地震勘探技术在裴沟矿31采区的应用

孙立新

(山东省煤田地质局物探测量队, 山东 泰安 271021)

地震勘探技术在裴沟矿31采区的应用

孙立新

(山东省煤田地质局物探测量队, 山东 泰安 271021)

在山区地震勘探中，由于复杂多变的岩性及地表的剧烈起伏影响地震成像的品质，本文以裴沟矿井31采区为例，首先在数据采集阶段针对不同地表条件采用不同设备成孔，保证原始数据质量；其次在资料处理阶段通过“两步”静校正方法解决山区高程及岩性变化引起的成像问题，获得高质量的处理成果。经过矿井生产的初步验证可知，所采用的技术手段正确，所取得的地质成果精度较高。

山区勘探；浮动基准面；采集参数；静校正；同相叠加

0 引言

随着勘探的不断深入，平原地区的勘探范围逐步缩小，勘探方向逐渐转向西部偏远地区和复杂地形的山区，由于山区地表高程变化剧烈，地表出露岩性复杂，近地表速度很高，且变化剧烈，为了获得较好的地震资料，使人们不得不改变原来平原地区对地震传播规律的认识。首先，地形起伏导致严重的静校正问题，其次是种类繁多的干扰波，第三是复杂的近地表速度结构和地形造成同一反射波形特征不一致。因此综合分析复杂地表条件下的地震波场特征[1]，了解近地表各因素在地震传播中的影响，是获得较好的地震资料的关键所在。本文以新密市裴沟矿井31采区为例，主要通过分析勘探区内典型的起伏地表、资料采集参数及处理中所采用的主要措施等，获得了较好的地震资料。

1 裴沟矿井地震地质条件

裴沟矿井位于郑州市西南35 km，新密市东南8.5 km。本区为新生界全掩盖的低山丘陵地形地貌，地表第四系冲沟发育，沟内局部出露有二叠系风化的砂岩、砂质泥岩。第四系黄土厚度0～20 m不均，但潜水位埋深较大，浅层地震地质条件变化较大，给野外数据采集带来较大的困难，所获得的地震波信噪比低，影响采集质量[2]。具体表现在以下几个方面：

(1)纵横向激发岩性多变，为灰岩、粗砂岩和原生黄土[3]或极其致密泥岩等，使得成孔费用高，时效低。

(2)沟壑纵横，使得施工交通不便，有些钻孔不能到位，使得覆盖次数不均匀。

(3)山区浅层地震地质条件变化不一，大致可分为3个类型：岩石出露区(灰岩、砂质泥岩、泥岩等)，坡积物堆积区(松散砾石覆盖、碎石等)，黄土覆盖区(浅层黄土或中厚层黄土)。在不同类型的激发层位中激发，目的层反射波的特征及信噪比有很大差别，因而在山区施工选择合理的激发方式和激发层位是很重要的。

2 野外数据采集方法

由于地面条件复杂，在全区选择了具有代表性的8个地段，分别进行了激发和接收条件的对比试验，经过认真的对比分析及统计，形成了全区范围内最佳激发井深平面分布图，采用机械钻机和手板钻2种成孔设备，针对本区不同的地表条件总结如下。典型三维地震勘探单炮记录见图1。

(1)厚黄土覆盖区,采用手板钻成孔单井激发，打到基岩面为准或在黄土中激发。

(2)薄黄土覆盖区, 采用机械钻机成孔，打到基岩面以下0.5 m。

(3)在一些黄土层较薄或坡积物堆积区，地面起伏不平钻机无法施工地带，采用人工成孔或洛阳铲，当井深小于4 m时，采用双井、三井组合激发，同时使用沙袋压井，以确保激发能量下传，减少激发能量的衰减和面波的产生。

(4)基岩出露区，利用风钻或山地钻机成孔，穿透基岩[4]风化面下1～2 m，使大部分能量转换为弹性波有效下传，激发的地震波频率高。

(5)如遇较大面积激发岩性差的区段，可根据实际情况，利用三维地震观测系统的灵活多变性，设计特殊的观测系统，尽量避开激发条件差的地段，选择激发条件好、成孔较深的区段激发。单井激发采用1.5 kg，双井组合激发采用0.5 kg×2。

注：a 黄土层中激发； b 基岩风化面以下激发c 三井组合基岩风化面以下激发； d 基岩风化面下1～2 m激发

3 资料处理中的主要技术措施

对于复杂地区地震数据处理，静校正是一项关键技术。山区勘探处理过程中如果采用一步到位的基准面进行静校正估算，就必然导致模型中既有低降速带的速度，又有高速岩层的速度，混杂一起将会导致估算方法的困难，其估算结果会产生较大的误差。因此要分2步走：第1步作地形平滑线，平滑步长一般大于叠加排列长度680 m(即最大炮检距)，平滑线与实际地形线相对高差不宜超过30 m，这个参考面可作为浮动基准面[2],在这样一个范围内，不管它是否存在低降速带，均按常规静校正的概念，估算静校正量进行静校正；第2步是选择统一基准面，一般选择为全区最高点高程的水平面，在浮动基准面与统一基准面之间，用替换速度填平二者之间的空间。如果说前者是“小静校”，那么后者就可称为“大静校”[4]。在进行第2步时必须注意替换速度的确定，替换速度一般为低降速带以下高速岩层的速度。

