吉新煤矿三维地震勘探层位标定与时-深转换方法

汤红伟,　邹云超

(中煤科工集团 西安研究院, 西安 710077)



吉新煤矿三维地震勘探层位标定与时-深转换方法

汤红伟,邹云超

(中煤科工集团 西安研究院, 西安 710077)

针对一些特殊矿区因钻孔数量稀少、不能实现三维地震资料有效解释的情况，利用地质模型的正演模拟，提出一种地震反射波地质层位涵义标定方法及时-深转换方法，预测吉新煤矿煤层底板深度。钻探与巷道资料验证结果表明，6#煤层的底板深度为489 m，与文中方法预测结果吻合；正演模拟技术能够正确指导地质层位标定，叠加速度体的充分利用有效提高了底板标高精度。

三维地震勘探; 资料解释; 正演模拟; 层位标定； 时-深转换

0　引　言

煤炭是我国的主要能源,占我国一次能源储量的70%,到2050年煤炭仍将是我国的主要能源(至少占50%)。虽然我国煤炭资源丰富,但勘探程度低且地理分布极不平衡。近年来,随着煤矿高产高效的需要,对复杂区域及精细地质勘探的要求日益提高,以成本较低的高分辨率地震勘探技术为基础的煤矿采区地震勘探,成为详细查明小断层、小褶曲、陷落柱、采空区、煤层冲刷带及厚度变化等重要地质资料的有效手段。我国中西部煤炭资源占全国煤炭资源保有储量的三分之二,但是西部地区复杂的地表、地貌条件严重地影响了地震勘探的激发与接收,复杂的地下结构严重地影响了地震资料的正确成像,钻孔密度小(有些勘探区只进行过预查后就立刻进行了三维地震勘探工作)给地震反射波地质涵义[1]标定带来较大的困难,同时,钻孔密度小及地层速度横向变化剧烈也会严重影响时-深转换的精度。针对这一情况,笔者利用地质模型正演模拟,提出一种地震反射波地质层位标定方法,为钻孔资料稀少区域的地震资料解释提供了参考。

1　勘探区概况与数据处理

1.1勘探区概况

吉新煤矿位于新疆维吾尔自治区吉木萨尔县境内,由原红山洼煤矿、安信煤矿、石场沟吉新煤矿三个地方煤矿组成。露头及采掘资料显示,勘探区地层由老至新有下侏罗统八道湾上亚组、第四系。含煤地层为下侏罗统八道湾组,主要可采煤层为7#、6#、4#、3#四个煤层,煤层厚度分别为3．0～6.0、10.0～18.0、1.5～5.0、1.9～3.0 m,7#煤层底板至6#煤层顶板间距10～25 m,6#煤层底板至4#煤层顶板间距约25 m,4#煤层底板至3#煤层煤层顶板间距约1 m。煤层埋藏深度100～450 m,地层倾角25°左右。

1.2野外资料采集及处理

采用束状6线3炮制观测系统进行数据采集,共完成施工线束16束,生产物理点5 228个,其中甲级品3 357张,占64.21%,乙级品1 834张,占35.08%,废品37张,占0.71%,取得了较好的原始资料。

采集的三维地震数据,采用法国CGG软件进行处理。应用的主要处理模块有初至折射静校正、地表一致性反褶积、速度分析、剩余静校正、偏移等，得到偏移数据体、叠加数据体各一个。按照MT/T 897—2000《煤炭煤层气地震勘探规范》 ,对此次三维地震数据处理所获得的偏移地震时间剖面抽取40 m×80 m的网格进行评级,I类剖面占总剖面长度的76.65%;II类剖面占总剖面长度的15.4%;III类剖面占总剖面长度的7.95%;I+II类剖面占总剖面长度的92.05%。以上数据说明资料处理的结果可靠,为取得较可靠的地质成果奠定了基础。

