沙漠戈壁地区三维地震勘探方法

杨志国，高启明

（安徽省煤田地质局物探测量队，安徽宿州234000）

沙漠戈壁地区三维地震勘探方法

杨志国*，高启明

（安徽省煤田地质局物探测量队，安徽宿州234000）

戈壁沙漠地区的三维地震勘探越来越引起人们重视，介绍了野外采集方法，施工难度及解决措施。在资料处理上，采用野外静校正和偏移技术，在解释上，工作站交互解释系统，人机联动，使处理更加灵活。速度分析、构造解释、褶曲解释使解释愈发精确。

三维地震勘探；野外静校正；偏移技术；构造解释

我国沙漠主要分布在贺兰山—乌鞘岭以西的广大地区，面积52×104km2。我国戈壁广泛分布于温都尔庙—百灵庙—鄂托克旗—盐池一线以西北的广大荒漠、半荒漠平地，总面积约45×104km2。随着西部大开发，越来越多的地质队伍开进了沙漠戈壁，探寻石油和煤炭，沙漠戈壁地区三维地震勘探被广泛应用。

1 地质地形

哈密是新疆自治区的国有重点煤矿区。兰新铁路通过矿区南侧，矿区专用铁路线与之相联；公路有国道相通。矿区位于天山褶皱带的南缘哈密盆地的西北边缘，矿区东西长43.2km，南北宽24.3km，面积1050km2，矿区距乌鲁木齐市500余公里，交通方便。本区地表为戈壁地貌，无居民点。区内地势北高南低、西高东低。由于区内含有厚度不均的风化石，对地震波的高频信息有明显吸收作用，激发效果差，成孔困难。因此，表浅层地震地质条件较为复杂。本区含煤地层为中下侏罗系地层，勘探的主要目的层2、4煤层赋存条件较好，煤层与围岩波阻抗差异明显，煤层之间间距适中,能够形成2组反射波，易分辨。煤层顶、底板岩性主泥岩、砂岩，与煤层的物性差异较大，有利于得到较好的反射波，因此具有良好的中深部地震地质条件。

2 资料采集方法

观测系统的设计必须综合考虑地质任务、地形及诸多地下因素，充分利用高密度采集的面积接收技术和炮、检点网格的灵活组合，获得分布均匀的地下数据点网格及所要求的覆盖次数，以保证较高的信噪比和分辨率。

观测系统及采集参数：

观测系统：

二维观测系统：24次叠加；

接收道数96道，道距10m，炮距20m，偏移距5m。

三维观测系统：24次（横4纵6）；

观测系统类型:规则束状8线14炮中间激发。

接收道数：60×8=480道；

接收线数：8条；

接收道距：20m；

井深：6m；

药量：3kg。

本区野外采集的难处是地下水位较浅，埋置炸药时雷管受潮，影响爆炸，许多炮放不响，丢炮率较高，野外施工人员集思广益，反复试验，最后在雷管外面裹上避孕套，起到了很好的密封作用，终于解决了这个难题。

3 资料处理

本区三维地震数据处理工作是在涿州市深达计算机技术服务部进行的，利用sun brade2000工作站，采用法国CGG公司的Geovecteur Plus 2100和GREEN MOUNTAIN等专用地震处理软件进行处理。

3.1 资料处理的主要技术措施

（1）野外静校正。本区地处戈壁地区，地表地形较为复杂，地表高差较大，高程变化范围990～1180m，故野外静校正是本区地震资料处理中的关键环节。由于地表高程及地表低（降）速带厚度、速度存在横向变化使得由此产生的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。应用合适的静校正方法和参数，可以消除这种时差，确保叠加剖面的质量。本区虽然高差不大，但静校正问题严重，折射静校正效果十分明显。

针对检波点高程及激发井深的变化，我们选定静校正基准面高程为1120m，替换速度为2000m/s。

（2）随机噪音衰减。为了提高叠加剖面信噪比，增强叠加剖面的连续性保证叠加剖面质量和归位效果，我们采用FX域随机噪音衰减模块，对预测道数和回加百分比进行了试验，选取最佳的参数，保证了该模块的处理效果。

（3）偏移。偏移采用三维一步法有限差分偏移，是目前国际上通用的先进偏移技术方法。偏移所采用的速度是对DMO速度进行平滑并适当降低不同百分比，通过观察断点，地质构造特征是否合理得当进行调整，本次速度采用100%效果较好。

