可控震源技术在煤田勘探中的应用

2016-09-18庞丽娟

西部探矿工程 2016年8期

关键词：煤田震源信噪比

庞丽娟，胡　鹏

（山西省煤炭地质115勘查院，山西大同037003）

可控震源技术在煤田勘探中的应用

庞丽娟*，胡鹏

（山西省煤炭地质115勘查院，山西大同037003）

可控震源技术在煤田勘探中主要应用于炸药震源很难实现、地震地质条件复杂的地区，弥补了炸药震源的不足，是特殊地表条件下进行野外勘探的主要震源。

煤田勘探；可控震源；炸药震源；特殊地表

1　概述

随着煤田勘探技术的不断发展和勘探市场的需求，可控震源技术在煤田勘探中得到了越来越广泛的应用。

山西省煤炭地质115勘查院中标左云韩家洼三维地震勘探项目，通过实地踏勘，结合其地震地质条件，项目部最后决定使用可控震源激发技术完成本次三维地震勘探。可控震源具有效率高、成本低、经济法频率和激发振幅可控等优点，在本勘探区成功解决了地震地质条件复杂、找不到理想的激发层位问题，取得了较好的勘探效果。

2　勘探区地球物理特征

2.1表浅层地震地质条件

韩家洼煤矿位于大同煤田石炭—二叠纪煤田的中南部，本区属黄土高原平缓丘陵区，地表大面积被第四系黄土覆盖，地势较为平坦，黄土冲沟发育，呈树枝状展布。据测量资料，区内地形总体上东北高，最高点标高1583.577m；西南低，最低点标高1476.07m。最大高差107.5m。

黄土层地质结构松散，地震波速度低，吸收衰减严重，浅层折射、面波、声波、多次波等强干扰非常发育，浅表层地震地质条件很差，为三维地震数据采集带来很大的困难。

2.2深层地震地质条件

全区主要可采煤层为石炭系太原组4号、9号煤层，煤系地层底为奥陶系灰岩。本次二维地震勘查主要对象为太原组4号、9号煤层。

4号、9号煤层也是本区的主采煤层，与围岩波阻抗差异明显，沉积稳定，也可形成一组能量强，波形突出可连续追踪、对比的反射波，是本次地震勘探的主要目的波之一。也是构造现象识别的主要依据。

3　可控震源的参数选择

本次地震勘探采用I/O Image数字地震仪，激发震源车采用F2700。为保证野外采集的原始数据有足够的信噪比，满足地质任务的要求，要选择最佳的施工参数，可控震源的参数有：扫描频率、扫描长度、震动次数、驱动量、组合方式。

3.1扫描频率

扫描频率的选择包括起始扫描频率和最终扫描频率，选择参数与目的层埋藏深度，工区内的强干扰与相关子波的清晰度和分辨率有关。最佳参数要避开强面波干扰提高信噪比。本次三维地震选择试验参数为：10～56Hz、10～64Hz、10～72Hz、10～84Hz，由试验记录可以看到：10～72Hz和10～84Hz所得资料频率较高，有效波较为明显，但10～72Hz有效波相对较为连续和清晰。

3.2扫描长度

震源激发应具有足够的扫描长度和作用时间来提高激发能量，同时要考虑目的层的埋藏深度以及资料的信噪比，避开可控震源的谐振干扰。本次勘探选取扫描长度：10s、12s、14s、16s进行试验。分析不同扫描长度激发所得资料可以看出：扫描长度14s资料有效波显示出信噪比高的特征；而10s、12s、16s资料有效波则相对较弱，连续性较之14s资料较差。综合对比分析，扫描长度采用14s有效波清晰、连续性好。

3.3震动次数

根据垂直叠加原理，增加震动次数可以压制不规则干扰。本次勘探选择震动次数2、4、6、8次进行试验，考虑到压制干扰提高信噪比，激发能量和地震波动态范围对目的层反射波精度的影响，施工采用4次激发。

