高分辨率三维地震勘探技术在彬长矿区的应用

关民全

（中国煤炭地质总局水文地质工程地质环境地质勘查院，河北 邯郸 056004）

1 概述

本次三维地震勘探区位置位于陕西省的中部，所属地区的煤炭资源储量非常丰富，在经济领域属于我国西北大开发的重点核心区域，具有较高的经济地位。一方面勘探去地形地质条件多样化，主要开采煤层的地质结构也为复杂类型，又因为黄土高原地区蒸发量大于降雨量，造成无潜水或者潜水埋藏较深，加上沟壑密布的地形地貌，造成三维地震激发条件、接受条件差异十分巨大，严重不利于数据采集。另一方面是复杂的地球物理条件，另一方面是日趋需要的勘探精度，因此如何将在中东部地区成熟的三维地震技术因地制宜的引用到西部煤田地区，对于发展西部的煤炭经济具有重要意义。

本文通过在具体典型代表意义的勘探区，在复杂煤层区，对数据采集关键参数进行试验，对多属性资料处理与解释技术进行研究，经过大量的试验和探索，成功的开展了三维地震勘探工作，并取得了良好的效果。

2 工作区位置及自然地理情况

本次三维地震工作区处于彬长井田的南部区域，地理位置咸阳市彬州市与咸阳市长武县接壤地带。工作区地形是典型的黄土高原地貌，黄土塬、黄土沟谷、不通的河流阶地等均匀发育，整体来说沟壑较多，地形较为复杂，施工难度较大，在地形类别划分上位于塬梁沟壑区。

3 工作区地质概况

三维地震勘探区的地层发育较全，区内的地层由老至新主要以下统组组成：三叠系上统地层的胡家村组，侏罗系地层下统的富县组、侏罗系地层中下统的延安组，侏罗系地层中统的直罗组与安定组；白垩系地层下统的宜君组、白垩系地层下统的洛河组、白垩系地层下统的华池环河组；古近系地层的小章沟组；第四系地层的更新统与全新统。

勘探区内的主要含煤地层为、侏罗系地层中下统的延安组，共分为3 号煤层组、4 号煤层组两个含煤层组，3号含煤层组总厚度0～45.71m，平均厚度约为20m，在局部地区又分叉为3-1煤层、3-2煤层；4 号含煤层组累计总厚度0～98.13m，在局部地区又分叉为煤层4 煤层、4 上-1煤层、4 上-2 煤层、4 上煤层，其中4 上-1 煤层、4 上-2 煤层、4上煤层在工作区内又为上分叉煤层。

4 煤层是本次三维地震勘探区内的主要目的煤层，煤层厚度0.8～19.21m，平均煤层厚度约11.63m，根据煤层分类属于特厚煤层，煤层内部结构不复杂，夹矸层一般不大于2 层，夹矸层不大于0.3m，夹矸层的岩性为泥岩或者炭质泥岩；4 上煤为4 号煤的上分叉煤层，煤层厚度0～7.02m，平均2.87m，煤层内部结构复杂，夹矸层最多可达到10 层，夹矸层岩性基本上为泥岩或者是砂质泥岩，煤层夹矸层总厚度0.051～0.72m；4 上-1 煤煤层又为4 上号煤层的上分岔煤层之一，在三维地震勘探区煤层厚度0～1.71m，煤层平均1.23m，煤层内部结构不复杂，一般只有一层夹矸层，厚度0.11～0.61m；4 上-2 煤层为4 上煤的最上层的分岔煤层，煤层厚度0.1～2.35m，平均厚度1.37m。煤层内部结构不复杂，一般只有一层夹矸层，岩夹矸层主要为砂质泥岩，夹矸厚最大为0.31m。

4 数据采集中的技术难点及采取的措施

4.1 技术难点

4.1.1 黄土覆盖区表浅层地层结构松散，地震波散射严重，能量衰减剧烈，而且易产生强烈干扰。

4.1.2 测线需穿过公路、村庄等人文活动较丰富的地段，致使随机干扰增强。

4.1.3 工作区存在道路、村庄、河流、养殖场、鱼塘、高压线、窑洞等形成的障碍物区，严重影响部分炮、检点的到位率，对数据的连续观测造成一定影响。

4.2 采取的措施

4.2.1 生产前首先进行波场调查，基本了解了各类干扰波在记录上的分布、出现的时间以及对有效波的影响范围，准确对面波随距离及时间的衰减情况进行了分析，并根据分析结果采取了针对性措施进行干扰波压制，突出了有效波。检波器插置做到了准、直、实，确保与地的良好耦合；并且在放炮前对环境噪音进行录制，对埋置不好的检波器进行了重新埋置。

