三维地震勘探技术在山区复杂地形的应用

牛跟彦

（中煤科工集团西安研究院，陕西省西安市，710077）

三维地震勘探技术在山区复杂地形的应用

牛跟彦

（中煤科工集团西安研究院，陕西省西安市，710077）

针对冯家塔井田地形复杂，局部厚黄土覆盖，表、浅层地震地质条件差等情况，采用科学严谨的野外施工方法保证了三维地震勘探的第一手资料的准确性，数据处理时采用静校正和地表一致性反褶积等处理模块，最大限度提高资料的分辨率，最后使用人机交换的解释系统进行解释成图，取得了较好的地质勘探效果。

三维地震勘探 复杂地形 断层

1 井田概况

冯家塔井田地处陕北黄土高原北部，地表基本被第四系松散沉积物覆盖。地势中、西部高，向北、东、南3个方向变低，海拔标高一般在1000～1100m之间。区内最高点位于井田中部的老畔圪塔，高程1153.3m；最低点位于井田南部的海则庙沟口，高程825.0m。相对高差328.3m。地层自东南向西北，沿黄河西岸、海则庙沟及主要支沟由老而新依次出露古生界奥陶系中统马家沟组，石炭系中统本溪组、上统太原组，二叠系下统山西组、下统下石盒子组、上统上石盒子组、上统石千峰组和中生界三叠系刘家沟组；新生界新近系上新统静乐组、第四系下更新统午城组、中更新统离石组、上更新统马兰组及全新统冲、洪积层等松散沉积物不整合于这些老地层之上，大面积分布于梁、峁和沟谷地带。

含煤地层主要为山西组和太原组，总厚度平均120m左右，共含煤层4～19层，其中可采煤层2～12层。山西组平均厚度40m，含煤层1～6层，自上而下编号为2＃、3＃和4＃煤层。太原组平均厚度80m，含煤层3～14层，自上而下编号为5＃、6＃、7＃、8＃、9－1＃、9－2＃、10－1＃、10－2＃和11＃煤层。井田内可采煤层为2＃、4＃、8＃和9－2＃煤层，其他煤层为次要可采煤层或不稳定煤层。井田包夹于清水川地堑、区域性挠褶带、海则庙沟与黄河之间，边缘地带构造较复杂，但井田内部及首采区构造简单，整体为一向北西倾斜的单斜，地层产状总体较平缓，一般倾角2～9°，但挠褶带及其以西，地层产状急剧变陡，一般倾角达15～30°。根据地质填图和前期地震资料分析，区内地表无较大断层和褶皱存在，在二维地震测线经过处解释和推断出落差在5.2～18.7m之间的隐伏小断层（点）9条，其中大于10m的小断层（点）仅1条，并位于北缘清水川地堑南侧。

2 地球物理特征

（1）表、浅层地震地质条件。冯家塔井田属典型的黄土高原地貌，地形支离破碎，起伏变化大，第四系松散层广泛分布于梁峁和坡地之上，厚度0～150m不等，对地震波的激发接收不利。但沟谷内一般出露基岩或松散层覆盖薄，潜水面一般较高，对激发、接收较为有利，总之表、浅层地震地质条件较差。

（2）深层地震地质条件。区内深部主要为砂岩、泥岩互层夹煤层，沉积稳定。地层倾角小，主煤层厚度2～8m，埋藏深度较浅，多在300m以内。煤层顶底板岩性密度为2.35～2.55g/cm3，与煤层密度为1.42～1.58g/cm3差异较大，煤层的纵波速度为1700～2400m/s，与围岩的纵波速度3300～3800m/s差异较大，因此，可获得较强振幅的反射波，因此本区深层地震地质条件较好。

综合以上情况，表层和浅层的地震地质条件较差，深层地震地质条件较好。

3 施工方法

施工前结合该区表、浅层地震地质条件，深层地震地质条件及复杂地形的特点，为选出最佳施工采集参数，确定合理的施工方案，正确指导野外数据采集，施工前进行了系统的试验工作。首先在勘探区进行了12个低速带厚度调查点的低速带调查工作，针对全区低速带厚度的变化情况以及目的层埋深的变化情况，有针对性地布设了6个试验点，过钻孔布设了一条二维试验线。

对所得的点试验单炮记录和二维线试验所得的地震时间剖面进行了认真细致的分析研究之后，结合地质任务确定了施工的具体参数。

（1）观测系统。观测系统类型：三维观测系统，束状，8线5炮，中点激发。

接收道数：480道（60道×8线）；

接收道距：10m；

接收线距：20m；

炮线（点）距：20m、60m；

叠加次数：20次；

CDP网格：5m×10m；

最小非纵距：10m；

最大非纵距：150m；

最大炮检距：335m。

（2）激发参数。对井深、药量试验的单炮记录进行了对比分析得出：在基岩出露区和第三系红层区5～8m井深所得地震试验资料最好；在薄黄土区覆盖区井深需在15～20m，且以钻入第三系红层2m方能得到较理想的地震记录；厚黄土区由于厚黄土的土质干燥、松散激发能量衰减快，所以井深需25～40m，并且两井组合才能得到煤层有效反射波。