2　分析与验证

常规三维地震资料解释,首先是根据区内钻孔资料制作合成记录进行层位标定,然后根据解释的层位关系以及呈现的构造特征进行构造解释,最后进行时-深转换,得到所需要的相关成果图件[2]。

2.1层位标定

常见的层位标定方法主要有VSP桥式连接、邻近地震引层、人工合成记录、时-深转换尺四种,四种方法均以钻孔资料为基础。但该区缺乏钻孔资料,以上方法均不能实现此勘探区的层位标定,为此,通过建立地质模型的方式来进行层位标定。首先,根据岩层露头及实际揭露资料,建立勘探区的地质模型(图1),然后应用正演模拟技术进行模拟分析,将模拟结果与实际地震时间剖面进行对比,并根据实际地震时间剖面不断修正地质模型,直至模拟结果与实际地震剖面完全一致,再根据模拟的结果确定出反射波地质涵义(图2)。图3是勘探区的标准时间剖面,对比图2与图3,认为标定结果符合实际情况。根据相邻地震道反射波的波形相似性、同相性、连续性、振幅和频率特征及多波组之间的相互关系等多种参数对全区进行对比和追踪。对不能在全区连续追踪的反射波进行局部对比。

图1　勘探区简易地质模型

图2　模型的合成记录

图3　勘探区标准时间剖面

2.2断层解释

在地震时间剖面上,解释断点的依据为反射波(波组)同相轴的错断、分叉合并、扭曲及同相轴产状突变等。同时可以利用水平时间切片对解释的断点进行验证。断点解释完毕后根据相邻地震时间剖面上的断点显示特征、相邻断点落差变化情况进行断层组合。该区共组合断层45条,其中,落差>20 m的断层6条,10～20 m的7条,5～10 m的21条,0～5 m的11条。

2.3底板深度预测

2.3.1时-深转换

时-深转换是将等时线平面图转换成等深线平面图的过程,即将平面上各点的速度均乘以平面图上反射时间的二分之一,得出深度平面图[3]。时-深转换的基础公式为

式中:h——目的层深度;

t0——反射时间。

在进行时-深转换时,需要利用区内已知的钻孔或巷道标高,进行速度标定,反算出该处的地震波传播速度,建立全区的地震波空间速度场(一般要求已知点分布均匀),以供各层时-深转换使用[1,4]。但该区缺乏钻孔资料,只在勘探区的浅部存在巷道揭露点,如果仅应用这些揭露点的资料进行速度求取,深部的速度变化可能难以控制。因此,先采用第一种预测方法,即应用巷道标高点作为已知点进行时-深转换,得到煤层底板等高线图,对底板等高线图、煤层反射波等时图进行对比分析,认为煤层底板等高线的变化趋势基本与煤层反射波等时图相同时便可[5-6],但此方法得到的底板深度误差难以确定。为此,又采用了第二种方法进行时-深转换。在资料处理过程时,按照100 m×100 m的网格进行速度分析,如果这些分析准确,相当于地面布置了100 m×100 m的钻孔[7]。基于这种假设首先采用DMO速度建立沿目的煤层的层速度场,然后读取巷道揭露位置的层速度与平均速度,利用平均速度除以该处的层速度,得到一个速度系数,再勾绘出速度系数平面图,然后用其值乘以层速度,得到平均速度平面图[8-9]。这样即可得到煤层底板等高线图。按照两种方法分别预测了6#煤四口勘探井的底板深度(h)，如表1所示。从表1可以看出,两种方法预测的底板深度差异较大。

表1　预测的煤层底板深度

2.3.2结果对比

为比较两种时-深转换方法的精度,对揭露的6#煤层的底板深度与预测误差进行统计,结果见表2。

表2　6#煤层底板深度与预测误差对比

由表2可以看出,利用方法一预测的煤层底板深度误差大于5.0%,利用方法二预测的煤层底板深度误差小于2.5%,故认为方法一的预测结果不可靠。应用方法二,在加密钻孔的基础上再次进行了时-深转换,利用转换结果预测A3的钻孔深度为485 m。

