三维地震勘探技术在三塘湖煤田的应用

任小丽



三维地震勘探技术在三塘湖煤田的应用

任小丽

(新疆煤田地质局 综合地质勘查队，新疆 乌鲁木齐 830009)

采用三维地震勘探技术在三塘湖煤田进行勘探，通过分析区内地震地质条件，建立相应的观测系统。针对获取的原始数据特点，采用折射波静校正、动较切除、多道预测反褶积等技术进行处理，取得了良好的三维处理成果。在资料解释中，重点将地震反演技术与地质资料相结合，构建全三维地质模型，充分展现了煤层及其厚度的发育情况，与地质认识吻合较好，体现出解释成果的可靠性和准确性。

三维地震勘探；三塘湖煤田；波阻抗反演；全三维地质模型

(ComprehensiveGeologicalProspectingTeam,XinjiangBureauofCoalGeologicalExploration,UrumqiXinjiang830009,China)

1 引 言

目前，煤田地球物理勘探技术主要有测井、地震、电法、磁法及重力勘探技术[1，2]，而地震勘探技术在煤炭资源勘查中起着重要作用。随着煤炭资源减少，勘探开发的难度增大，勘探目标转向地表复杂、构造复杂、埋藏较深、储量规模更小的目标，对获取的地震资料信噪比、分辨率、成像精度等都提出了更高的要求，三维地震勘探技术应运而生[3-6]。相比常规地震勘探，三维地震勘探具有以下特性：①获取的数据齐全完整、准确可靠，可提供一个小网格的三维数据体，能较精细地反映地下地质情况；②三维数据体的完整统一性推动了解释的自动化和人机联作的发展，减少了人为因素的影响；③正确归位，三维数据体经过了三维偏移，空间归位正确，使地震与地质的空间对应关系简单化[7,8]。现今，三维地震勘探主要用于查明勘探区构造形态，控制区内主要可采煤层底板以及定性解释区内煤层厚度变化趋势等，提高了地质构造的解释精度，增加了可靠性。

三塘湖煤田地处东天山北麓准噶尔盆地东部北缘，区内煤炭资源丰富，品质优良，是新疆自治区“十二五”规划和“疆煤东运”重要的煤炭生产基地。本次采用高分辨率、高保真度、高信噪比[9]的三维地震勘探技术在三塘湖煤田进行了大面积的勘探，依据勘探区煤层特征和采集数据特点，利用波阻抗反演进行岩性预测，通过分析主要煤层分布特征及厚度变化规律，获得各煤层厚度变化图，取得了良好的地震勘探效果。

2 工区地质及地球物理概况

三维地震勘探区行政区划隶属哈密地区巴里坤县三塘湖乡管辖，区内有简易公路，交通条件一般。勘探区地层区划属北疆地层区(Ⅰ1)，北准噶尔地层分区(Ⅰ12)，北塔山地层小区(Ⅰ12-5)中部，东准噶尔界山褶皱带和北天山褶皱带的复合处，为一南东向倾斜的单斜，倾角6°～17°。本区是以二叠-石炭系为基地的中新生代的沉积盆地，本区含煤地层为侏罗系，主要煤层集中在下侏罗统八道湾组(J1b)且全区发育，含煤8～17层，自上而下编号为4～20号，一般由1层厚—特厚煤层和5～16层薄—中厚煤层组成。

本区属风蚀戈壁残丘地貌，潜水位较深或无潜水位；全区分布厚度不均的砾石、砂石、砂土，表层的松散层极不利于成孔和地震波的激发。区内煤层与围岩波阻抗差异明显，且煤层发育较厚，有利于得到反射波能量较强、信噪比高、连续性好的反射波。由此可见，本区的表、浅层地震地质条件复杂，中、深层地震地质条件较好。

