数大，地震波在松散砾石层中衰减快。

在陆地进行地震勘探，常使用炸药震源。在松散砾石层覆盖区，地震钻井（成井）困难，或能钻进到预设的激发层位但炸药下不到预设的激发条件较好的激发层位。炸药在松散砾石层中爆炸时，爆炸能量大部分被松散的岩层所吸收，转化为有效波的弹性能量不大，能量不强的有效波在松散砾石层中传播时又快速衰减。增大有效波能量的两个途径：一是增大振幅，如加大药量，但炸药量的加大是受一定限制的；二是增大信号的延续时间，但增大信号的延续时间又降低了分辨能力。总之，在厚砾石层覆盖区使用炸药震源难以取得比较理想的地震原始资料。

根据相关分析原理，使用可控震源向地下输入一个延续时间很长的脉冲信号，在最后记录时把它压缩成一个短脉冲，从而既增强了信号的能量，又不降低分辨能力。在使用炸药震源不能取得比较理想的地震原始资料时考虑使用可控震源车组合激发，以取得在厚砾石层覆盖区进行煤田高精度三维地震勘探的较好效果。

可控震源的优点：①可控震源选择最适于地层传播的频带作为扫描的频带，震源的能量能够发挥最大的效果。②可控震源冲击地面的力量一般为十几吨，对岩石的破坏较小，大部分能量用于产生弹性波。③可控震源系统采用了相关技术【1】，可避免许多干扰，抗干扰能力强，提高资料信噪比。

1.1 三维地震观测系统设计

使用可控震源车组合激发，可控震源车直行容易，调头用时间多。采用可控震源车进行三维地震勘探时，用多检波线、多炮线的束状观测系统，按线束施工有利于提高效率。

采用12线12炮规则束状观测系统，中间放炮，CMP网格为10m×10m，叠加次数24次（横向Ny=6，纵向Nx=4），每条线33道接收。

1.2 可控震源参数

可控震源参数有扫描频宽（扫描信号的起始和终了频率）、震动台数、扫描长度、振动次数、驱动电平。

适当提高扫描信号的终了频率有利于提高分辨率，增加震动台数、扫描长度、振动次数、驱动电平幅度有利于增强反射波能量但会影响分辨率。煤田三维地震勘探区煤层埋藏不深，一般为几百米，2台可控震源车组合激发能量足够，在能量够强时尽量减少扫描长度、振动次数。

按单一因素变化的原则试验了扫描频宽：20～80Hz 、20～104Hz；扫描长度：12s、14s；震动台次：2台×6次、2台×8次、2台×10次、2台×12次；驱动电平试验为60%、80%。

确定的可控震源参数：扫描频宽20～104Hz，扫描长度12s，震动台次2台×8次，驱动电平80%。

1.3 数据采集、资料处理、解释

采用确定的可控震源参数。60Hz检波器4只（2串2并）点式接收，仪器因素为采样率1ms、记录长度1s、前放增益12dB。检波器点式接收、较小的时间采样率，有利于进行高分辨地震勘探。采取做好两台震源车的一致性检测工作，并时刻注意两台震源车的一致性，震源车的震板与地面大面积接触并藕合良好等技术措施，取得的原始资料质量较好，初至波清晰，目的层反射波清楚。

本区资料的处理坚持“三高（高信噪比、高保真度、高分辨率）”的原则，在保证信噪比的基础上，提高分辨率。强化叠前处理，重点做好静校正及全力压制各种噪声，做好预处理、反褶积、精细速度分析和剩余静校正、DMO叠加、全三维偏移等工作。获得的三维数据体成像效果较好，构造清晰、自然，波组关系合理，波组特征明显，反射波连续性好，信噪比高。主要目的层反射波:7煤层薄，反射波T7能量弱、连续性差；6煤层较厚，反射波T6能量强、连续性好；5煤层薄，反射波T5能量弱、连续性差，1煤缺失时T5波为5煤和奥陶系灰岩顶界面形成的复合波；1煤层较厚，反射波T1为1煤和奥陶系灰岩顶界面形成的复合波，能量强、连续性好；T1波下面的反射波可能为奥陶系灰岩的未风化灰岩的顶界面形成的。见图1，典型时间剖面（蔚66孔：7煤厚0.55m、6煤厚2.73m、5煤厚0.55m、1煤厚3.27m，1煤底至O1顶2.47m、5煤底至1煤底31.95 m、6煤底至5煤底25.58 m、7煤底至6煤底25.74 m）。

对三维数据体进行了综合精细解释（图2～4)。

图1 典型时间剖面Fig.1 Typical time section

图2 5煤缺失的显示Fig.2 No.5 coal bed lacunae

2 结论

根据单侯井田第四系松散砾石层的浅层地震地质条件，使用2台可控震源车组合激发，根据可控震源施工的特点进行观测系统设计，选择可控震源参数，进行针对性数据处理和资料解释，获得的三维数据体成像效果较好，波组关系合理，波组特征明显，反射波连续性好，信噪比高，断层的断点清晰、自然，煤层缺失区反射波特征明显、褶曲（向斜、背斜）显示明显。砾石层覆盖区煤田高精度三维地震勘探技术在本区的应用获得了较好勘探效果。

图3 18-8孔东背斜的显示Fig.3 Eastern anticline of No. 18-8 bore

图4 小断层（逆断层）的显示Fig.4 Reverse fault

文章写作过程中还参考了陆基孟的《地震勘探原理》（东营：中国石油大学出版社，2006）；陈红恩，韩爱英，朱红，成润根等，开滦（集团)蔚州矿业有限责任公司单侯矿井首采区西南翼（Ⅰ块）高分辨率三维地震及瞬变电磁勘探报告（地震部分，河北邯郸：中国煤炭地质总局水文物测队，2008，内部文献）。

1董敏煜. 地震信号分析[M]. 东营：石油大学出版社，1990

APPLICATION OF GRAVEL LAYER COVERING AREA COALFIELD 3D SEISMIC EXPLORATION TECHNIQUE
IN ZHANGJIAKOU YUXIAN DANHOU MINE

Chen Hongen

Hydrogeological Prospecting and Surveying Team，CNACG，Handan，Hebei ，056001，China

Three-dimensional seismic exploration in Zhangjiakou Yuxian Danhou mine as an example， using vibroseis combination of excitation of 3D seismic exploration in loose covering area of thick gravel，gained a higher quality of the original data. Seismic data by the fine processing and 3D multi attribute geological interpretation， fault clear breakpoint， natural， the coal seam missing area of reflection wave characteristics，fold （ anticline syncline) showing obvious . using dynamite source can not obtain better geological results in loose covering area of thick gravel，using vibroseis combination of excitation obtained better geological results.

gravel layer covering area，3D seismic，vibroseis

P631.4

A

1006–5296（2011）03–0189–04

陈红恩（1966～），男，地球物理探专业，高级工程师

2011-03-12；改回日期：2011-07-26