2.4实际验证

经后期钻探资料验证,A3钻孔的6#煤层底板深度为489 m,使用第二种方法两次预测的误差小于1%。同时经过巷道探测资料验证,煤层底板深度误差均不大于1.5%；两条落差7 m的断层平面摆动误差在10 m左右。从验证结果看，断层和底板深度的预测结果均控制在合同及规范要求的范围之内。

3　结束语

速度参数和成图方法的选取对于提高三维地震勘探精度是十分重要的。文中利用地质模型正演模型技术提出地震反射波地质层位涵义标定方法及时-深转换方法。应用效果表明，在钻孔资料稀少(缺乏)区域应用正演模拟技术确定反射波地质层位的方法是可行的,利用叠加速度体进行时-深转换的方法可以提高煤层底板标高的精度。

[1]赵镨, 杨艳珍, 艾劲松. 煤炭三维地震勘探时-深转换误差分析及对策[J]. 中国煤田地质, 2006, 18(4): 49-52.

[2]黄兆辉, 底青云, 唐必锐, 等. 速度控制点法在川东高陡构造时-深转换中的应用[J]. 地球物理学进展, 2008, 23(3): 717-721.

[3]左龙凭, 李铁, 刘丽. 两种平均速度提取方法的比较及应用[J]. 新疆石油地质, 2000, 21(1): 30-33.

[4]马海珍, 雍学善, 杨午阳, 等. 地震速度场建立与变速构造成图的一种方法[J]. 石油地球物理勘探, 2002, 37(1): 53-59.

[5]梁顺军, 张晓斌, 肖军, 等. 地震解释井位跟踪分析[J]. 石油地球物理勘探, 2012, 47(2): 315-322.

[6]梁顺军, 肖宇, 杨晓, 等. 库车拗陷盐相关构造建模新进展[J]. 中国石油勘探, 2010, 15(6): 10-20.

[7]陈守田, 王建民, 刘杰烈, 等. 海拉尔盆地岩性地震勘探资料解释技术[J]. 天然气工业, 2007(Z1): 33-37.

[8]杨举勇, 徐峰, 施海峰. 塔里木山地地震测线部署与采集参数设计原则[J]. 石油地球物理勘探, 2003, 38(3): 221-225.

[9]白振瑞, 张亚雄, 宋建平, 等. 地震综合解释技术在尼日尔三角洲盆地STUBB CREEK区块中的应用[J]. 石油地质与工程, 2012, 34(1): 45-59.

(编辑荀海鑫)

3D seismic exploration horizon calibrate and time-depth conversion in Jixin coal mine

TANGHongwei,ZOUYunchao

(Xi’an Research Institute of China Coal Technology & Engineering Group Corp., Xi’an 710077, China)

Aimed at overcoming the failure to interpret 3D seismic data effectively due to fewer boreholes in some special fields, this paper, based on the simulation of geological model, proposes the calibration method for corresponding geological layer meaning with the seismic reflection and time-depth conversion and the prediction of coal floor depth of Jixin coal mine. The real drilling and roadway data verify that 6#coal floor is 489 m deep, consistent with the prediction results produced by the proposed way. The forward simulation technique allows the correct calibration for geological horizon and the full utilization of staking velocity volume enables an effectively improved interpretation precision of coal floor depth.

3D seismic exploration; data interpretation; forward modeling; horizon calibrate; time-depth conversion

2013-05-30

中煤科工集团西安研究院创新基金项目(2013XAYCX019)

汤红伟(1980-)，女，河南省信阳人，助理研究员,博士，研究方向：三维地震勘探技术,E-mail:tanghongwei@cctegxian.com。

10.3969/j.issn.1671-0118.2013.04.023

P631.4

1671-0118(2013)04-0405-04

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