三维地震勘探精细处理技术在智能矿井生产中的应用

郝立彬, 解洁清, 孟建盛

(吕梁东义集团煤气化有限公司鑫岩煤矿，山西吕梁 033400；中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院，河北涿州 072750)

0 引言

在矿山深部开采过程中，断层、塌陷柱、含水体、岩浆岩、裂隙区、矿层结构变化等是不容忽视的灾难性地质体，它们严重损坏了矿层的接连性，大大降低了机械化采矿的工作效率，严重者甚至可能会导致地层渗水，瓦斯爆炸等安全事故，为矿山的安全开采带来一定程度的威胁[1-4]。智能化物探技术通过地上人工地震获取地下层位的反射波，经过室内资料处理技术获得地下多层位叠加剖面，进而在成果数据体进行层位解释、构造解释、煤层厚度预测等一系列精细技术操作，最终形成指导矿山深部开采的地质剖面，此技术流程的应用在预防矿山地质灾害以及防治地质风险方面的优势比较显著[5-9]。

1 三维地震数据精细处理技术

本次实验基于吕梁东义集团煤气化有限公司鑫岩煤矿地震资料的精细处理项目，试验过程旨在探索针对该区更加行之有效的资料处理流程与参数。在山地地震资料处理中普遍存在的两大难题即静校正问题和低信噪比问题，处理过程中主要通过对静校正、反褶积、叠前时间偏移等新技术、新方法的充分测试，最终形成了该区有针对性且效果良好的数据处理流程，获得了理想的效果，有力地验证了智能化矿山物探技术在指导矿山实际开采中具有很大实用性[10-15]。

1.1 静校正技术

工区表层地质条件比较复杂，地表高程变化大(图1)，表层岩性横向变化大，薄黄土沉积区、厚黄土沉积区交互，这些因素导致本区静校正问题非常突出，解决好静校正问题，是本次处理的关键任务[9，11-13]。

本次处理主要进行了常规折射静校正与非网格层析静校正两种校正方法的试验对比(图2)，通过目标线叠加剖面对比可以明显看出，常规折射静校正剖面起伏形态错误，伴有假构造的产生。而非网格层析静校正后的剖面起伏形态符合本区实际情况，且消除了假构造，同时目的层的成像质量也有很大提高。由此我们确定非网格层析静校正为本区应用。

图1 区内地表高程分布Figure 1 Study area surface elevation distributions

图2 常规折射静校正(上)与非网格层析静校正(下)剖面对比Figure 2 Comparison between sections from traditional refraction statics (upper) and non-grid tomographic statics (lower)

1.2 优化反褶积技术

本区目的煤层主要是5号煤与10号煤层，两层煤间距小，5号煤层对下赋10号煤层有一定屏蔽作用，影响了10号煤层的成像质量。本次精细处理中应用优化反褶积技术，有效地增强了10号煤层成像质量，同时提高了两目的层的分辨率，为后续资料解释打下良好基础(图3)。

图3 优化串联反褶积前(上)后(下)剖面对比Figure 3 Comparison between sections from before series deconvolution optimization (upper) and after (lower)

图4 叠后时间偏移(上)与叠前时间偏移(下)剖面对比Figure 4 Comparison between sections from poststack time migration (upper) and prestack time migration (lower)

1.3 叠前时间偏移技术

叠前时间偏移将共中心点道集转换成共反射点道集，考虑了复杂陡倾界面的CMP道集反射点离散问题，可以进行弯曲射线追踪，能在很大程度上适应速度在纵向和横向的变化[10]。

本项目处理中，在偏移方法上选用弯曲射线叠前时间偏移方法，重新分析叠前时间偏移速度，在速度谱上交互拾取时间速度对，控制好速度趋势，使得速度场的变化趋势与剖面的构造形态大轮廓要保持一致。通过叠前时间偏移与速度分析迭代的方法来优化均方根速度场。使得最终的速度场能最大限度的逼近地下介质的速度，从而使CRP道集全部拉平。求得准确的偏移速度模型后，以叠前CMP道集和速度模型为输入，采用弯曲射线克希霍夫积分法对全数据体做叠前时间偏移。从图4中明显看出叠前时间偏移成果比较叠后时间偏移效果理想，对于目的层成像质量有很大提高。同时对于构造区域成像质量也有了很大提高。

2 效果分析

本次精细处理主要采用了非网格层析静校正、优化反褶积、叠前时间偏移等新技术手段，处理中对各步骤处理参数进行充分测试后选取最佳参数进行处理，最终获得剖面较老成果剖面构造形态更加准确、目的层突出，信噪比及分辨率有了明显提高，尤其是小断层反应更加清晰(图5)。

从图6可以看出，沿5煤层振幅能量明显增强，信噪比明显提高，同时新数据体振幅属性中工区北部弱振幅反映为煤层变薄区(图6红色虚线范围内)，这与巷道实见情况也基本相符。

图5 新(下)老(上)成果剖面对比Figure 5 Comparison between result sections from new method (lower) and old method (upper)

图6 新(下)老(上)成果振幅对比Figure 6 Comparison between result amplitudes from new method (lower) and old method (upper)

3 结论

经以上实验得出结论：通过三维地震勘探精细处理技术在智能矿井中的应用，针对特定区域应用新的数据处理技术，可以获得更加清晰、正确的地下煤层的起伏形态、构造发育、煤层厚度变化等情况的成果数据，这些数据的获得对指导矿区深部开采、保障矿山安全生产具有很大的实用价值， 使地质灾害一定程度上达到了人为可控，地质保障成为抑制煤矿事故的关键。