3.2 处理效果分析

本次处理叠前采用了野外静校正、地表一致性反褶积、常速扫描，最大限度地提高了资料的分辨率，剖面质量有了较大的提高。这主要表现在以下几个方面：

（1）去噪方法、参数选取适当，叠前采用高通滤波使得面波得到较好压制，叠后又采用随机噪音衰减，提高了剖面的信噪比，能清楚地呈现出主要反射层的成像效果。

（2）叠前采用了地表一致性反褶积技术，使剖面低频干扰得到较好压制，高频信号得到补偿，频带得到展宽。处理的剖面分辨率高，层次清楚。

（3）最终处理的剖面归位准确，目的层连续性较好，达到了“三高”处理目的。

4 资料解释措施和特殊方法

三维地震勘探是一种面积地震勘探，高密度的采集和高精度的处理，提供了精细的三维数据体资料，利用该数据体可以提取各种剖面图、平面图和立体图像，以满足解释工作的需要。

解释流程以工作站解释为主，人工解释为辅。把技术人员对井田和测区构造规律的认识及解释经验与工作站智能解释软件相结合，参考前期地震勘探成果资料，全面开展解释工作。

4.1 解释原则

资料解释是物探资料转换为地质成果资料的深入研究过程，它是物探技术、地质规律、解释经验的综合体现。

（1）用于解释的基础资料。用三维地震数据体（网格为5m×5m×1ms）切出的各种剖面和切片作为解释的基础资料，其中有X方向、Y方向和任意方向垂直时间剖面和一定时间间隔切出的水平切片。剖面和切片图重点部位增加变密度和彩色显示，显示间隔视解释阶段而定。

（2）工作站交互解释系统。人机联作解释系统对于三维地震资料的解释具有特殊的优越性，是三维解释必不可少的工具，其主要特点有：

①能充分利用三维高密度数据体进行精细解释。由于三维资料作为数据体存入系统内，因此，可根据需要，显示任意方向测线的垂直剖面或水平切片、或显示立体图像来帮助解释、验证解释方案。并能在解释过程中随时了解剖面解释的平面展布，观察构造形态及断层的平面延伸。

②三维高密度数据体精细地反映了各种地质现象的变化。相邻测线有严格的相似性，加之高密度的水平切片与之联合作用，增加了对细微地质现象的识别能力。要落实小的地质异常体和小断层，只有采用人机联作解释系统才能做到精细解释，从而达到落实各种细微地质现象的目的，这是人工解释望尘莫及的，充分体现了工作站人机交互解释的优越性。

4.2 解释方法和步骤

资料解释是一个由原始资料转变为地质成果的研究过程，是经验、地质规律、多种技巧和知识的全面体现，有其独特的方法和步骤：

（1）主要反射波地质层位的确定。地震资料解释工作的第一步是根据邻区三维地震资料来确定地震地质层位。然后，确定各煤层的标准反射波。

（2）时间剖面上层位的解释。三维地震时间剖面层位的标定、对比与追踪，主要是根据时间剖面上有效波的同相轴、波组波形及相位特征、振幅强度、时差等，利用解释系统的局部缩放的显示功能，并用钻孔资料进行层位标定，确定其层位。

（3）综合对比。依靠垂直时间剖面、利用各种彩色切片，以同相轴的错断、分叉、强相位转换、振幅变弱来判定断层。在时间剖面上把错断的波形放大，以便细致地研究小断层的性质和断距。利用方差体、时间切片、三维可视化等方法来识别和查找测区的构造。

4.3 速度研究

地震波的传播速度是地震资料解释中的重要参数，速度标定正确与否，将直接影响时深转换后煤层底板标高的精度。

本区各煤层时深转换速度的求取，是在充分利用钻孔资料的基础上完成的。根据钻孔见煤点的高程计算出钻孔处见煤点与基准面的距离，再根据见煤点对应煤层反射波的时间来求出该点与基准面间的速度。进而根据所有钻孔标定，求出全区的速度场。

4.4 构造解释

（1）断层的解释：

①时间剖面上断层的解释。在垂直时间剖面上断点的反映为同相轴的错断、分叉、强相位转换、振幅变弱。小落差断层主要表现为同相轴扭曲，出现所谓“层断波不断”的现象。用上述方法、原则对剖面进行对比和断点解释。然后，再根据断点在相邻时间剖面上的倾向、落差等显示特征的相似性，将时间剖面上的断点在平面上进行组合。

