淮北平原煤田三维地震勘探

欧云云

（安徽省煤田地质局物探测量队，安徽宿州234000）

淮北平原煤田三维地震勘探

欧云云*

（安徽省煤田地质局物探测量队，安徽宿州234000）

在煤田勘探中,三维地震勘探技术越来越成熟,提高了地震勘探控制小断层、小构造等地质目标的程度,目前基本可以控制落差5m以上的断层,大大提高了地震勘探的可靠程度,减少了在采前补勘中的钻探工程量,降低了勘探成本,为煤矿采区巷道和工作面的布置提供了可靠的基础资料,极大地提高了煤田的经济效益。以金石矿一水平三维地震勘探为例，查明了煤层赋存形态及构造发育情况，给淮北平原矿井设计、规划生产提供可靠的地质资料。

淮北平原；地震勘探；参数采集；资料处理与解释

在煤矿开采过成中，因断裂、溶洞、陷落柱以及岩浆岩的侵入对煤层的侵蚀、破坏及煤体燃烧等引起的地质灾害时常发生，其主要原因是未能查清地下地质构造发育及煤层赋存情况。三维地震勘探运用先进的理论与技术和准确的预测事故发生的空间位置，提供详细反映矿井地质构造的可靠资料，以便采取有效对策，进行综合防治，给矿井设计、规划生产提供可靠的地质资料。地震资料中包涵了地下各反射界面丰富的地质信息，结合已知的钻孔资料，建立地震反射界面与地质层位的对应关系，通过地震反射波同相轴的形态、能量强弱、连续性、频率变化等特征把对应的地质层位的变化反映出来，从而达到探明地下地质构造以及煤层赋存情况的要求。本文就以淮北金石矿业有限责任公司金石矿一水平的煤层赋存形态及构造发育情况勘探为例，说明三维地震勘探技术在淮北平原上的矿井设计与规划生产提供了可靠的、准确地质资料。

1 勘探区域基本情况

勘探区位于淮北平原中部，地势平坦，海拔标高+32.0～+36.5m，一般为+33m。区内主要有闸河从测区的北部经过，采区村庄遍布，对野外施工有一定影响。该区域处于北温带，属北方型大陆性气候与湿润气候之间的季风气候，气候温和，日照充足，四季分明，年平均气温为14.8℃。夏季炎热多雨，冬季寒冷多风，雨季多集中在6～8月份，年平均降雨量为800mm。

石台井田位于闸河复向斜的中部，张庄向斜西翼，主体构造为张庄向斜。褶曲和断层在区内均较发育。大地构造位置为华北准地台鲁西隆起徐州褶断带的西侧，地层由老至新为石炭系、二叠系、第四系，其中石炭系、二叠系为本区含煤层地层。含煤地层平均总厚993.50m。自上而下含1、2、3、4、5、6、7计7个煤（层）组，含煤5～13层，平均总厚5.74m，含煤系数0.58%。其中全区大部分可采和局部可采煤层有3、5煤层，可采煤层平均总厚3.43m，占全部煤层总厚的60%，3煤层为主要可采煤层，平均厚3.10m，占可采煤层厚度的90%。

各煤层（组）的间距有一定变化，但在一定范围内具有相对稳定性，对邻近钻孔对比具有重要意义，各煤层（组）间距情况见表1。

2 淮北平原地球物理特性

地势较为平坦，地形高差变化不大，区内有一较大河流（闸河）纵贯测区，村庄范围较大，给野外施工带来一定困难。潜水面深度一般在2～3m，激发层位以粘土层为主，激发条件较好。煤层厚且较稳定，与围岩密度和速度差异大能形成波阻抗差异较大的物性界面，是产生地震反射波的良好条件。区内由于岩浆岩较为发育，将会对反射波品质带来一定影响，总的说来淮北平原的地球物理特性条件良好。针对石台矿一水平的煤层赋存形态及构造发育情况来分析，本区可追踪到的有效反射波主要有：T3波、T5波，T6波。其中T3波是控制本区构造形态的标准反射波。见图1。

