地震勘探技术在准东煤田的应用

葛栋锋

（新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局 第九地质大队，新疆 乌鲁木齐 830000）

0 引 言

准东煤田位于新疆准噶尔盆地东部北缘，克拉美丽山山前拗陷，地跨吉木萨尔县、奇台县和木垒3 县，东西长240 km，南北宽30 km，侏罗系煤层赋存面积约6 000 km2，探获煤炭资源总量2 456 亿t，是我国重要的能源基地，产生了重大的经济和社会效益[1]。2005 年至今，新疆地矿局第九地质大队开展了大量的煤田地质勘查工作，其中地震物探部分由山东煤田地质局物探测量队承担，共完成了二维地震13 760 km，三维地震314 km2。在准东煤田勘查中，提高了工作效率，很好的指导了煤田勘查工作，充分显示了二维、三维地震勘探技术优势，取得了良好的地震勘探效果。结合大量前期勘查成果[2-5]和前人对局部开展的研究成果[6-9]，本文对整个准东煤田地震勘探工作进了整理分析，研究总结整装煤田地震勘探技术应用的良好的经验。

1 地震地质条件

1.1 地表条件

准东煤田地表条件复杂，地势总体为南北高、中部低，部分区段地形起伏较大。地形、地貌及表层岩性条件变化大，主要为戈壁、沙丘地(沙垄)、沙漠、沼泽、盐碱地地形地貌。大部分区域水系不发育；土壤类型主要为灰漠土和风沙土，局部区域有新近系独山子组、白垩系下统吐谷鲁群和侏罗系中—上统石树沟群出露地表；植被总体来说不发育，部分地区有灌木稀疏发育，主要植物种类为梭梭柴和骆驼刺等耐旱植物，沙垄最大高度达数十米，这给行车和钻机成孔带来较大困难。准东煤田属大陆干旱荒漠气候，夏季炎热，冬季寒冷，无地表水，常年大风等恶劣自然条件对野外施工进度和记录品质都有不利影响。因此，地表条件较差。

1.2 浅层地震地质条件

准东煤田大部分地区无潜水，表层被第四系地层所覆盖，局部区域有新近系独山子组、白垩系下统吐谷鲁群和侏罗系中—上统石树沟群及侏罗系中统西山窑组出露地表。松散的第四系地层对地震波高频成分有较严重的吸收衰减作用，影响数据采集的质量。新近系地层与下伏的侏罗系中上统石树沟群地层角度不整合接触，在部分区域二者的物性差异不大，获得TN 反射波能量一般偏弱，连续性偏差；部分区段有西山窑组出露区，因煤层火烧形成大面积的烧变岩区，烧变岩区岩石破碎，裂隙发育，是地下水运移通道和储存部位，地震响应效果差。因此，该区浅层地震地质条件变化大。

1.3 中深部地震地质条件

准东煤田的含煤岩组主要为侏罗系西山窑组、八道湾组，煤层赋存条件较好，勘查区的构造较简单，地层倾角较缓，多在1°~12°，局部地段达到20°，地震响应较好，主要目的层埋藏深度在150 ～1 000 m。煤层顶底板岩性、岩相组合特征清楚，物性差异明显，能形成能量强的反射波，局部煤层层数多厚度大，间距较小，从而形成复合反射波。由于上部煤层的屏蔽作用，下部煤层的反射波部分地段能量较弱。部分地区煤层为厚—巨厚煤层，结构简单，煤层顶、底界面均能形成连续性较好、能量较强的反射波；部分地区存在煤层分叉现象；部分地区煤层结构变化较大，由厚—巨厚的简单煤层结构突变为多煤层结构，导致煤层层数多，夹矸多为炭质泥岩、泥岩，夹矸与煤层的波阻抗差异较小。因此，煤层形成反射波多为复合波，波组特征变化较大，各反射波间关系复杂，时间剖面品质有所下降，增加了对煤层的对比解释难度。因此，中深部地震地质条件好。

