复杂地表深部采区三维地震勘探技术∗

孙希杰王 静李淅龙叶树刚（.中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西省西安市,70077; .陕西省水工程勘察规划研究院,陕西省西安市,70003）



复杂地表深部采区三维地震勘探技术∗

孙希杰1王 静2李淅龙1叶树刚1
（1.中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西省西安市,710077; 2.陕西省水工程勘察规划研究院,陕西省西安市,710003）

摘要恒源煤矿深部采区进行三维地震勘探的主要难点为地表及地质构造复杂、煤层埋藏深且较薄、信噪比和分辨率低。针对以上难点,采取了优化观测系统、Klseis软件实时监测的设计措施,深井、小药量激发,村庄内检波点实测铺设的采集措施保证了覆盖次数的均匀合理。经精细处理及综合动态解释,取得了较显著的地质成果。

关键词煤炭资源 深部采区 三维地震勘探 复杂地质构造

恒源煤矿深部采区勘探程度较低,为保证煤矿正常连续开采,急需开展三维地震勘探,进一步查明地质构造及主要煤层赋存情况,为下一步矿井开拓和安全生产提供地质保障。

1　勘探区概况

1.1地表地貌

恒源煤矿地处淮北平原中部,区内地势平坦,总体为北东高南西低的微倾斜低平原地貌,地表标高为＋32 m左右。区内无基岩出露,均为巨厚新生界松散层覆盖。区内河沟、农用灌溉渠、村庄、苗圃以及蔬菜大棚基地等障碍物较多,且连片分布。

1.2地层

恒源煤矿位于淮北煤田中西部。根据本区钻孔揭露及邻近地质资料可知,地层自上而下有:新生界第四系和第三系（Q＋N）;二叠系上统石千峰组（P2sh）、上石盒子组（P2s）,下统下石盒子组（P1x）、山西组（P1s）;石炭系上统太原组（C3t）,中统本溪组（C2b）;奥陶系中统白土组（O2b）,下统马家沟组（O1m）、萧县组（O1x）。

1.3煤层

本区主要含煤地层为二叠纪地层,含煤3～13层,其中下石盒子组4＃煤层、山西组6＃煤层为本区主要可采煤层,也是本次勘探主要目的层,其埋深范围为750～1150 m。

2　地球物理特征

2.1地震地质条件

恒源煤矿全区为第四系松散冲积层所覆盖,潜水位5～7 m,表层多为砂质粘土,在松散层的含、隔水层之间,能形成多个反射波。本区主要目的层（4＃、6＃煤层）与围岩之间地震波的速度和密度差异较大,波阻抗差明显,形成了能量较强的反射波（T4波、T6波）。此两组反射波特征明显,波形稳定、连续性较好,是构造及煤层解释的依据。

2.2主要技术难点

（1）地表复杂。区内沟渠纵横,村庄密集,蔬菜大棚广布,加上横穿工区南部的王引河以及北部的工矿厂区,给地震勘探的测网布置和野外施工造成了很大的困难。

（2）地质构造较复杂。据已知资料,采区内分布多条断层,相互交错,区内大部分钻孔为斜孔,且孔斜较大,造成一定深度误差,可能会影响资料解释精度。

（3）煤层埋藏较深。目的煤层埋深750～1150 m,倾角8°～15°,造成偏移量较大。如果偏移速度不准,会造成归位和成像的偏差。

（4）煤层厚度较薄。4＃煤层平均厚度1.7 m, 6＃煤层平均厚度2.19 m,并且6＃煤层厚度横向变化较大,在采区中南部分布有6＃煤层冲刷区。

（5）低信噪比。由于深层地震记录抗干扰能力远低于浅层地震记录,并且受浅层多次波干扰严重,导致了深层地震记录的低信噪比。

（6）低分辨率。地震波向下传播中,经长时间吸收和衰减,其频率降低,工作频带宽度变窄。球面地震波波前在向深部的传播过程中,菲涅尔带半径成比例增大,造成深层地震反射波空间分辨率的降低,波形复杂,成像模糊。

3　技术对策

（1）针对勘探区内村庄、沟渠等障碍物众多以及主要目的层埋藏深等特点,经充分试验后,采用10线8炮制三维束状观测系统,中间激发。采用20 m×40 m的地面采样间隔,10 m×10 m的CDP网格,叠加次数为24次（横向4次,纵向6次）。观测系统的主要参数为接收道数为960道,接收线数为10条,接收道距为20 m,接收线距为40 m,排列长度为1900 m,束距为120 m,偏移距为120 m,炮点距为20 m和60 m,炮排距为160 m,最大非纵距为310 m,最大炮检距为1010 m。单井激发,井深为8～10 m,药量为2.0 kg（村庄附近采用深井、小药量）。采用加拿大Aries数字遥控地震仪,TEBS-60 HZ数字检波器接收,仪器参数选用采样间隔1 ms、记录长度1.5 s。

（2）结合地质任务,在野外提前踏勘、测量并充分了解工区地表、地球物理条件的基础上,利用Klseis软件做好设计参数改进,做好特殊观测系统设计,施工中实时监控质量。

（3）在保证安全的情况下,尽可能地将炮点布置在离村庄较近的位置,井深加大,药量减小;在检波点偏移范围控制在合理范围的情况下,村庄内尽量沿道路实测铺设检波点,减少空道空炮,保证覆盖次数。