图1 主要地震反射波时间剖面图

3 平原地区三维地震勘探工作方法研究

地震勘探的生产工作，基本上可以分为3个环节：野外采集、资料处理、资料解释。野外资料的采集是地震勘探的基础，“其任务就是获取有足够信噪比的可供解释的时间域或深度域的地下构造图像”。采集参数设计准确与否直接关系到勘探工作的成败。

3.1 点、段试验激发参数确定

为了获取的地震反射波波组齐全，较好的激发层，较高的信噪比，连续性好的煤层反射波，分别进行点试验与段试验。

从点试验效果来看：井深9～10m左右为较好的激发层，所获取的地震反射波波组齐全，主要煤层反射波信噪比高，连续性好。从激发药量分析，2kg药量能量达到饱和，当药量增大，干扰波变强，且记录视频率降低，易抹煞小构造；因此确定井深10m，药量2kg，为最佳参数。检波器类型采用100Hz检波器分辨率高，对小断层识别能力强，记录能量较强，反射波较连续。从段试验处理叠加次数对比分析：24次覆盖反射波信噪比高，连续性好能够满足地质任务要求。

3.2 金石矿一水平观测参数

基于以上对平原勘探观测系统参数的分析，结合本次勘探地质任务要求，考虑到地形及诸多地下因素等实际情况，保证覆盖次数及CDP面元均匀分布和地震记录有较高的信噪比和分辨率；同时，时间域和空间域的采样间隔要符合采样定理。设计三维观测系统主要参数设计如下：

覆盖次数：24次；

观测系统：中间对称48（24+24）道；

观测系统类型：束状8线8炮制(中间发炮)；

炮排距：80m；

接收道数：48×8＝384（道）；

叠加次数：4×6次(横向4次，纵向6次)；

偏移距：10m；

炮点距：20m；

接收道距：20m

接收线距：40m；

等效地面采样间隔：20m×20m；

CDP网格：10m×10m；

纵向最大炮检距：470m；

纵向最小炮检距：10m；

横向最大炮检距：210m；

横向最小炮检距：10m；

最大炮检距：514.78m；

最小炮检距：14.14m；

横向炮点距：20m；

纵向炮排距：80m；

检波器组合形式：采用100Hz组合；

井深：10m；

药量：2kg；

仪器：美国Image采集系统；

采样间隔：1ms；

记录长度：1s。

4 资料处理

在整个资料处理过程中，我们始终以高分辩率、高信噪比、高保真度“三高”为目标开展叠前时间偏移处理工作。

4.1 原始资料与地质构造分析

原始资料总体表现为(图2、图3)：记录面貌良好，信噪比及分辨率尚可，目的层层次分明，同相轴特征突出、能量强、连续性好，单张记录上煤层反射波清晰可见，但由于该区村庄密集，变观频繁，部分区域坏道及随机杂乱干扰大。由于激发层位不稳定，局部受流砂影响，致使部分单炮面波干扰大，目的层分辨率降低，另外该区岩浆岩较为发育，使区内局部反射波品质受到一定影响，表现为煤层反射波能量弱，信噪比较低。该区大部分区域地质反射条件良好，各煤层成像尚可，但局部区域地质反射条件差，特别是受岩浆岩影响反射波能量较弱，信噪比及频率降低。另外，该区构造运动较为剧烈，褶曲和断层较为发育，断层相互切割较为剧烈，地质构造较复杂，以往二维物探工作由于方法条件限制，断层构造解释精度不高。

图2 原始单炮记录

图3 初叠剖面显示

4.2 本区资料处理特点与效果分析

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。

5 地震资料解释

资料解释使用处理中心的sun-60工作站进行，利用Geoframe公司的IES/IESX交互地震地质解释系统，解释工作站提供了灵活方便的解释功能及其先进直观的显示方法，利用该数据体可以输出时间切片和垂直时间剖面，供解释人员使用。成果图件使用CPS-3地质绘图系统绘制。依据平原地区勘探需要的方向与主线，主要进行了以下方面的地震资料解释。

5.1 利用水平切片检查构造的纵、横向展布趋势

水平切片上同相轴的强度反映了反射波的强度，其宽度与地层倾角的大小有关，也与视频率的高低有关。当断层存在时，水平切片上同相轴被断开。错开量是垂直剖面上错开量的6～8倍，它和断距的大小及显示的比例有关。

