三维地震勘探在黄土塬、大倾角地区的应用

韦青云，吴 波，熊永杰

（安徽省煤田地质局物探测量队，安徽宿州234000）

甘肃某矿地表冲沟纵横交错，山高坡陡，地形极为复杂；地层为“U”字型谷向斜构造，向斜两翼地层倾角较大，尤其南翼为极倾斜地层，在借鉴西北黄土塬地区及大倾角地层等三维地震勘探成功经验，对勘查区内地形、地物进行了踏勘，进行了可行性研究和充分的试验，圆满完成了勘查区的地震勘探任务。

1 地震地质条件

1.1 表、浅层地震地质条件

勘查区为黄土平台（黄土塬）地貌（图1），地表覆盖厚度巨厚的第四系松散黄土，厚度变化较大。区内沟谷纵横、陡坎发育，地形高差较大，给地震波的激发和接收带来很大影响。

图1 勘探区地形地貌

由于黄土层的结构松散、厚度极不均匀，地震波的传播速度低，地震波的吸收和衰减严重，造成地震波的激发、接收条件相对较差，并易产生强烈的干扰。黄土层与下伏区域地层之间存在着很大的波阻抗差异，使地震波在黄土层中“振荡”,形成“鸣震”,降低了地震资料的信噪比和分辨率。

本区浅表层地震地质条件复杂，为煤田地震勘探难度极大的地区。

1.2 深层地震地质条件

勘查区整体为向斜构造，向斜两翼地层倾角在40°～60°之间。中侏罗统窑街组为含煤地层，煤层结构、煤层层间距及厚度变化较大，岩性组合及物性规律较稳定。主采煤层2煤层、4煤层与围岩之间存在明显波阻抗差，速度、密度等物性差异突出。

其中，2 煤平均厚度约6.0m，结构复杂，为稳定的可采煤层，煤层与围岩之间有着较大的波阻抗差，能形成能量强、波形突出、连续性良好、易识别的反射波，是地震勘探的主要反射波和构造解释的依据。

4煤层，与2煤层的平均层间距为70m左右。煤层结构较稳定，可以形成具有一定能量、波形突出、连续性较好、较易识别的反射波，全区可进行对比解释(图2)。本区深层地震地质条件为复杂地区。

图2 勘探区的典型波组特征图

复杂的表层地形与大倾角的目的层给野外数据采集、资料处理及解释都带来很大的困难。

2 技术难点及技术对策

2.1 技术难点

（1）勘查区属于黄土平台（黄土塬）地貌，黄土最大厚度达110m。巨厚黄土会对反射波高频成分产生严重的吸收、衰减作用，造成强干扰发育，资料信噪比变低。因此，地震勘探的第一个主要任务就是如何确定有利的激发层位，获得一定信噪比的原始数据,并采用怎么的观测和接收参数，来提高煤层反射波的有效叠加次数。

（2）勘查区出露岩性多变。大部分为黄土覆盖区，局部存在基岩出露和坡积物。成孔环境复杂,黄土覆盖层厚度、结构、岩性变化多变。选择合适的激发层位和如何进行成孔是勘探的一个重点。

（3）勘查区煤系地层为向斜构造，两翼倾角大是勘探的一个主要难点。

2.2 技术对策

（1）以信噪比为核心的采集技术思路及方法。采集技术思路：详细的低降速带结构调查，确保激发层位选择的合理性→做好波场特征调查，明确干扰压制方法→理论论证野外采集参数→试验论证激发接收参数及观测系统参数→严格执行试验参数，确保采集顺利完成。

（2）激发层位的保证措施。利用单井微测井等方法，调查勘探区内黄土层的厚度分布、速度变化、岩性结构等，选取最佳激发层位,确保野外记录有较高的信噪比。

在浅表层结构调查基础上，研究分析地表不同岩性的分布范围，不同区域有利激发层的深度，进而针对性地选取相应的成孔设备和方式，保证激发位于有利层位；尤其是黄土覆盖区，井深至基岩面且采用多井组合激发，确保能在相对高速层中激发。

（3）由于煤层倾角很大，采用近走向方向布置主测线（即把陡地层变成大倾角地层，大倾角地层变成缓倾角地层）以减少大倾角对地震反射波的影响。在工作方法布置上针对目的层按地震波的反射路径进行设计。确定面元大小，避免产生空间假频。在资料处理中选择适合于大倾角反射波叠前时间偏移处理的有效方法，进行波的空间归位和准确偏移并做好山地静校正，以克服畸变、干扰等影响。

3 野外采集措施

3.1 浅表结构调查

针对勘探区地貌特征，本次浅表层速度调查综合采用了单井微测井。

本次勘探采取井中炸药激发、井旁接收方式进行了单井微测井：由井底起，每隔0.5m 采样一次，单次4道接收。

利用微测井初至信息，绘制时深曲线，进而计算、划分速度界面，从而得到近地表速度分层情况；通过微测井成果，结合每个点的解释成果，然后利用软件插值，绘制相对高速层顶的深度与速度平面图。