②利用方差体解释断层。断层在方差体上表现为颜色上与周边差异较大的条状区域。1煤、2煤、4煤断层在方差体上的显示如下。

（2）褶曲的解释。原始的沉积岩层，主要呈水平状态。当水平岩层受到挤压力时，便会形成波浪状的弯曲，称为褶曲。地震解释上，从垂直剖面和水平切片可以较直观地看出褶曲的发育情况，从煤层底板等高线图上可以准确地控制褶曲轴部、翼部的分布范围。

本区的煤层底板形态自西北向东南总体为由向斜到背斜再过渡到向斜的形态，在底板等高线图上等高线呈“S”型，在勘探区北部由于受到地应力及断层的切割影响次级褶曲较发育。褶曲在时间剖面上的显示见图1。

图1 褶曲在时间剖面上的显示

5 地震地质成果

本报告经过对三维勘探区时间剖面进行网格为40m×40m的追踪，查明了主要可采煤层1煤、2煤、4煤的起伏形态及10m以上的褶曲；查明了落差5m及5m以上的断层，对落差3～5m的断点及小断层进行了解释；对煤层的赋存区及煤厚变化趋势进行了预测；本区1煤层、2煤层和4煤层埋藏较深，未发现煤层在基岩面出露现象。

二维勘探区初步查明了主采煤层1煤、2煤和4煤的起伏形态及沿测线上断点的发育情况，并对覆盖层的厚度进行了解释。

本次三维地震勘探将二维区和三维区放在一起解释并统一进行时深转换，提高了二维区资料解释的可靠程度和掀接的精度，以便于矿方使用。

5.1 新生界厚度的控制

本区新生界较厚，厚度变化范围约290～450m（二维区320～450m，三维区290～400m），总体上由东南向西北逐渐增厚。第四系底界起伏较小，坡角一般在2°～4°，三维勘探区南部及二维区西部相对较陡约在6°～7°，在勘探区内新生界底部古隆起和古凹陷较为发育。

全区新生界厚度共有15个钻孔控制，其中三维区11个钻孔控制，二维区4个，三维区控制程度较高；二维区钻孔较少，均未在测线上，且测线未形成网格，新生界厚度控制程度极低，仅供参考。

5.2 煤系地层起伏形态的控制

根据地质任务，对勘探区内的主要可采煤层2、4煤层的起伏形态进行了解释，并在合同之外根据潞新公司要求又增加了对1煤层的解释，现简述如下：

勘探区煤系地层形态自西北向东南总体为背—向—背的褶曲形态。在勘探区北部，由于受断层切割和地层挤压的影响，褶曲发育，发育有一轴向北西—南东向的背斜，背斜两翼坡角较陡，一般在10°左右，最陡处可达15°。

勘探区2煤层底板标高自北东向南西逐渐加深，在670～150m（三维区670～250m，二维区500～150m），测区内地层倾角自北东往南西方向由缓逐渐变缓，倾角在15°～3°；4煤层底板标高自北东向南西逐渐加深，在640～100m（三维区640～210m，二维区480～100m）之间；测区内地层倾角自北东向南西由缓逐渐变缓，倾角在15°～3°；1煤层底板标高在730～200m，其中三维区730～300m，二维区560～200m。

6 问题

为了便于矿方更好地使用本成果资料，需做以下几点说明：

（1）全区钻孔较少，特别是二维区钻孔更少，地层速度很难把握，影响了时深转换的精度，在勘探区西部特别是二维区煤层在底板深度上可能存在较大误差。

（2）本次勘探为常规三维地震勘探，不能从根本上解决煤厚，制作的煤层厚度变化趋势图（包括冲刷变薄区、不可采区）只能对煤层厚度进行定性的分析和预测，不可避免地存在一定误差，相应地质成果仅供矿方参考。

[1]徐水师，王冬，等.再论中国煤炭地质综合勘查理论与技术新体系[J].中国煤炭地质，2009（12）.

[2]王庆瑞.记三维地震勘探技术的应用[J].科技论坛，2011（2）.

[3]于谦.三维地震勘探技术在新庄井田中的应用[J].中国煤炭地质，2011（2）.

P631.4

A

1004-5716(2015)09-0117-04

2014-08-29

2014-08-29

杨志国（1968-），男（汉族），安徽宿州人，工程师，现从事煤田地质勘探工作。