三维地震勘探在山西晋城赵庄煤矿的研究与应用

郝 鹏 张广忠

(中煤科工集团 西安研究院，陕西 西安 710077)

0 引言

赵庄煤矿位于山西省高平市城北约20km处，行政区划隶属于高平市、长子县管辖。区内有太焦（太原至焦作）铁路从东部通过，高平至长治的新老公路从区内通过，交通较为方便。本次三维地震勘探面积为2.90km2。

1 勘探区地质概况

勘探区内以低山、丘陵为主，地形东西高中间低，北高南低。最高点在西北角，标高为1128.8m，最低点在南界中部，标高为936.0m，最大高差192.8m。多数地段标高在950～1050m左右，区内大部区域被黄土覆盖。地震勘探区内无大、中型断层发育。基本构造形态为走向NNE、倾向NWW的单斜构造。在此基础上发育了宽缓褶曲，煤层底板波状起伏，倾角一般小于10°。

区内地层发育正常，从老到新有：奥陶系马家沟组，石炭系本溪组、太原组，二叠系山西组、下石盒子组、上石盒子组和第四系松散沉积。

2 三维地震野外工作

2.1 地震试验工作

针对本区地表条件复杂、地质任务要求高、断层和陷落柱比较发育等几个技术难点，我们反复进行了野外施工方案和采集参数的试验，采用提高覆盖次数、组合井、以及在村庄附近采用灵活设计特殊观测系统等施工措施，有效地提高了野外资料的质量。在勘探区进行了试验，完成点试验3个，物理点54个；完成低速带调查4段，物理点8个；合计物理点62个（图1）。

图1 基岩内激发效果对比图

通过对上述试验资料的综合分析、对比，最后确定参数：黄土覆盖区采用人工轻便钻成孔，打到基岩面，井深大于3m时，单井激发，药量 1.5kg；井深 2.5～3m 时，双井组合，药量 1kg×2；井深 2～2.5m 时，双井组合，药量0.5kg×2；村庄、铁路等附近适当减少药量。采用空气压缩机钻机成孔，井深不小于2m，成孔深度要求达到基岩内0.5m以上，单井激发，药量1kg。使用空气压缩机钻机钻孔，单井激发，井深2m，药量1kg。采用3串线性组合，组内距1m。采用加拿大产ARIES遥测数字地震仪，低截频率选择0Hz，高频选择500Hz的宽频带接收方式，采样率1ms，记录长度1.0s；采用60Hz检波器接收。确定采用8线10炮制，道距10m，576道接收，中点激发。CDP网格5m×10m，叠加次数24次(横向4次，纵向6次)。

本次试验工作内容较为齐全，参数选用合理，工作方法正确，可以保证资料采集的完整性和质量，为确保本次三维地震勘探的地质任务奠定了基础。

2.2 野外资料采集

本次三维地震勘探要求控制地下有效面积约2.9km2。考虑到本区目的层深度适中、倾角较小等因素，地表控制约5.5km2，以确保全勘探区都得到有效控制。

本次共施工线束9束，施工物理点3092个，其中甲级品1566个 （50.65%），乙级品1517个（49.06%），废品 9个（0.29%）；另外有试验物理点54个，低速带调查8个，总物理点3154个，多出原勘探施工设计物理点104个。

3 三维地震资料处理

本次地震原始数据的处理使用了法国CGG公司的三维地震数据处理软件。针对本区地质任务要求高和地形条件复杂、断层和陷落柱发育等地质特点，确定了以下处理目标和要求：

3.1 地震资料处理中，做好静校正是非常关键的

这关系到后续资料处理的质量。因此，本次资料处理加强了静校正处理研究。选定全区统一的基准面。拾取各单炮经初至折射静校正后，通过多次迭代计算近地表模型，利用计算出的厚度、速度求出高速界面至基准面的静正量；处理中，选取了全区的统一基准面为1050m，低速层的速度为600 m/s，替换速度为3000 m/s。由于地表高程及地表低（降）速带厚度、速度存在横向差异，由此产生的地震波旅行时差会对信号的叠加效果产生一定的不利影响，致使反射波同相轴信噪比下降、频率降低。应用法国CGG处理软件包中的绿山软件，可以较好地消除短波长引起的时差变化，确保反射层信息的一致性，提高了叠加剖面的质量（图2）。

图2 静校正前后单炮对比分析图

3.2 针对不同的原始资料特点选用适当的反褶积方法和参数，可以起到提高信噪比和分辨率的作用

在本次三维地震资料处理中，我们经过多种模块和参数试验，选择了地表一致性反褶积方法，取得了较好的处理效果，同时反褶积后单炮记录的频谱范围变宽有利于提高资料的分辨率。

图3 反褶积前后的时间剖面对比

对处理提交的网度为5m×5m×1.5s的三维数据体依据规范有关评级要求对地震时间剖面进行质量评级。依据上述标准，对本次三维地震数据处理所获得的3#、15#煤层地震时间剖面按40×80 m的网格进行评级，结果如下：纵横剖面总长为：115370m。1、3#煤层：Ⅰ类剖面长度：101750m，占总剖面长度的88.19%；Ⅱ类剖面长度：10880m，占总剖面长度的9.43%；Ⅲ类剖面长度：2740 m，占总剖面长度的2.38%；2、15#煤层：Ⅰ类剖面长度：59990m，占总剖面长度的52.00%；Ⅱ类剖面长度：40390m，占总剖面长度的35.01%；Ⅲ类剖面长度：14990 m，占总剖面长度的12.99%；满足规范要求。

4 三维地震解释及地质成果

本次三维地震资料使用Geo-Frame4.5全三维解释系统进行解释，采用工作站解释和人工解释相结合，时间剖面、水平切片、面块切片解释相结合的思路和流程进行解释（图4）。

本次三维地震勘探查明了有效控制面积内落差≥5m的断层的性质、产状及延展长度。对落差3～5m的断点及勘探中遇到的疑点、不确定点作出解释。查明直径≥25m的陷落柱，查明3#煤层的底板起伏形态，控制15#煤层的底板起伏形态。比较丰富的三维地震地质成果为矿井开拓、采区设计提供了地质依据。

按照MT/T897-2000《煤炭煤层气地震勘探规范》的评级标准，按断层可靠程度分类：3煤层：可靠断层4条，较可靠断层5条，控制程度较差断层3条。15煤层：可靠断层7条，较可靠断层7条，控制程度较差断层4条。按照陷落柱的可靠程度分类：3煤层：可靠陷落柱11个，较可靠陷落柱3个，控制较差4个。15煤层：可靠陷落柱12个，较可靠陷落柱4个，控制较差8个。本次共解释断层25条，陷落柱24个（其中3煤层解释断层12条，陷落柱18个，15煤层断层18条，陷落柱24个，同时切割3、15煤层的断层有5条）。

图4 区内标准反射波

5 结论

本次三维地震勘探的观测系统设计及其参数选择和施工方法选择合理；资料处理认真仔细、处理流程设计合理，尤其为了消除地形的影响而在静校正时做了大量的工作，取得了较好的第一手资料；在资料解释过程中，采用人工解释与工作站人机联作解释相结合的方法，充分发挥了三维地震勘探的优势，得到了较为详细的地质信息，提高了本区的地质勘探精度，为矿井的采区划分、安全生产和巷道布局提供了较为可靠的地质依据。

［1］陆基孟，王永刚.地震勘探原理[M].北京：石油工业出版社，1993.

［2］李庆忠.走向精确勘探的道路：高分辨率地震勘探系统工程剖析[M].北京：石油工业出版社，1995.