基于高密度三维地震勘探技术的断层识别

2022-07-02刘增平

能源与环境 2022年3期

刘增平

（山东能源淄矿集团地质测量部山东淄博 255120）

0 引言

煤炭开采矿区往往断层、褶皱发育，煤层破坏严重，且地质构造易形成导水通道以及瓦斯突出。煤层中存在的小断层，常是诱发安全事故的重要因素［1］。随着地质勘探目标的复杂化和勘探要求的精准化、细致化，很多地区的地质任务明确要求查明区内落差≥3 m 的断层，其平面摆动误差＜15 m，并对断层发育高度进行控制，对落差＜3 m 的断层、断点尽力查找并标出。而传统的三维地震勘探技术逐渐难以满足高精度地质任务的要求。高密度三维地震勘探技术具有高空间采样密度、高分辨率等优点，在石油勘探、煤田勘探和其他矿产勘探方面得到了大量的成果应用。本文介绍基于高密度三维地震勘探技术的断层识别工作，以期对煤田断层的识别具有一定的指导意义和参考价值。

1 高密度三维地震勘探技术

1.1 技术原理

1988 年，Ongkiehong 提出了通过减小道间距离、提高采样密度来减小由检波器组合带来的误差；2002 年，Pecholcsp 提出了“未授权采集”技术和“高密度采集”的概念；2003 年，我国首次在济阳坳陷垦71 井区实施了20 km2的高密度三维地震勘探［2］。高密度三维地震勘探技术以高密度采集和数字检波器接收为主要特征。高密度采集是通过提高空间采样率以实现地震波场的无假频采样，无论是有用信号还是噪声都能被全面、高保真地记录下来，利于后续有效信号恢复及噪声去除。通过加密空间采样，采用小面元、高覆盖次数、宽方位的观测系统，提高了三维地震资料的信噪比和分辨率，可为落差较小断层的识别和解释提供高质量的原始资料［3-4］。

1.2 数据采集

数据采集方面，高密度三维地震勘探的观测系统相比较于常规三维地震勘探，多采用多线宽方位采集即横纵比>0.5，可以接收更多来自横向的信息。对于地质构造发育复杂地区，布线方式更为灵活，能够找到合适的布线方向，从而减少后期偏移成像的难度。

高密度三维地震勘探采集的小面元特点，使得面元尺寸较于常规面元更小，一般采用5 m×5 m 的面元，面元内炮点更为密集，可以得到横纵向上具有相似数据密度的地震数据，增加了横向信息的收集，提高了地震资料的分辨率。

高覆盖次数有利于后期数据处理。在进行地震数据处理时，叠加次数可以有效提高资料的信噪比，资料信噪比与叠加次数呈正相关。高密度三维地震勘探的地震资料相较于常规地震资料具有更高的信噪比［5］。

1.3 数据处理和解释

原始观测数据在整理之后，首先进行畸变数据的剔除与校正。结合地质任务，处理工作主要围绕静校正处理技术、保幅去噪处理技术、逐步拓频处理和高精度成像处理技术等5个方面展开。高密度三维地震勘探数据处理和解释的常用流程如图1 所示。

图1 数据处理和资料解释流程

2 应用实例

2.1 地质概况

某矿区为全隐蔽式华北型石炭二叠系含煤地层，地层由老到新发育有奥陶纪马家沟群，石炭—二叠纪月门沟群本溪组、太原组、山西组，二叠纪石盒子群，侏罗—白垩纪淄博群三台组及第四纪地层。矿区整体位于华北地台鲁西台背斜的西南缘，在鲁西南断块凹陷济宁地堑的东部。嘉祥支断层纵穿井田南北，西界北部为XF9断层，南界为F1断层，西南部为FH1层滑断层，由之构成本区条带断块构造特征。受区域性断层的影响和控制，区内次级构造以近南北向、北北东向断层为主，以北北东向断层居多，局部也存有少量的东西向断层。

2.2 资料采集和处理

为了获得高信噪比的地震资料，在数据采集之前，对激发参数和接收道距、最大炮检距、覆盖次数等采集参数进行了试验。经过论证，观测系统采用规则线束状16 线10 炮中间激发，2 560 道接收，检波线距100 m，接收道距10 m，满覆盖次数64 次，CDP 网格5 m×5 m，测区采用井深17 m。仪器采用428XL 多道遥测数字地震仪，记录长度为2.0 s，记录格式为SEG-Y，采样间隔为0.5 ms，接收道数为2 560 道。

对原始资料进行分析并结合该区的地质资料，可以看出该区目的层埋藏较深、有效反射信号弱，同时干扰波发育、波场复杂，需要做好叠前去噪工作，保护和加强上侏罗统以下的弱反射信号；煤矿资料属于典型的浅层高分辨率处理，浅层资料对速度的变化非常敏感，需要提高速度分析精度；偏移成像与速度建模迭代能有效精确识别构造复杂的地下褶曲，提高成像精度。数据处理前的地震剖面和数据处理后的叠前时间偏移剖面如图2 和图3 所示。地震数据处理之后，地震资料的分辨率较高，同相轴较为连续，有利于后续断层的解释。

图2 数据处理前的地震剖面图

图3 数据处理后的叠前时间偏移剖面

2.3 断层识别

本次高密度三维地震勘探查明了区内3 煤层中落差≥3 m的断层，全区3 煤层共解释断层68 条，全为正断层，其中落差≥5 m 的断层53 条。断层走向以北北东、北西、北西西和北东向为主，其中北北东向断层30 条，北西向断层13 条，北西西向断层8 条，北东向断层7 条，其它方向断层共计10 条。图4～图6 是断层在地震剖面上的显示。