3.1 本勘探区地震数据的部分记录特征

如图1中几张单炮记录可以看出，记录道初至走时(箭头所指)突变与地表条件变化有关，但由于低降速带的影响这种变化不一定与地表相对高差变化严格一致，这种初至突变的不规则性，也影响有效波组的连续性。本勘探区最大排列长度为680 m，最大相对高差达176 m，同排列最大高差超过150 m，也就是说，仅叠加道集内检波点的高差最大就可达到150m，(见图2所示的本勘探区高程平面示意图)。按替换3 200 m/s计算，动较后最大时差可达到94 ms，因而不进行人工静校正根本无法实现同相叠加。

图2 本勘探区高程平面示意图

3.2 浮动基准面与统一基准面的选择

在地表起伏较大地区使用固定基准面做静校正时，由于固定基准面距离实际地面变化剧烈，静校正会产生较大的误差，由此必须引进一个随地形起伏的相对较平滑的浮动基准面，这样炮点和检波点都首先被校正到浮动基准面上，本区平滑步长为700 m。采用浮动基准面使静校正值相对较小，并且能够获取最佳叠加效果。低降速带已包含在地表与这个浮动基准面之间，即已经消除了低速带的影响，然后进行浮动基准面与统一基准面之间的高程校正，根据本区高程变化特点，统一基准面高程为230 m，替换速度为3 200 m/s，经过校正后的地震记录可看作在该水平基准面上激发接收的结果，满足了后续处理的条件。图3为本勘探区浮动基准面示意图。

图3 基准面示意图

3.3 处理效果分析

图4 静校正前、后的单炮记录

图5 三维剩余静校正前(上)后(下)时间剖面对比

本区资料处理采用Sun Blade2000工作站，采用法国CGG公司的Geovecteur Plus 2100和GREEN MOUNTAIN专用地震处理软件，静校正采用绿山初至折射静校正法求取静校正量，建立表层结构模型，并利用相应的处理模块对长短波长校正量进行分离，先进行浮动基准面的校正，再进行全区统一基准面的校正。图4可以看出原始单炮(左图)初至曲线扭曲、起伏很大。图4中右图是经初至折射静校正后的记录，其复杂地表区由地形和低速带变化引起的异常基本消除，初至时间曲线变得光滑，同相轴连续性明显改善。图5是三维剩余静校正前(上)后(下)时间剖面对比，叠加剖面效果明显，同相轴连续性增强，波组特征变好，地质现象更清楚，信噪比明显提高，有利于资料的后续处理。

4 效果分析

本区在资料采集和处理时采用了上述一系列方法后，取得了较为显著的效果，具体表现为：第一，使得野外数据采集质量得以提高，野外原始记录甲级率为50.28%；第二，在资料处理阶段通过“两步”静校正方法解决山区高程及岩性变化引起的成像问题，获得的时间剖面对地质现象的反映真实可靠，最终处理成果根据《煤炭煤层气地震勘探规范》评级全区I+Ⅱ类时间剖面面积为98.34%。如图6所示，地震时间剖面信噪比、 频率较高， 同相轴连续性较强，波组特征明显，地质现象清楚。对全区所解释的断点，根据性质、落差及空间展布规律，共组合断层45条，均为正断层，其中落差大于50 m的4条，20～50 m的10条，10～20 m的9条，5～10 m的14条，小于5 m的8条，北部风井处的油坊沟断层和F48断层已经得到验证，效果较好。

图6 校正后取得的成果图

5 结论

本文较详细地分析了裴沟矿31采区地震勘探的数据采集和处理技术，并认为，在山区勘探中首先要因地制宜采用合理的观测系统，合适的激发和接收参数；其次是在资料处理过程中要针对勘探区复杂地形和多变的表层条件，找出适合山区静校正处理的措施[3]；可较好地解决山区地震勘探中存在的静校正、低信噪比等地震勘探技术难题，有效地提高煤田地震勘探的精度和可靠性，为煤矿设计和开采提供较可靠的基础资料。

[1]宋建国，纪聪智，刘田田.复杂近地表地震波波场特征分析[C]//刘元生.山东地球物理六十年.北京：中国海洋大学出版社，2010.

[2]熊翥.复杂山区地震数据处理思路[M].北京：石油工业出版社，2002.

[3]俞寿明.高分辨率地震勘探[M].北京：石油工业出版社，1994.

[4]温建绪.小面元三维地震勘探技术在西山屯兰矿南五采区的应用[J].中国煤田地质，2008,20(6):77-79.

Application of Seismic Exploration Technology in 31-mining Area of Peigou Coal Mine

SUN Li-xin

(Geophysical Surveying Team, Anhui Bureau of Coalfield Geology, Tai'an 271021, China)

The quality of seismic imaging is great affected by the complex lithology and salient relief surface of the mountainous area. This paper takes the Peigou coal mine 31 mining area as a study example. Firstly, different equipment for boring hole in the data acquisition stage under different surface conditions is adopted to ensure the quality of the original data. Secondly, a “two step” static correction method is used to solve the imaging problem in the stage of processing data that causing by the change of altitude and lithology. Through the above measures, high quality results are obtained. Preliminary validation of the mine production shows that the method is correct, and its accuracy is good.

mountain exploration; floating datum; acquisition parameters; static emendation; in-phase stacking

10.3969/j.issn.1003-1375.2014.03.007

2014-06-27

孙立新(1966—),女(汉族),主要从事煤田地震勘探工作.E-mail:sunlixin05@126.com.

P315.242

A

1003-1375(2014)03-0031-04