三维地震勘探方法在某煤矿区中的应用

井然 方啸 郭磊

摘 要：煤矿采区中三维地震勘探方法通过探明井田的浅层地震地质条件和深层地震地质条件，进而查明井田勘探区的地质构造形态和特征，地层产状及其变化情况，三维地震勘探方法对地层重要构造断裂和褶曲等有较好的反映，对井田采区前期开采、巷道布置、煤矿储量计算有着重要意义。以实例简要介绍三维地震勘探在某煤矿中的应用，通过一系列良好的前期试验准备工作、严格的施工标准和要求、保真求實的资料处理手段以及严谨的资料解释流程来解决煤矿开采过程中所遇到的断层、褶曲等问题。

关键词：三维地震勘探 断层 褶曲 煤矿开采

中图分类号：P631 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（b）-0095-02

勘探区位于阴山余脉南支与洪寿山脉两大山系所夹的山间谷底中，冲沟发育，地形支离破碎，倾斜台地呈环状或珑状，倾向于十里河床，地势东高西低最大相对高差184.20 m。

1 地质任务

（1）探明井田首采区的浅层地震地质条件和深层地震地质条件，查明井田勘探区的地质构造形态和特征，地层产状及其变化情况。

（2）查明勘探区内主要煤层落差大于8m的断层。

（3）查明勘探区内主要煤层直径大于30m的陷落柱。

（4）查明勘探区内规模大于30m的煤层中的火成岩侵入体。

（5）提交勘探区主要可采煤层底板等高线图，深度标高误差不大于1.5%.

（6）查明可采煤层层位，探测可采煤层的连续性，解释先期采区内主要可采煤层厚度变化趋势。

2 地球物理特征

勘探区地貌为低山丘陵地形，为黄土丘陵地貌，地形起伏不大，冲沟发育。个别地段存在厂矿、村庄等障碍物，对野外采集造成不利影响。浅层基本为较薄的土壤、黄土层、河流冲积层或者为砂、泥岩，激发条件较差。个别地段砾石层发育，成孔激发比较困难。所以表、浅层地震地质条件较复杂。

本区勘探主要目的层为5号煤层、8号煤层，分别对应地震反射波T5波、T8波。

T5波：对应的5号煤层为太原组最厚一层煤，赋存条件较好，属稳定煤层，煤层厚度7.15～12.72 m，平均11.09 m。煤层与围岩波阻抗差异明显，煤层顶、底板岩性主要为泥岩、砂岩，与煤层的物性差异较大，有利于得到较好的反射波，T5波可以全区连续可靠追踪。

T8波：产生于8号煤层，8号煤层为太原组底部的一层局部可采煤层，上距5号煤层27.10～36.87 m，平均29.21 m，下距K2标志层9.27～17.75 m，平均12.22 m，含0～1层夹矸，夹矸岩性一般为泥岩。煤层厚0～2.32 m，平均0.79 m。属局部赋存不稳定不可采煤层。局部8号煤层与围岩波阻抗差异明显，可产生较好的反射波。

3 试验工作

为了取得最佳激发、接收参数，根据测区地质情况，考虑全区表浅层地震地质条件，点试验在全区特点布置，对所取得的试验资料使用KLSeis定量分析，各种试验记录综合对比，从能量、信噪比、分辨率、有效波受干扰程度及经济效益综合考虑，取得最优参数：井深：由于土层厚度不均，激发层位变化较大，因此在不同地区采用不同的激发井深：全区激发井深以基岩为最佳，若黄土层较厚则选择在红粘土层中激发（区内红粘土一般分布在12 m左右）；黄土层厚且未见红粘土层时原则上井深不低于15 m；沟底砾石层尽量变观移孔，否则采取井深2～3 m、三井组合激发。

药量：黄土层3 kg、红粘土层2 kg、沟底砾石层1～1.5 kg、三井组合。高速固体成型炸药TNT。

4 观测系统选择

基本垂直地层走向布置测线，观测系统选择八线八炮束状观测测系统，检波器采用100道（10 m道距）对称中间放炮，激发能量较为集中，覆盖次数为20次。

4.1 采集方法

根据地质任务要求及试验结论，针对地震地质条件特点，测线基本垂直地层走向布设，采用常规束状八线八炮制观测系统，在保证满覆盖次数均匀分布的同时，又能获得高信噪比及分辨率的资料。

对影响覆盖次数的地段，采用恢复性放炮、加密炮孔等技术措施予以弥补。

4.2 施工主要参数

原始资料记录质量依照部颁《煤田煤层气地震勘探规范》（MT/T897-2000）进行评定验收，满足《煤田煤层气地震勘探规范》及合同要求，质量良好。

5 资料处理主要技术措施步骤

5.1 主要处理技术措施

主要包括：（1）三维数据空间属性定义；（2）真振幅恢复；（3）道编辑；（4）高通滤波；（5）野外静校正；（6）反褶积；（7）速度分析；（8）自动剩余静校正；（9）DMO叠加；（10）随机噪音衰减。

本次资料处理采用先进的处理软件，本着“高分辨率、高保真度、高信噪比”的原则，经过精细处理后的资料在运动学和动力学两个方面都取得了满意的结果，最终取得了网格密度为5 m×5 m×1.0 ms的高精度三维数据体。