为准确获得原始数据，首先在正式数据采集前进行低速带波场调查，掌握了各类干扰波的特性，掌握其在记录上分布规律，对有效波影响情况；对面波在距离及时间上的变化情况进行了分析调查，并根据调查的结果进行干扰波压制，突出了有效波。检波器插置做到了准、直、实，确保达到较好的与地耦合；并且在进行数据采集前，录制了环境噪音情况，并检查了检波器的埋置情况。

4.2.2 在公路、村庄等人文活动较丰富的地段进行施工时，检波器容易受随机干扰，为了减少干扰情况，对勘探区内车流情况及重大人文活动进行转让监控，重要地区，经与当地部门协调后，对车辆进行分流管理，对重大施工工地进行分时分段施工。

4.2.3 针对区内存在的多处障碍物区，三维地震勘探采区因地制宜、灵活多变的方针。

4.2.3.1 采用GPS 对影响施工的道路、村庄、河流、养殖场、鱼塘、高压线、窑洞等障碍物提前进行了实际坐标测量，画出草图范围，利用计算机辅助设计技术，计算好炮点分布图，优化采集参数。

4.2.3.2 对于受障碍物影响无法正常布设炮、检点时，采用特殊观测系统。对于沿测线线束方向延伸较短的障碍物将不能放炮的炮点按照规范要求实施变观，必要时采用改变排列的方式进行数据采集，保证叠加次数。对于沿测线线束方向延伸较长的障碍物形成连片区域，本次施工除采取上述措施外，还在障碍物区左右两侧布置炮点，进行隔束观测，这样在保证障碍物区下部数据覆盖的同时也降低了由于障碍物分布导致的测线间距不均，进而引起反射点分布不均匀的影响；同时，施工中经详细踏勘，充分利用了障碍物区内部建筑物的间隙，在保障安全的前提下，选择适当地段布置炮点，优选了小炮检距的炮点，进一步保证障碍物区下部数据覆盖。

4.2.3.3 对与受障碍物影响偏移的炮、检点进行了点点实测坐标和高程，确保空间属性建立正确。

4.2.3.4 受天气影响背景噪音较大时，及时停工，保证原始资料质量。

4.2.3.5 为完成地质任务，严格按照试验既定参数施工，采集进行全频带接收，确保地震波频率不因采集而降低。

5 高分辨三维地震勘探关键技术

5.1 数据采集技术

三维地震勘探一个重要部分就是设计有效科学的观测系统，其目的就是在规范要求下，利用炮点与检波点进行不同的排列组合，获得较为均匀的地下反射网格，最终达到规范要求的叠加覆盖次数。以求获得分辨率较高、高信噪比、保真度较高的原始数据，最终获得相关地下三维地质体的精确资料。

三维地震的观测系统设计，影响因素较多，在满足目的任务要求基础上，充分考虑到地形地质条件、目的层埋深、构造的分布规律、主要地层的倾角等因素，本次勘探过程中，具体设计见表1。

表1 观测系统参数表

5.2 资料处理技术

在资料处理过程中，要充分的对各类地质条件、影响因素进行考虑，根据原始数据采集情况制定出适合本地区的处理参数，在资料处理过程中做好关键环节控制，保证处理结果的准确性。

数据录入阶段：逐一检查单炮记录，挑出废炮、干扰炮及由数据转录造成的短记录现象。

预处理阶段：对三维地震勘探观测系统进行定义，同时要对每束线的实施炮点、检波点进行实际材料图绘制，显示线性动校正初至，检查观测系统定义是否准确。

叠加前干扰压制阶段：检查干扰压制前后的记录中干扰的去除情况。

振幅补偿阶段：检查振幅补偿前后单炮记录，并用DMO 叠加纯波剖面以及叠后随机噪音衰减后纯波剖面进行监控。

反褶积阶段：应用频率扫描、频谱分析方式在反褶积前后进行监控，最后应用DMO 叠加、三维偏移结果分析反褶积处理结果是否合理。

初步叠加阶段：绘制Inline 和Crossline 两个方向的叠加剖面，分析资料分辨率变化情况，找出出现分辨率变化的原因，及时判断处理中是否存在问题。

图3 褶皱在时间剖面、水平时间切片上的反映

速度分析阶段：用NMO 道集检查叠加速度精度，用Inline 和Crossline 两个方向的等速剖面检查速度横向变化的合理性，用叠加速度变速扫描检查叠加效果。并根据地质层位和测井速度检验速度拾取的合理性。

剩余静校正阶段：用NMO 叠加在Inline 和Crossline两个方向检验其结果，并绘制剩余静校正量曲线检查剩余静校正问题的解决效果。

时间偏移阶段：充分用Inline 和Crossline 两个方向的等速剖面检查速度横向变化的合理性。结合本区实际情况，通过与已知资料进行对比分析，检查偏移结果的合理性。