5.2 利用方差体进行分析解释

解释系统对数据体作方差处理，建立起方差数据体，没有构造发育的地方表现为色调单一，无异常值。断层发育地段，表示为色彩呈条带状变化。

5.3 煤层宏观结构的解释

随着高分辨率地震勘探技术的发展，预测煤层宏观结构及趋势变化等岩性解释工作已成为可能。利用煤层反射波振幅层拉平图，结合已有的钻孔对资料做标定，进行综合分析研究。

5.4 速度标定及速度场的建立

本次共利用区内钻孔15个。求解出3煤层平均速度值2350～2900m/s、5煤层平均速度值2400～2900m/s、61煤层平均速度值2700～3050m/s。从各层速度平面图上可以看出，随着目的层深度的增加，其速度相对应增大。

6 三维地震勘探成果

三维地震勘探目的是解决影响矿井开采的构造等问题，充分了解淮北平原的煤田地下地质构造以及煤层赋存情况是实现该地区井田建设的重点。通过对金石矿一水平三维地震勘探，将勘探成果与实际地质资料进行对比分析，对该地区的矿井开拓及安全生产具有深远的意义。

6.1 新生界以及煤层起伏形态控制

该区新生界很薄，总体趋势为东南部厚、西北部薄。厚度变化范围在30～60m之间。区内煤系地层总体表现为一轴向近南北的向斜构造，向斜轴位于测区中部，向斜轴两翼煤层倾角不一致，向斜西翼倾角偏大约19°，东翼煤层倾角相对较缓，约7°～18°。

区内3煤层底板标高变化范围为-220～-520m，倾角7°～19°；煤层厚度变化范围为0.4～5.23m；5煤层与3煤层层间距较小，其层间距10～37m，煤层底板标高变化范围为-230～-550m，倾角7°～19°。煤层厚度变化范围为0.35～1.11m；区内61煤层底板标高变化范围为-460～-560m，倾角7°～19°；煤层厚度变化范围为0.35～1.17m。

6.2 断层的控制

资料解释使用的是5m×5m×1ms网度的三维偏移数据体，解释网度20m×20m。解释中充分利用工作站解释系统的自动追踪、局部放大，多种参数时间显示、多种切片显示、立体显示等功能，对各条断层进行逐一连续性控制，提高了地震资料解释的可靠程度。断裂构造的主要特点：断层基本沿北东方向发育，全为正断层。

6.3 岩性的解释

煤层厚度趋势预测：3煤层：全区较厚且稳定。煤厚0.4～5.23m左右，西北部较厚，南部较薄；5煤层：全区较3煤薄且不稳定煤厚0.35～1.11m之间；61煤层：全区较薄且不稳定，煤厚0.35～1.17m左右。

岩浆岩的解释：对本区地震资料结合钻孔资料进行分析，本区钻孔揭露主要煤层受岩浆岩侵蚀，侵蚀的主要煤层为3煤，侵入方式为顺层侵入，侵蚀严重近全区分布，多为天然焦。对本区煤层进行20m×20m解释，未发现直径大于20m的陷落柱。

7 结论

本次三维地震勘探，查明了新地层的厚度变化，控制了测区内主要煤层的产状变化，同时对落差大于等于5m的断层进行了准确控制，对落差小于5m以下的断层进行了精细的查找和解释。控制了10m等高距的3、5、61煤层煤层底板形态及构造，对3、5、61煤厚度变化趋势进行了预测和研究，对岩浆岩侵蚀情况及其它地质构造进行了解释。

资料解释sun-60工作站上进行，利用Geoframe公司的IES/IESX交互地震地质解释系统，充分利用三维数据体包含的丰富地质信息，采用工作站显示对比、任意方向的垂直剖面、水平切片、方差体等多样手法，发挥了人机交互解释系统的优势，解释成果图件使用CPS-3地质绘图系统实现，速度场较准确，解释成果可靠。三维地震勘探技术在淮北平原的成功应用，为该地区的矿井设计与规划生产提供了可靠的、准确地质资料。

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P631.4

A

1004-5716(2015)11-0143-04

2014-11-27

2014-12-01

欧云云（1981-），女（汉族），安徽宿州人，工程师，现从事物探技术工作。