2 野外数据采集及技术措施

由于地震地质条件多变，在准东煤田开展地震勘探工作需要遵循以下几条原则：①试验工作要充分，通过分析以往地质资料和邻区工作成果，借鉴以往施工经验，在正式生产前要进行较充分的试验工作，然后再根据试验结论对本设计进行优化；②仪器性能稳定，表、浅层地震地质条件较差地区，为了取得可靠的资料，采用大动态范围较大、性能稳定的数字地震仪；③选择好激发层位，避免在浅层波阻抗差异大的分界面上方激发，以免产生浅层折射鸣震，为有效压制声波，放炮前要注意炮井的填埋；④压制高频干扰背景，如有组合检波、多次叠加、深埋检波器、加大激发能量、刮大风不施工等等很多行之有效的方法；⑤提高有效覆盖次数，目的层埋藏深度变化较大，采用适应不同深度的观测系统和接收范围，以尽量提高有效覆盖次数，确保获得信噪比较高的资料；⑥加强现场监视，建立现场资料处理工作站，进行现场处理和剖面分析，以便更好地进行质量监控；⑦静校正是资料处理的关键问题，要注意取全取准静校正基础资料，正确选取基准面和静校正方法；⑧采取针对性处理措施，在一般常规处理的基础上，强调做好地表一致性反褶积和初至折射静校正以及DMO、叠后偏移。叠前处理要充分注意单炮的净化，处理中对所选每个模块和参数的作用及效果进行充分试验，做到每个所选模块和参数均有明显效果。

3 地震资料处理

准东煤田资料处理要解决的突出问题主要有静校正、波形一致性校正、速度分析、偏移归位、如何提高分辨率等。自2005 年起，准东煤田开始进行地震勘探，就引入现场地震处理技术。野外地震数据采集现场配置了数据处理工作站，现场处理时，在及时处理当天施工地震资料的同时，以先期施工测线对滤波、反褶积、初至折射静校正等，对主要处理模块及处理参数进行了详细的分析和测试，监视野外施工质量，为室内处理提供依据。由于准东煤田煤层层数多，煤层结构变化复杂，因此要提高地震勘探的分辨率，尤其是纵向分辨率。提高分辨率也是数据处理阶段的重要课题。为一阶段提高分辨具有重要作用，在数据采集阶段不能达到目的只有通过数据处理来实现。目前，提高分辨率的主要措施有数字滤波、反褶积、子波处理、谱白化等，另外，提高水平分辨主要依靠偏移技术。

4 地震资料解释

4.1 反射波的对比追踪

4.1.1 反射波的标定

地震资料的解释首先就是地震反射波的标定，确立地层特别是主要目的层与其地震反射波的对应关系[10]。煤层反射波是煤层与其围岩共同作用的结果，煤层反射波除与煤层厚度有关外，还与上下围岩岩性及其厚度有关。反射波正负相位与地层，波峰、波谷与煤层顶界面不一一对应，因而相邻地层反射波的波至时间只大致反映地层的间距。采用合成地震记录的方法（图1），利用测井密度和声波计算地层界面反射系数，利用地震剖面提取地震子波，正演井旁地震记录，与井旁时间剖面对比，确定煤层反射波的地质属性（图2）。通过合成地震记录的标定地质层位，证实了在解释中地震资料分析认识的正确性。通过研究区的人工合成地震记录，与井旁地震时间剖面对比，确定主要地震波的地质意义。

图1 人工合成地震记录Fig.1 Synthetic seismic record

图2 煤层反射波与钻孔柱状对比示意Fig.2 Comparison between coal seam reflection wave and drilling hole columnar

4.1.2 标准波的选择与对比

将地震时间剖面上反射波能量强、信噪比高、连续性好、地质意义明确的反射波定为标准，以及主要辅助波。对比时以主采煤层反射波为主，以强相位对比为原则，结合波形、波组特征进行追踪对比。进行对比时不同的反射波用不同的颜色标注。

4.1.3 时间剖面的闭合

相交时间剖面同相轴的闭合差产生的原因主要有：测线方向与地形起伏变化不一致、测线方向与目的层起伏变化不一致造成的叠加效果差异；叠代的低速带速度与厚度、替代速度不准造成各向异性；两个方向的激发接收效果差异等。采用整道闭合的方法，首先按同相轴的地质属性追踪各目的层对应的反射波同相轴，拾取相应的时间差孔旁闭合时间差，再按平面上闭合差的分布及时间剖面的分析确定其它交点的校正量。其次确定校正的区间和边界值，沿测线方向以线性或非线性方法内插，把所得到的闭合差值加到测线层位t0值上即得到新的闭合的双程时间。通常采用以上方法对地震时间剖面进行闭合差校正的，得到的速度曲线拟合（图3），绘制的t0形态反映比较合理。

图3 不同煤层时间－深度曲线示意Fig.3 Time-depth curves of different coal seams

4.2 速度分析

4.2.1 煤层速度分析

煤层速度需要利用井旁时间和煤层厚度求取，但对于小于1/4 波长的煤层间距，由于顶底反射波相干涉，不能以此求煤层速度。无论是煤层还是地层的厚度解释，都需要有相对独立的地震响应。薄层的地震响应在顶底板复合波不受外在影响时，其厚度与反射波振幅成近似线性关系。