3 勘探技术与方法

区内地表结构及速度变化较大，进行表层结构调查，可使静校正量的求取更加准确。因此，布设低速带控制点8个，采用折射相遇时距曲线法进行低速带调查分析，得出低速带厚度在5～7 m之间，降速带厚度40～50 m之间(表1)。

表1 小折射计算成果

本区煤系地层基本为一单斜构造，煤层的埋藏深度西部浅，东部深。为保证野外采集质量，本次采用了束状10线4炮制，单边下倾激发(图1)，接收道数600道，接收线距20 m，接收道距10 m，最大炮检距618.47m，炮线网格50m×20m，CDP网格5 m×10 m，覆盖次数6次×4次。激发方式采用单井激发、成型柱状炸药，采用德国曼钻成孔，检波器挖坑埋置。生产中对每个环节严格把关，获得了高质量的野外原始数据。

图1 观测系统示意图Fig.1 Observing system schematic diagram

4 三维资料处理、解释

4.1 处理方法

根据勘探区原始数据的特点，本次的处理方案为：

1)低速带变化较大，采用折射波静校正处理，基准面为900 m，替换速度为1 900 m/s；

2)古近系埋深较浅，采取抽道Crossline方向动校切除；

3)由于地表因素变化造成子波振幅、相位的不一致性，采用多道预测反褶积，步长为8 ms，因子长度为100 ms；

4)精确的速度分析，充分利用了处理系统速度分析的交互能力，同时结合速度扫描、动校切除，并多次迭代进行速度分析，确保速度分析的精度和准确性[10,11]。

经过细致、认真的处理工作，获得了良好的三维处理成果。经评级Ⅰ+Ⅱ类时间剖面占总剖面的95.68 %；根据时间剖面评级和顺层切片，Ⅰ+Ⅱ类区块面积占总面积的95.67 %。这为地震资料的解释打下良好基础。

4.2 解释方法

本次采用GeoQuest全三维解释系统，以人工解释为基础，工作站人机联作解释为工具，充分利用了纵向、横向时间剖面相结合，任意向时间剖面与联井时间剖面相结合；时间剖面、顺层切片相结合的方式，立体全方位的分析和解释资料[12]。

三塘湖煤田的煤层层数较多，主要煤层为9、15、19、20号煤层，与之对应的反射波分别命名为T9、T15、T19、T20波，为主要标准波。利用测井资料制作的合成地震记录与井旁地震道比较，可知9、19、20号煤层反射波对应关系良好，而15号煤层相对较薄对应效果不太明显(图2)。同时，综合利用时间剖面和顺层切片识别、追踪断层(图3)，主要表现在同向轴中断、错开，振幅发生突变，相邻两组同向轴走向不一致等[13,14]。

为了提高反演精度，依据基础资料对各煤层的分布规律、速度差异、煤层厚度分布特征进行分析，对测井资料进行归一化处理，得出煤层段的声波时差在500 μs/m左右，而上下围岩的声波时差在350 μs/m左右，煤层段与上下围岩相比具有明显的低速特征，即在波阻抗曲线上具有可分辨性。利用本区的地震数据体、煤层反射波解释层位及断层数据、测井数据、岩性及柱状数据、结合地质资料，对该区进行了多井约束下的三维叠后反演，最终得到了反映煤层分层及厚度变化情况的波阻抗数据。

本次运用Jason反演进行岩性预测。首先，进行煤层标定，主要利用测井曲线校正及分析和实际子波提取及合成记录制作。测井曲线选定自然伽玛和密度曲线作为基础曲线，从图4中可以看出，合成记录和井旁地震道的对应关系比较，9、1 5、19、20号煤层底板各对应一强波峰，连续性好，借助高分辨率的反演剖面得到各煤层的厚度变化趋势。其次，通过区内的解释成果数据、地质钻孔资料结合地质资料，研究煤层厚度横向变化，建立全三维地质模型(图5)。用正演方法预测井间煤岩层变化，建立煤岩层反演解释思路，确定反演解释方案，验证反演结果的正确性。最后，以模型为基础进行稀疏脉冲反演[15]。

