静校正煤炭浅层三维地震观测系统在韩咀煤矿的应用

程增庆 郭占峰 李 忠 赵 云

(1.中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院；2.山西华晋韩咀煤业有限责任公司)



静校正煤炭浅层三维地震观测系统在韩咀煤矿的应用

程增庆1郭占峰2李 忠1赵 云1

(1.中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院；2.山西华晋韩咀煤业有限责任公司)

煤炭山地浅层三维地震勘探的特点是观测窗口小、静校正复杂，CDP道集反射同相轴不易校正平齐致使无法实现同相叠加。观测窗口与目的层深度相适应是提高有效叠加次数的基本方法，观测窗口缩小不利于静校正精度的提高。为确保观测窗口与目的层深度相适应及提高精校正精度，根据煤层反射波的传播特征提出了增大炮检距的观测系统设计方法，并在韩咀煤矿浅层煤炭勘探中得到了成功应用，对于类似矿山有一定的参考价值。

静校正 三维地震观测系统 观测窗口 有效叠加次数 炮检距

在浅层煤炭三维地震勘探施工时，一般采用对称的多线多炮制正交观测系统。在我国现行的煤炭三维地震勘探规范中，对于观测系统选择的技术要求为：最大炮检距宜与目的层埋深相当，当需进行振幅与炮检距反演分析时，观测系统采集的数据应为目的层埋深的 1.5～2倍[1-4]。在煤炭地震勘探实践中，当勘探主要目的层较小时(如小于300 m)，便会出现观测窗口与静校正的协调统一问题，按照规范要求根据目的层设计的炮检距不利于静校正的求取。当煤层埋深小于300 m时，在静校正复杂时，采集资料的质量较好，而勘探成果精度不高，是由于静校正的问题未得到有效解决所致，根据静校正要求需增大炮检距。在黄土塬区、山区及丘陵区等地形条件复杂情况下，解决低频分量的主要途径是确保观测系统的最大炮检距大于地形低频分量的一个波长(一般情况下大于500 m)。当观测系统设计不恰当时，还易出现“静校不静”问题。解决“静校不静”问题需建立较准确的近地表速度场，甚至需要确定更深层的速度模型。近地表速度场的建立需较大排列的初至信息，小排列观测系统则无法满足。静校正是地震数据采集、资料处理成像的基础，在数据采集时需考虑静校正的求取条件，在数据处理时应考虑处理成像的要求，因此需在勘探项目开始实施时有效处理好数据采集、处理技术之间的协作与协同关系。

1 浅层煤炭反射波时间场特征

当煤层埋深较小时，煤层反射波往往与直达波形成干扰区，使得煤层反射波的观测窗口变小，故本研究设计一个模型近地表速度为300 m/s，减速带速度为800 m/s，煤系地层速度为3 500 m/s，目的层埋深为100，150，200，250，300 m，反射波的观测窗口宽度分别为120，180，240，300，360 m。当目的层埋深为260 m、道距20 m、接收窗口宽度为500 m时，目的层反射波与直达波仍不干涉。当面波的干涉窗口宽度为200 m，直达波清晰，反射波信噪比高，高频噪音不严重。

2 浅层煤炭三维高精度静校正观测系统

2.1 浅层煤炭三维地震勘探静校正与炮检距的关系

对于浅层煤炭三维地震勘探，静校正处理是得到高质量成果的关键环节，也是同相轴拉平最重要的基础工作。若长、短波长静校正问题得不到有效解决，便无法实现地震时间剖面正确成像。因此，浅层复杂地表区三维地震数据处理的首要问题是如何有效解决近地表条件变化引起的静校正问题。在浅层复杂地表区条件下同时解决三维CDP道集中长波长静校正和短波长静校正问题，要求炮检距须大于地形低频分量的一个波长。一般情况下，复杂地表区低频波长多为300～1 000 m，尽管煤层埋深较小，但对于静校正来讲，接收的炮检距也不宜过小。对于炮检距小于100 m的情形，初至波受直达波的干涉，不易拾取到折射波的准确初至波的旅行时间时，要准确拾取折射波的初至旅行时间，需适当增加炮检距。一般情况下，拾取较准确的炮检距为100～900 m。从波场特征看，韩咀煤矿勘探区观测系统设计时从反射波角度考虑，最大炮检距可适当增加至500 m(约为目的层埋深的一倍)。勘探区北部地形和西南部地形变化较大，地面地形的低频波长为200～700 m。从地形角度考虑，最大炮检距宜大于700 m。

2.2 浅层煤炭三维地震勘探静校正与观测系统的关系

煤炭三维地震勘探采用的观测系统多为面积三维地震勘探观测系统。为减少采集脚印，检波线移动一条线，实现连续采样。对于高精度静校正，要求炮检距不仅均匀分布，而且应有足够的炮检距数量。韩咀煤矿采用的观测系统为10线2炮84道束状，道距10 m，炮距20 m，线距60 m，炮线距60 m，滚动一条线的连续采样观测系统。实际施工时5束线一并施工，单线接收道数160道，实际最小的最大炮检距为818 m，最大炮检距865.4 m。

3 应用实例

山西华晋韩咀煤业有限责任公司所属矿井为兼并重组整合矿井，该井田周边矿井及小窑较多，井田内及四周均为20世纪地方小煤矿开采，采煤方法部分采用长壁炮采采煤法，走向长壁式，金属网假顶，采底煤放中煤采煤方法，多数煤矿采用的是房柱式采煤方法，开采中部煤层，巷道采煤无支护，形成类似房柱式的采空巷道呈网状分布。根据钻孔和井巷工程揭露，2#煤层埋藏深度为100～460 m，位于山西组中部，该煤层厚5.00～7.97 m，平均6.47 m。采用12线2炮120道束状连续对称观测系统，观测系统参数为：道距10 m，线距40 m，炮距20 m，炮线距60 m，最大炮检距为643 m。图1为静校正前后单炮记录对比，可见反射波呈现出与煤层相关的状态，有效解决了复杂地表条件引起的静校正问题，解释了全区煤层赋存形态及老空区对煤层的破坏程度。

图1 静校正前后单炮记录对比

4 结 语

以韩咀煤矿为例，证实了在实施浅层三维地震勘探时，对于埋深小于300 m的煤层，在顾及静校正要求的前提下可增大炮检距。在黄土塬区、山区及丘陵区等地形条件复杂的地区，解决低频分量的主要途径是设计观测系统的最大炮检距大于地形低频分量的一个波长(一般情况下大于500 m)，可有效解决“静校不静”的问题。近地表速度场的建立需要较大排列的初至信息，小排列观测系统则无法满足。

[1] 程增庆，霍全明，彭苏萍，等.利用三维三分量观测系统的优度选择各向异性成像有利区域[J].石油地球物理勘探，2004，39(3)：322-326.

[2] 杨晶惠，庹先国，蒋 鑫，等.一种具有抗噪性的P波初至自动拾取方法[J].金属矿山，2015(2)：113-116.

[3] 郭占峰，程增庆，王建忠，等.韩咀煤矿识别煤层老采空区的相对波阻方法[J].现代矿业，2016(1):254-255.

[4] 饶河清，李萍军，黄 河，等.宽方位角在煤田三维地震勘探中的研究与应用[J].金属矿山，2014(12):143-146.

2016-05-06)

程增庆(1962—)，男，高级工程师，072750 河北省涿州市范阳西路56号。