3.4驱动量

本次勘探选取驱动量：50%、60%、70%、80%、100%进行试验，通过试验可知，驱动量的变化对于反射波主频和有效频宽没有影响，当震源驱动量过大时反而会发生低频成分畸变；从能量上分析50%～70%驱动量增加，反射波能量增加，70%～80%反射波能量增加变缓，80%以上不再增加，实际施工采用驱动量80%。

3.5组合方式

使用多台震源是加强向地下发射扫描信号能量的重要手段，既是单台震源出力大小限制的一种补救措施，也是单次震源能量太大过多的消耗，增强对地表干扰波压制效果的有力手段。本次勘探采用2台震源组合激发。单炮记录如图1所示。

图1　单炮记录

3.6观测系统

据本采区地质特征进行计算机设计，通过多种观测系统的比较及多年来开展采区三维地震勘探的经验，进行优化后拟采用12线6炮制规则束状观测系统。

采用观测系统参数为：

接收道距：20m；接收线距：40m；

炮点距：100m；炮线距：20m；

最小炮检距：10m；

接收线数：12线；

接收道数：600道（12线×50道）；

CDP网格：10m×10m；

叠加次数：30次（5×6）。

4　数据处理

详细分析地震原始资料的特点，本着“高分辨率、高保真度、高信噪比”的原则，做好折射静校正，选取合理的基准面和充填速度；处理流程参数的选择以有利于突出目的层有效波为主；适当选取反褶积的类型及参数提高资料的信噪比；认真做好速度分析，尽可能加密速度点，严密控制速度的横向变化情况；使用一步法偏移，提高横向分辨率。确保最终剖面上波组特征明显、地质现象清楚、断层断点归位合理、断面清晰。最终取得了理想的时间剖面和三维数据体，如图2、图3所示。

图2　时间剖面图

图3　三维数据体图

5　数据解释

三维野外采集的原始资料经过全三维时间偏移处理后，得到了一个三维数据体，三维数据体中包含着勘探区内丰富的地质信息，资料解释工作就是利用相应的技术方法对数据体内的地质信息进行提炼，将数据信息转换成地质信息。在这个过程中，必须把技术人员对井田构造规律的认识及解释经验与解释软件的智能功能相结合，对地震资料反复认识，不断深化研究。本次解释工作是在Sun Blade2000工作站上进行的，利用美国斯伦贝谢公司GeoFrame4.03地震解释软件（IESX）进行地质解释工作。

（1）充分利用已有的地质信息资料，掌握区内地质条件的变化规律，将宏观的区域地质构造规律和本矿区的地质构造特点结合起来，力求对地层赋存形态，尤其是煤系地层的赋存形态、构造发育特征建立起完整的概念模型。并利用区内钻孔资料制作人工合成地震记录，将它与时间剖面对比确定反射波的地质属性。

（2）以人工对比解释为基础，利用工作站的自动追踪拾取功能，由粗网格（80m×80m）到细网格（10m×10m）逐步加密解释。首先用人工解释的粗网格数据建立区内主体骨架，确定较大断层，闭合后再利用人机联作进行细网格追踪对比，解释局部小断层及细微构造，最后确定整体构造方案。

（3）解释过程中，纵向、横向和任意时间剖面相结合，时间剖面和水平切片、顺层切片相结合，全方位的反复对比、反复检查、反复修改确认，确保解释结果的正确可靠。

（4）以90%叠加速度的偏移数据体为主，多个数据体综合解释。充分利用各种三维数据体的多源信息，包括方差体以及各种数据体的等时切片、顺层切片等属性，进行综合解释，从各个角度反复认识构造特征，确定构造方案，然后进行构造的空间闭合，组合断层等。

（5）将解释好的层位、断层等数据传输到CPS-3绘图系统中，结合已知钻孔资料，进行时深转换运算，绘制出各煤层底板等高线图，切出地震地质剖面。