图2 地震反射波与地质层位对应关系Fig.2 Seismic reflection wave and geological horizon corresponding diagram

图3 断层在时间剖面及顺层切片上的反映Fig.3 Fault on time section and bedding slice section

图4 合成记录Fig.4 Synthetic seismogram

基于模型反演的基本原理是：假设一个N层地层模型，各层厚度、速度、密度参数分别为d(i)、v(i)、ρ(i)(i=1,2,3,…,N)[16]。

地震波在各层垂直传播时间：

t(i)=2d(i)/v(i)

(1)

则第i层底部的反射时间：

t(i)=∑t(j) (i=1,2,…,N)

(2)

其地震褶积模型：

M(i)=∑r(j)w[i-τ(j)+1] (i=1,2,…,N)

定义目标函数：

(3)

反演成果以9号煤层为例，发育总趋势由南向北变薄，厚度在8～20 m之间，中部和南部大部分区域煤层厚度稳定在12～16 m之间，受露头影响西部9号煤层缺失(图5)。从反演剖面(图6)可得出9号、20号煤层厚度较厚且变化较大， 15号、19号煤层厚度较薄且变化小。钻孔5-1处9号煤层由于局部分叉导致厚度变薄，到钻孔5-2处，9号煤层合并厚度变厚，20号煤层局部分叉厚度变薄，遇断层TDF3后煤层合并厚度变厚。反演结果与地质认识相吻合，从平面和立体角度研究煤系地层的构造、岩性的变化[1,18]，达到了预期效果。

5 地震地质成果

本次三维地震勘探在三塘湖煤田获得了良好的地震勘探效果，控制了区内落差大于5 m的断层并对其发育情况进行了评价；对各煤层底板的构造形态和露头进行了控制；通过波阻抗反演解释，得到了主要煤层厚度，分析了煤层顶底板岩性及煤层夹矸等；控制了区内古近系地层底界面埋藏深度及起伏形态。为后期井田划分提供了重要依据。

图5 三维地震反演Fig.5 3D seismic inversion (a)3D inversion stereogram; (b)9 coal seam thickness change trend

图6 联井反演成果Fig.6 Combined well inversion results chart

6 结 语

三塘湖煤田三维地震勘探充分利用三维数据体包含的丰富地质信息，通过人机联作利用垂直时间剖面、顺层切片、相干体等多种方法全方位的三维可视化显示，提供精细的解释地质构造，修正了F25断层，新发现TDF1、TDF2、TDF3三条断层，并对9号、15号煤层露头进行修订。实践证明，三维地震勘探在控制和查明勘探区构造形态，控制区内主要可采煤层底板以及定性解释区内煤层厚度变化趋势等优势显著，且具有精度高、投入少、见效快的优势，解决了以往常规方法无法解决的地质问题，三维地震勘探技术在煤田勘探开发中发挥着举足轻重的作用。

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The Application of 3D Seismic Prospecting Technology in Santanghu Coal-field

Ren Xiaoli

By analyzing the seismic geological conditions in the area, the paper uses 3D seismic prospecting technology for prospecting in Santanghu coal-field to establish the corresponding observation system. According to the characteristics of obtaining the original data, the refraction static correction, resection, multichannel predictive deconvolution are adopted, and the good 3D processing results are obtained. In the data interpretation, the seismic inversion technology is firstly combined with geological data so as to construct the whole 3D geological model and fully demonstrate the development situation of coal seam and its thickness, which is identical to the geological knowledge and shows the reliability and accuracy of interpretation result.

3D seismic prospecting; Santanghu coal-field; wave impedance inversion; entire 3D geological model

1672—7940(2016)05—0646—06

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.05.015

新疆国土资源项目(编号：2011-6)

任小丽(1982-)，女，工程师，硕士，主要研究方向为地球物理勘探。E-mail:hixiaoli@163.com

P631.4

A

2016-05-11