5.2 处理成果质量评价

5.2.1 覆盖次数比较均匀

勘探区内大部分块段能达到设计要求覆盖次数，个别块段由于受村庄、浍河的影响，覆盖次数相对减少，但通过利用变观等手段进行了有效弥补，区内无空白带。

5.2.2 时间剖面质量高

该区资料处理分析详细、全面，测试充分，选择的处理流程和处理参数比较合理，最终获得的偏移时间剖面整体品质较好。该区按40 m×80 m网度进行时间剖面质量评级，质量评级按国家煤炭工业局《煤炭煤层气地震勘探规范》（MT/T897-2000）进行评定，其标准为：

Ⅰ类剖面：目的层齐全，同相轴连续性好，信噪比高，构造现象清楚，真实地反映了测线上的地质情况。

Ⅱ类剖面：凡达不到Ⅰ类，又不是Ⅲ类剖面者。

Ⅲ类剖面：剖面信噪比低，主要目的层未显示出来，构造现象不清楚。

全区时间剖面总计316.08 km，按上述标准评价结果如下：

Ⅰ类剖面：197.64 km，占62.53%

Ⅱ类剖面：82.56 km， 占26.12%

Ⅲ類剖面：35.88 km， 占11.35%

Ⅰ+Ⅱ类剖面：280.20 km，占88.65%

5.2.3 时间剖面信噪比、分辨率高，空间归位准确

时间剖面整体质量良好，反射波组分辨率、信噪比高，深浅层次分明，构造现象明显，空间归位准确，小断点清晰。

资料能真实地反映地下地质构造形态，能够满足本次三维地震勘探解释要求。

6 资料解释方法和步骤

6.1 搜集用于解释的基础资料

偏移后的三维地震数据体、方差体处理数据体、相关地质资料。

6.2 确定地震地质层位

利用甲方提供的地形地质图与5、8号煤层底板等高线图计算出5、8号煤层埋深，利用叠加速度估算时深转换速度推算出T5、T8波在时间剖面上的对应时间，以此标定主要反射波对应的地质层位。

6.3 标准反射波的选择

将时间剖面上能量强、信噪比高、连续性好、地震地质层位明确的反射波定为标准反射波，它是地震地质解释的主要依据。本区T5、T8波可作为标准反射波。

6.4 地质资料解释

充分运用方差体异常特征，首先进行全区方差体分析，获得反映全区构造异常平面分布，建立测区构造框架。

在三维地震时间剖面上层位标定后，根据时间剖面上有效波的同相轴、波形波组特征、振幅强度、时差等，充分利用解释系统的局部放大及显示功能，对资料进行反复多次对比。在正确识别上述地震波的基础上，应用波的运动学和动力学特征，按20 m×20 m网格，进行相位对比和波组波系对比，局部复杂块断网格加密到10 m×10 m。

在终端屏幕上把断层两侧的波形放大，以便细致地研究断层的性质和断距。垂直剖面和水平切片相结合参考解释，在水平切片和垂直剖面上以强振幅的错断、扭曲、突然中断来判别断层；任意切割时间剖面，可以检查相位追踪和断面闭合关系；利用方差体剖面和水平切片判别断层及其空间展布和其它异常体的存在；利用三维可视化，帮助确定煤系地层的整体形态，利用振幅投影了解煤层变化情况；同时辅助地震时间剖面进行层位判定及构造特征研究。

6.5 速度标定

地震波在地下沿路径的传播速度是地震资料解释中至关重要的参数，速度选择正确与否，直接影响到地震地质成果的精度。采集的原始资料煤层反射波对应时间是自地表至煤层的双程时间，而资料处理时将时间值通过增加填充层（填充层速度2500 ms）校正到统一基准面（1420 m），所以在速度标定时必须将处理中进行高程校正的填充时间减去，才能求取正确的标定速度。

7 地质成果分析

煤系地层在勘探区东部比较平缓，倾角在1°～9°。西部煤层构造复杂，煤系地层产状变化大，倾角在1°～15°左右。勘探区东部发育一个轴部东西走向宽缓背斜S1，两翼倾角3°～9°，西部北西向向斜轴部断裂构造发育，两翼产状受断层影响，变化较大。

地震成果资料共解释断点799个，其中A级断点435个，B级断点215个，C级断点149个，共组合断层57条，其中保留修改断层1条（原来的DFC1），新发现断层56条。按断层性质分类，其中正断层56条，逆断层1条。按落差分类，0～8m断层18条，8～20m断层19条，20～50m断层16条，大于50m断层4条。按可靠程度分，可靠断层49条，较可靠断层8条。另外解释0～5m断层10条，不参与评价。

8 结语

本次三维地震勘探施工设计合理，野外施工规范，试验工作充分，技术措施得当，质量管理严格，原始资料真实可靠。处理工作针对该区实际情况，采用了野外静校正、二次剩余静校正和三次速度分析，DMO之前进行了能量调整等一系列措施，较好的解决了由于野外采集条件及煤层实际地质条件影响而造成的一系列问题。使用Geoframe软件进行全三维资料解释，通过做方差体切片了解全区构造特点，确定测区构造方案，再利用垂直时间剖面结合水平时间切片、三维可视化等按一定网格由疏到密进行反复解释，整个流程方法正确，工作细致，成果可信。

参考文献

[1]陆基孟.地震勘探原理[M].北京：中国石油大学出版社，1993.

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[4]王振东：浅层地震勘探应用技术[M].北京：地质出版社，1988.