准东煤田煤层速度依据煤层顶板反射波和底板反射波时差与煤厚求取，得到煤厚与时间对应关系曲线，表明煤层速度比较稳定，基本在2 300 ~ 2 350 m/s，其中离散较大的点可能是由于煤层结构原因造成的。上述曲线是此次厚煤层厚度解释的基础资料之一。

4.2.2 时深转换速度分析

利用综合速度分析得到层位时深转换速度平面图，网格化后得到每一个点的离散速度，将该速度、层位及断层解释后得到该层位的t0值，经离散化的半程时间相乘，得到目的层在该点的垂向深度。利用工作站计算整个层位后，即将该层由时间域转换为空间域。

4.2.3 时深转换

在工作站上进行层位解释后，把层位数据按测线输入微机，利用时深转换速度进行时深转换。由于反射波为地层界面的法向反射时间，因而时深转换首先需进行空间归位。该区利用梯度法进行归位，利用邻近点反射时间计算中间点的地层倾角θ、方位角ψ，计算反射点深度h、真倾向偏移量x，进行偏移归位（图4）。

图4 反射点偏移归位Fig.4 Reflection point offset homing

5 地震地质成果

5.1 构造成果

利用煤层反射波，辅以其它可追踪对比的反射波，在工作站上对全区地震资料进行追踪对比，对比在叠加剖面上进行，在测线交点上采用整道波形闭合的方法，消除局部异常或干扰波带来的假象。断层在地震时间剖面上表现为同相轴错断、扭曲、强相位转换等特征（图5）。当表层速度变化不大时，煤层褶曲形态在时间剖面上得到直观地反映。（图6）。进行时深转换后，地震数据由时间域变为空间域，即反应主要目的层的构造形态。

图5 断层在时间剖面上的显示Fig.5 The display of fault on time profile

图6 煤层褶曲在时间剖面上的显示Fig.6 The display of coal seam fold on time profile

5.2 断层的组合

根据区域构造规律，构筑研究区的构造框架，以确定断层的空间展布形态。将相邻时间剖面上位置相近，性质相同，落差相当或落差有规律变化的断点组合成同一条断层，形成主要目的层的断裂构造。

5.3 煤层宏观结构

结合钻探成果，利用该煤层反射波，辅以其它可追踪对比的反射波，在工作站上对全区地震资料进行追踪对比，解释煤层厚度变化、沉缺、剥蚀等宏观结构，并结合地质钻探验证控制，取得了良好效果。

5.4 图件制作

5.4.1 煤层反射波t0等时线图

在工作站上建立工区，加载经过基准面校正处理的二维地震时间剖面，以利用钻孔合成记录标定的煤层反射波作为标准波，对地震剖面进行对比解释，形成整个工区的反射波层位数据，经过网格化形成本区的煤层（底板） 反射波t0等时线图，然后输入到微机按标准图例进行编辑，标注测线和钻孔数据，形成主要煤层反射波的t0等时线图。

5.4.2 煤层底板等高线图

利用煤层底板反射波t0值经时深转换后得到静校正基准面下的该煤层底板深度值。一个点的真深度值为基准面下的深度加上地表高程与基准面的差，这样就避免了表层地形起伏对等深线地形的影响。由深度值减去静校正基准面得到标高值，最终绘制出该煤层底板等高线图。

5.4.3 构造控制程度图

计算出煤层底板等深线后，与基准面标高相减得到煤层底板标高值，投放到平面相应位置上，绘制煤层底板等高线图。

5.4.4 地震地质剖面图

地震地质剖面图上，层位底板深度由计算机直接从各等高线图上自动拾取，经人工编辑后形成。

6 结 论

（1） 准东煤田的地震勘探从一开始就密切与钻探相配合，在优先施工地震参数孔，取得物性参数，及地震初步解释成果资料的基础上，不断优化钻探施工方案，降低了钻探施工风险，节约了施工成本。

（2） 采用波阻抗反演技术解释煤层厚度及煤层结构，对煤层分叉、合并部位运用地震结合钻孔验证的方式给予控制，提高了工程勘查的有效性。

（3） 通过地震资料处理与数据采集和资料解释同步进行，解释煤层构造起伏形态、宏观结构、赋存范围及厚度变化，绘制t0等时线图、煤层底板等高线图、地震地质剖面图等，取得了良好的效果。