在本次工作资料数据处理中，通过大量的对比试验确定了主要处理模块和参数情况，针对本次勘探区地质特征，选取了适合本区的处理模块和参数，力求能够做到分析详细、全面，测试充分，最终确保了资料的高信噪比和高分辨率，见图1。

图1 资料处理后典型时间剖面

5.3 资料解释技术

5.3.1 常规资料解释

在高质量地震数据体的基础上，采用的三维地震地质构造精细解释技术，首先要通过地质模型正演，对勘探区内的构造规律、地层沉积变化进行拟合，结合试验情况，选用合适的参数用于智能化的解释软件。将获得的不同参数图像进行综合分析，反复研究。通过多属性的处理解释，对以往不利于分辨的小异常有了重新认识，通过多参数、多属性技术手段提高了成果精度。

三维数据体中包含着工地层、构造、煤层、岩性等多种地质信息，资料解释就是选择科学的技术方法结合合适的技术手段将三维数据体内的地震数据信息转换丰富成地质信息的过程，这是一个反复认识、不断深化的过程。在资料解释过程中必须结合井田构造规律、解释经验及已知探明揭露的地质情况不断地深化研究三维数据体内的地震数据信息，见图2-3。

图2 DF4 断层在时间剖面、水平时间切片及顺层切片上的反映

5.3.2 地质异常体（薄煤区）解释

遵照由已知推未知的原则，首先对已知地质资料及钻孔资料进行分析，总结地震相特征；然后将区内其它地段的地震相与之相类比，从而推及全区，圈定其它地段的薄煤区。薄煤区段在地震时间剖面上，主要表现为原波组关系消失，T4 波同相轴变为极弱或消失等，见图4。

图4 薄煤区解释示意图（左图：时间剖面解释，右图：顺层切片解释）

5.3.3 属性解释

针对三维地震地震勘探的特点、煤系地层的沉积特征及所要解决的地质问题，地震属性技术可以进一步提高精细解释程度。煤储层沉积较为稳定，层性特征明显，煤储层上下围岩多为砂岩、砂质泥岩、泥岩等，与煤储层相比有较大的波阻抗差异，发育于煤系地层中的小断层，多表现为反射波同相轴出现扭曲、振幅能量相对减弱、能量的强弱转换等，这为采用地震属性识别小断层奠定了地球物理基础。因而，通过以目标为基础的地震属性分析，可得到发育于煤系地层中表征微小构造或断层特征的构造属性值，使原来解释手段难以认识的地质构造信息得到较好识别，使原来不清晰的地质构造信息得到加强和放大。

针对三维地震地震勘探的特点、煤系地层的沉积特征及所要解决的地质问题，地震属性技术可以进一步提高精细解释程度。煤储层沉积较为稳定，层性特征明显，煤储层上下围岩多为砂岩、砂质泥岩、泥岩等。赋存于煤系地层中的小断层与煤层及围岩在波阻抗上有着明显的差异，其表现特征主要为振幅能量相对较弱，反射波同相轴扭曲等。这是采用属性技术寻找小断层的地球物理勘探基础理论。因而，通过以目标为基础的地震属性分析，可以准确判断发育的较小构造地质特征及构造属性值，这使得以往技术手段难以识别的微差异常更利于辨别，加强和放大了各类地质信息，增强了分辨率。

在认真分析工作区地震解释成果的基础上，对目的层反射波同相轴进行自动追踪，保证地震属性的解释成果不受人为因素影响，能更客观的反映各种异常，生成的属性图件也更加真实可靠。本次三维地震勘探所采用的三维地震属性有：振幅类、方差类、频率类等，从不同角度反映了研究对象的岩性、物性变化及地质异常的变化，这为研究发育于煤层中的构造提供了重要依据，见图5。

图5 属性解释示意图

6 应用效果分析

经过本次高分辨三维地震勘探工作，查明了4 个褶曲构造，解释断层16 条，勘探区北部解释的DF16 断层基本与巷道揭露断层位置相吻合，控制了巷道处断层产状、性质及平面延伸情况，应用效果良好，见图6。

图6 勘探前后构造对比示意图

7 结论

在地形、地貌复杂多样，深部煤层结构也较为复杂的西部地区开展高分辨率三维地震勘探工作，通过我们的实践表明，通过合理分析数据采集难点并制定针对性应对措施，科学设计观测系统和处理流程，采用常规解释与属性精细解释相结合的方法，可以得到较为可靠的的地质成果，提高了地质勘探精度。本项目成功为在此类似地区进行高分辨率的煤田地震勘探提供了技术参考经验，这对于提高煤田三维地震勘探精度，推动发展我国西部煤炭经济是有很大意义的。