通过综合分析可知勘查区相对高速层的深度在纵横方向均存在变化，黄土层相对有利激发层位应在13m以上（图3）。

图3 相对有利激发层位深度示意图

通过采取浅表层速度结构调查方法（微测井、踏勘）联合应用、相互补充，基本查明了勘查区近地表黄土层结构分布规律：勘探区内黄土层的速度在垂向上具有明显成层性，一般可以划分为3～4层；纵横向上速度结构变化较大；相对有利的激发层位在13m以上，基岩裸露和薄黄土覆盖区，激发条件相对较好。

3.2 波场调查

为了压制干扰波，突出有效波，提高信噪比，因而对波场特征进行调查，了解勘探区有效波和干扰波的发育特征与规律，进而采取针对性的干扰压制措施。

通过对波场监控记录分析，识别出目的层反射波和各种干扰波，再对其视速度、频率、波长等特性进行分析，有效波和各种干扰波特征如下：

折射波：勘查区发育的折射波较为复杂，有一次、多次和多次反射折射等。较稳定的一般为高速层顶的折射波，视速度在1750～2100m/s，主频约20～60Hz，波长约20～50m。

面波：勘探区的面波、能量强，视速度在300～500m/s，主频约10～20Hz，波长约15～40m，是勘探区的主要干扰波。

煤层反射波：在有利激发层位中激发时，可形成能量强、视速度（2800m/s以上）高、视波长（40m以上）长、连续性好的煤层反射波；有效波的能量在30～80Hz 频率范围内较强，信噪比高。

3.3 试验工作

试验工作的主要任务选择适应勘查区施工的采集参数，确定压制干扰波，提高信噪比的措施。

试验工作包括井深、药量、井组合个数、组合井井深及排列长度等试验，确定合适的施工参数。

由于勘查区地表条件多变，其大部分为黄土覆盖区，也有基岩出露区以及两者接合部。在黄土覆盖区，覆盖层厚度大于10m；在黄土覆盖区与基岩接合部，覆盖层较薄，一般为5～10m。针对区内地形的变化情况（图4），进行有针对性的试验工作，在每种地形上都选择1 个试验点，全区实际共完成3 个点试验，2 条段试验。

图4 区内不同地表条件情况

3.3.1 点试验内容

（1）井深试验。采用药量4.0kg，井深分别为6m、8m、10m、12m、14m、16m、18m、20m进行试验。

（2）药量试验。用井深13m，药量分别为3.0kg、4.0kg、5.0kg、6.0kg进行试验。

（3）组合井试验。

①双井试验：药量为6.0kg，井深分别为6m、8m、10m、12m、14m、16m、18m。

②三井试验:药量为6.0kg，井深分别为6m、8m、10m、12m。

3.3.2 段试验

段试验1经过试验点1沿地层走向布置（近东西方向）；试验段2 设在穿过试验点2 和点试验点3 的直线上，试验线的走向垂直地层走向布置。段试验井深、药量参数采用其上点试验确定的参数基础上进行。

从处理的段试验叠加剖面可以看出，目的层反射波波组特征明显、同相轴连续性、能量较强，信噪比较高（图5）。

图5 段试验叠加时间剖面图

通过对试验的分析，沿地层走向布置测线，把陡倾角变成大倾角，把大倾角变成缓倾角是可行的。

4 地震资料处理关键技术

4.1 静校正处理

静校正是本区资料处理的重点工作之一，做好静校正，是资料处理成功的关键。为了消除表层因素对单炮记录的影响，采用初至折射静校方法来做野外一次静校正，折射静校结果有效波的连续性、能量及信噪比都比高程静校结果有大幅度的提高，再利用自动剩余静校正进行逐步的细化，确保处理后的资料保真，效果理想。

4.2 速度分析

速度分析拾取的精度直接影响着叠加处理的效果。针对本区目的层倾角大的情况，在求取第一次剩余静校正量时、求取第二次剩余静校正量时及三维叠前偏移之后进行了三次速度求取。通过准确的速度分析，确保偏移的准确性，控制了构造的形态。

4.3 叠前时间偏移

由于受区域构造影响，本区构造复杂，地层倾角陡，有的地段倾角达50°以上，常规时间域三维偏移结果不理想，偏移归位不准确，给资料解释带来困难。

叠前偏移可以消除构造倾角和其它横向速度变化的影响,得到的CRP道集反映同一反射点的信息,使其符合地质构造情况，还能够解决陡倾角地层问题。

通过对比分析常规叠后偏移和叠前时间偏移可知，叠前时间偏移效果较好，断层清晰，波组特征明显，目的层能较容易地识别和连续追踪，从而提高了资料的质量（图6）。

图6 大倾角地层常规偏移（上）与叠前时间偏移（下）剖面对比

5 结论

通过全面踏勘和理论分析，疏理出本次勘探的技术难点，通过充分试验，确定了技术路线和工作重点，制定并实施了有针对性的具体技术措施和施工方法，执行了有效的质量控制程序，最终保证了野外采集生产、资料的处理等工作的顺利实施，获得了品质较高的三维数据体。