在基岩出露区和第三系红层区所用药量为1.5kg，薄黄土区为2.5kg，厚黄土区为6kg。

（3）接收参数。仪器采用加拿大Arise遥测数字地震仪和自然频率为60Hz检波器，检波器3个串联、堆放接收。接收记录长度1s，采样间隔1ms，全频带接收。

4 三维地震勘探数据处理与解释

资料处理设备为PC－CLUSTER机群，处理软件主要有法国CGG处理系统和国内的GRISYS系统。在详细分析了原始资料特点，本着“高信噪比、高分辨率、高保真度”的原则，经过对处理模块和参数的反复试验，尤其针对该区地形复杂，表、浅层地球物理特征差的情况，在线性动校正、折射波静校正、反褶积测试、速度分析和三维剩余静校正等重要技术环节方面，进行了大量的试验和反复的对比，最终取得了理想的三维数据体，处理后的偏移时间剖面如图1所示。

图1 偏移时间剖面

地震资料解释是利用美国斯仑贝谢（Geo－Frame）地震解释软件，在偏移数据体上进行解释，首先利用钻孔测井资料制作人工合成地震记录，根据抽层结果确定各反射波组的地质层性，将地震反射波与地下地质目的层联系起来，在整个三维数据体中，以人工解释为基础、工作站人机联作解释为工具，由粗到细逐步进行解释。

（1）断层的解释。在时间剖面上解释断层断点的依据为煤层反射波同相轴错断、分叉合并、扭曲及同相轴产生突变等，认为5m左右的小断层在巷道掘进过程中影响较大，在解释过程中采用处理性解释软件对小断层进行了认真的分析解释后，新发现了9条断层，否定了以前二维地震勘探解释断点4个。图2是新发现断层之一DF1断层在时间剖面上表现小断层特征的扭曲反映，图3是否定以前二维地震勘探解释落差9m的F101断点，从时间剖面上看出煤层反射波同相轴连续性完好、无断点特征的表现。

（2）主采煤层赋存形态和深度的解释。在构造解释的基础上，由工作站绘图系统将拾取的目的层反射波时间值，经网格化及平滑处理后自动绘制出等时平面图。然后，利用速度研究的结果由绘图软件进行时深转换，并将深度数据进行网格化和平滑处理及局部人工干预修饰，自动绘制主采煤层底板等高线图。

（3）主采煤层煤厚变化趋势的解释。对煤层煤厚变化趋势的检测，传统的方法是借助钻孔资料进行类比、内插而获得。对于单个钻孔，煤厚数据是准确的。然而在任何勘探区内，钻孔的数量是有限的，往往孔距都比较大，其内插煤厚值的可信度很低。本次解释在利用已知钻孔的基础上采用近年使用比较成熟的以模型为基础的稀疏脉冲波阻抗反演方法预测了各主采煤层厚度变化趋势。

5 结论

（1）查明了测区内主要可采煤层的赋存形态和深度。

（2）查明了区内落差大于5m的断层，也对0～5m的断层或断点进行了解释。全区共解释断层9条，全为新发现正断层，并否定了原二维地震勘探解释的F101、F102、F103和F308断点。

（3）结合钻孔利用波阻抗反演预测了各主采煤层厚度变化趋势。

本次三维地震勘探，在原有地质资料的基础上，边解释边验证，取得了较可靠的地震地质成果。对断层的解释采用了多种分析手段，矿方在综合分析了已知地质资料和三维地震解释的资料后及时调整了工作面的布置，三维地震勘探成果为矿井布局和安全生产提供了强有力的地质保障。

［1］ 卫学忠，王真，许崇宝.黄土覆盖丘陵地区地震资料处理技术［J］.煤炭技术，2008（2）

［2］ 魏健，杜继国.典型地质构造的地震波特征及断层的量化预测［J］.中国煤炭，2010（5）

［3］ 赵士华，胡朝元，称增庆.断层显微分辨率及其它地震解释方法［J］.煤田地质与勘探，2004（4）

Application of 3D seismic prospecting in complicated mountain area

Niu Genyan
（Xi＇an Research Institute of China Coal Technology ＆Engineering Group Corp，Xi＇an，Shaanxi 710077，China）

The surface terrain of Fengjiata coalmine field is very complicated，part of this area is covered by huge thick loess，and the seismic geological condition here in surface and shallow layer is bad.In this paper，a rigorous and scientific data acquisition method was adapted to ensure the high quality of 3Dseismic data on this complicated area.In data process step，static correction and surface consistent models was used to improve data resolution to the best limit.And finally adopted man－machine interactive interpretation system to interpret seismic data.This prospection has achieved relatively good geologic prospecting effect.

3Dseismic prospecting，complicated surface terrain，fault

P631.4

B

牛跟彦（1977－），男，甘肃通渭人，2002年毕业于长安大学地测学院应用地球物理专业，工程师，现在中煤科工集团西安研究院从事煤田地质勘探工作。

（责任编辑 张毅玲）