三维地震勘探技术在鄂尔多斯盆地煤田勘探中的应用实例

李元杰

（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安710077）

三维地震勘探技术在鄂尔多斯盆地煤田勘探中的应用实例

李元杰*

（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安710077）

随着科技的进步，三维地震勘探技术在煤田勘探中的应用越来越广泛。三维地震勘探技术在探测煤矿采区构造和其它地质异常方面取了较大的进步，以三维地震勘探技术在鄂尔多斯盆地煤田勘探中的应用为例，说明三维地震勘探技术对于煤矿采区工作面的合理布置和煤矿的安全生产都有着重大的意义。

三维地震勘探技术；煤矿；断层；构造

1 概况

1.1 地质任务

根据勘探要求，某煤矿三维地震勘探的任务如下：

（1）查明区内各可采煤层（3-1、4-1、5-1、5-2、6-1、6-2煤层）赋存形态，深度误差不大于1%；

（2）查明区内落差5m以上的断层，平面摆动范围小于15m，解释区内落差3m以上的断层；

（3）查明区内各煤层直径大于20m的陷落柱、冲刷带等地质异常体，平面摆动范围小于15m；

（4）研究各煤层无煤区、薄煤带及厚度变化情况；

（5）解释各可采煤层（3-1、4-1、5-1、5-2、6-1、6-2煤层）厚度变化趋势。

1.2 地质概况

东胜煤田地层划分属于华北地层区鄂尔多斯分区，具体位置处于高头窑小区、乌审旗小区和准格尔—临县小区的交界地带。对于东胜煤田乃至整个鄂尔多斯盆地，无论是从盆地成因还是盆地现存状态来说，三叠系上统延长组(T3y)是侏罗纪聚煤盆地和含煤地层的沉积基底。在此之上，还沉积了侏罗系、白垩系、第三系上新统和第四系更新统、全新统地层。

井田位于东胜煤田的南缘，为一几乎全部覆盖的隐伏井田。据地质填图及钻探成果对比分析，区内地层由老至新发育有：三叠系上统延长组(T3y)、侏罗系中统延安组(J2y)、直罗组(J2z)、安定组(J2a)、白垩系下统志丹群(K1ZH)、第三系上新统、第四系(Q)。

1.3 地震地质条件

（1）表层地震地质条件。勘探区属侵蚀性丘陵地貌特征，第四系广泛分布，第三系基岩出露在勘探区的西部。地形总体趋势是北高南低，东高西低，地形较为简单。区内水塘、大片苗圃、农田及村民居点较多，工业广场也在区内，这些都给施工带来很大的困难。所以本区表层地震地质条件一般。

（2）浅层地震地质条件。区内沙层之下为第三系棕红色粘土，形成一层较好的隔水层，潜水面一般在1～10m。激发层位一般选在潜水面以下3～5m激发，潜水面较深时则选在红色粘土内1～2m处激发，在致密层中激发，均能能获得较理想的记录。但是地表基本被第四系松散风积沙所覆盖，沙层对地震波吸收衰减比较严重，会一定程度影响地震勘探的分辨率。所以本区浅层地震地质条件一般。

（3）中、深层地震地质条件。根据井田内钻孔资料可知，含煤地层为侏罗系中统延安组，围岩与煤层速度、密度差异明显，能够产生能量较强的煤层反射波。区内煤系地层埋藏适中，一般在400～550m，且煤层赋存较稳定、煤层产状变化不大，有利于地震勘探，加之煤层层数多，对断层视倾角解释较为有利。但是局部煤层间距小，容易形成复合反射波，且上组煤对下伏煤层有屏蔽作用，给下伏煤层的地震资料解释增加了难度。所以本区中、深层地震地质条件较好。

综合分析认为本区属地震地质条件较好。

2 野外数据采集

本次三维地震野外施工采用规则10线8炮三维束状观测系统，以束为单位施工，自南向北按序编号，依次为第1束、第2束……，每束与上一束重合5条接收线。每束内有测线10条，线距40m，道距10m。三维地震的地下CDP面元为5m×10m，满覆盖次数为24次。根据线束方向尽量垂直地层走向和主要构造走向的原则，结合区内地形、障碍物分布等具体情况，选择线束呈北东向布置。

观测系统的确定主要考虑了勘探区地形条件、目的层赋存状态、构造发育程度、反射波的发育情况以及仪器设备等因素，综合分析邻区前期地震勘探观测系统、采集参数、室内技术论证及现场试验情况，确定了10线8炮制束状规则观测系统进行施工。