（4）在整个资料处理过程中,始终以“三高”（高保真度、高分辨率、高信噪比）为目标,提高信噪比同时,兼顾提高煤层反射波分辨率。采用全三维处理技术,合理搭配、精选参数,对资料进行精细处理,从而保证清晰明确地反映实际地质情况。重点对高通滤波、地标一致性反褶积、反Q滤波、三维一步法偏移等模块进行测试。采用高通滤波对面波进行了较好地压制,提高了剖面的信噪比。在叠加前使用了地表一致性反褶积模块,叠加后又进行了反Q滤波频率补偿,使剖面低频干扰得到较好压制,有效波的主频和频宽都有了提高,并且增强了对薄煤层的分辨能力。采用三维一步偏移后剖面断点清晰,地质构造成像明朗,如图1所示,同一位置在叠加剖面上显示为蝴蝶结形状,而偏移剖面很明显可以看出为一向斜构造。

（5）采用人机交互,面、块、体结合的综合动态解释方法,对恒源煤矿深部4＃、6＃煤层埋深、构造进行了较为可靠的解释。采用常规纵横剖面结合优选多属性综合分析的方法对4＃、6＃煤层的厚度及6＃煤层的冲刷带分布范围进行了预测,预测结果如图2所示,冲刷带在时间剖面中表现为同相轴的缺失与中断,而在属性切片中表现为高属性值区域。

图1　叠加与偏移时间剖面对比图

4　地质成果

本次恒源煤矿深部采区采用三维地震勘探,通过合理施工、严控质量取得了高品质的野外资料;经资料处理获得了高信噪比、高分辨率的三维数据体;经对地震数据解释取得了丰富的地质成果。

（1）全区共解释断层113条,包括新发现断层105条,修正断层8条。其中MK断层、F16及F17断层发生了很大变化,原精查成果中MK断层延展范围为贯穿全区,本次解释后修正为从区南部延展至中部后尖灭,且MK断层具有典型的落差上小下大、上窄下宽的特征,见图3;原精查成果中F16、F17断层走向为NNE向,延伸至区外,本次解释后修正为F16、F17、F17－1及F17－2断层组成的一NE走向断层组,见图4,F16断层并未延伸出勘探区,而是延展超过100 m后尖灭,并发育有支断层F16－1。

图2　冲刷带地震反映特征

图3　MK断层时间剖面反映特征

图4　F16、F7、F17－1、F17－2断层时间剖面反映特征

（2）在勘探区中南部对原精查结果圈定的6＃煤层冲刷带范围进行了修正,面积为0.56 km2,见图5。

图5　煤层冲刷带勘探前后范围示意图

（3）对X2孔可靠性提出疑议。从时间剖面可看出4＃煤层总体形态为一由X1孔向X2孔倾斜的单斜,见图6,而实际获得的钻孔资料为X1孔4＃煤层底板标高－883.38 m,X2孔4＃煤层底板标高－877.62 m,即X2孔底板比X1孔浅,与时间剖面矛盾,故此提出疑议。

（4）本次三维地震勘探解释成果与后期14－1钻孔揭露情况对比,发现误差率很低。三维地震解释底板标高为－1023 m,钻孔揭露标高为－1027 m,误差为－4 m,误差率仅为－0.38%,由此看出三维地震勘探成果精度较高。

图6　X1、X2钻孔在时间剖面上的反映

5　结论

我国东部煤矿已经逐渐进入深部开采阶段,而这些地区勘探程度较低、地表复杂、煤层埋藏较深等特点对煤炭持续高效开采带来了较大困难。恒源煤矿深部采区通过采用三维地震勘探技术,短时间内用较低的费用查明了勘探区内4＃、6＃煤层整体构造及赋存形态,对恒源煤矿深部采区安全高效开采具有重要的指导意义。

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［5］王琦,董守华.淮北矿区深部煤炭资源高精度地震勘探技术探讨［A］.煤矿深部开采地质保障技术研究与应用［C］.徐州:中国矿业大学出版社,2008

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（责任编辑郭东芝）

3D seismic exploration technology in deep mining area under complicated ground surface

Sun Xijie1,Wang Jing2,Li Xilong1,Ye Shugang1
（1.Xi＇an Research Institute of China Coal Technology& Engineering Group Co.,Ltd., Xi＇an,Shaanxi 710077,China; 2.Shaanxi Water Engineering Survey and Planning Institute,Xi＇an,Shaanxi 710003,China）

AbstractThe complicated ground surface and geologic structure,deep and thin coal seam, low signal to noise ratio and resolution ratio were the main difficulties of 3D seismic exploration in deep mining area of Hengyuan Coal Mine.Aiming at above difficulties,observing system optimization and real-time monitoring by Klseis software were adopted as designing measures,drilling and small dosage stimulating and actual measurement of detection points in the villages were adopted as data collection methods to ensure the uniform and reasonable of coverage times.By precise processing and comprehensive dynamic interpretation,remarkable geology results were achieved.

Key wordscoal resources,deep mining area,3D seismic exploration,complicated geologic structure

作者简介:孙希杰（1986－）,男,山东龙口人,助理研究员,硕士研究生,主要从事煤田地震勘探及煤田地质工作。

基金项目:∗中煤科工集团西安研究院有限公司2015年度科技创新基金重点项目（2015XAYZD12）

中图分类号P631

文献标识码A