（1）观测系统主要参数：束状、10线8炮制、中点激发；接收线数：10条(每条108道接收)；总接收道数：10× 108=1080道；接收线距：40m；接收道距：10m；激发炮线距：90m；激发炮点距：20m；纵向最小炮检距：10m；纵向最大炮检距：540m；横向最小非纵距：10m；横向最大非纵距：310m；最小炮检距：10m；最大炮检距：623m；CDP网格：5m(纵向)×10m(横向)；覆盖次数：6次(纵向)×4次(横向)=24次；束距：200m。

（2）仪器因素。采用加拿大产Aries数字地震仪，采样间隔：1.0ms，记录长度：2.0s，记录格式：SEG-Y，前放增益：24dB，高、低截频：全通。采用3个60Hz检波器串联组合接收，将检波器挖坑埋置，插准、插直、插牢。

（3）激发因素。施工采用沙钻、电钻及洛阳铲进行成孔，激发参数如下：

①覆盖区：成孔至风化基岩层中1～2m或基岩面上激发，激发药量1.5kg。

②覆盖区：成孔至潜水位以下3～5m激发，一般井深为4～6m，激发药量1.0kg。

③基岩出露区：成孔井深3m激发，激发药量1.0kg。

（4）针对区内工业广场面积比较大，无法进行正常施工。采取了特殊观测系统，在施工中将广场内的炮点移至广场外，实测工业广场内的检波点坐标，使得工业广场内尽量不丢道。通过增加炮点和加大接收排列的技术方案，确保理论覆盖次数达到技术要求。

3 数据处理与解释

(1)数据处理：

①由于地表高程及地表低（降）速带厚度、速度的横向变化使得地震波旅行时差会对信号的叠加效果产生一定的不利影响，致使反射波同相轴信噪比下降、频率降低。采用初至折射静校正技术消除较大的地表起伏引起的炮点、检波点高程差异引起时差，确保叠加剖面的质量。

②振幅恢复是叠前处理中较为关键的一步，其目的是补偿球面扩散、吸收衰减及透射损失等因素引起的深层与浅层及远道与近道能量的差异。由于大地滤波的作用，地震波在传播过程中能量衰减很多，尤其高频成份损失严重，另外震源能量差异、检波器藕合差异也会对有效波振幅产生不利影响，导致接收到的振幅不能真实地反映地下介质的动力学特征及相互差异。在本次处理中采用球面扩散补偿、吸收补偿及地表一致性振幅补偿等技术对振幅进行了处理，

③反褶积处理是提高分辨率主要手段之一。反褶积测试包括反褶积处理方法和处理参数2方面。本区主要进行了3种反褶积方法测试，即子波整形反褶积、地表一致性预测反褶积及地表一致性脉冲反褶积。由于地表一致性预测反褶积可以很好地压制短程多次波，地表一致性脉冲反褶积可以很好地提高数据分辨率，拓宽频带。因此，在叠前选用地表一致性预测反褶积与地表一致性脉冲反褶积结合的串联反褶积方法。

④在三维叠加处理中通常有常规叠加和DMO叠加两种方式。对于地层倾角较大、构造复杂的区域应进行DMO叠加。本区地层平缓倾角较小（一般小于5°），因此选用常规叠加方式。

⑤三维偏移的主要目的是消除地下倾斜界面对反射波的影响，使之成像归位到真实的反射界面位置上去，从而正确地反应地下形态和构造变化情况。采用F-X-Y域三维随机噪声衰减技术将随机噪声分离出来，进一步提高资料的信噪比。

(2)数据解释：本次三维地震资料使用全三维解释系统进行解释，采用工作站解释和人工解释相结合，时间剖面、水平切片、面块切片解释相结合的思路和流程进行解释。

充分利用现有的地质资料，从联井剖面出发，通过人工对比解释明确各个反射波所对应的地质信息，在确定好空间关系后，利用工作站的自动追踪拾取功能，由粗网格到细网格逐步加密解释。首先用人工解释的粗网格建立区内主体构造框架，确定较大断层，再利用人机联作方式进行细网格追踪对比，进一步核查构造方案解释的合理性，解释局部小断层和细微构造，最后确定构造方案。

人机交互辅助解释系统可以随时使用三维数据体，灵活地显示垂直剖面、水平切片、层拉平切片显示图（图1），并通过不同位置上三维立体透视图的显示，掌握构造在空间上的变化规律；还可以通过逐步放大图来了解构造变化的细节，从而建立起最终构造解释方案的空间立体概念。

4 地震地质效果

三维地震勘探查明了主要煤层的赋存形态、构造发育情况及区内落差大于3m断层有13条，并对断层性质、产状、延伸方向进行了定性；对煤层厚度变化趋势、无煤区、煤层变薄带、煤层分叉合并范围、陷落柱进行了分析。

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1004-5716(2015)08-0113-03

2014-12-23

李元杰（1981-），男（汉族），山东泰安人，工程师，现从事煤矿采区地震勘探研究和应用工作。