千米深井复杂条件下三维地震勘探效果分析研究

刘帅 赵启生 尹聪

（山东济宁矿业集团有限公司安居煤矿，山东 济宁 272000）

1 概述

为满足安居煤矿南翼浅部采区煤炭资源开采需求，对南翼浅部采区开展了三维地震勘探工程。针对区内复杂的地面地形条件和地震地质条件，研究制定一系列技术方案，优化施工设计，充分提高野外数据采集精度，利用精细化处理技术和岩性地震勘探技术，取得了较好的三维地震勘探技术成果。

2 三维地震勘探条件

2.1 复杂的地表地形条件

勘探区内水域发育，河流、湖泊、沼泽众多，京杭运河近南北贯穿整个勘探区，龙拱河近东西流经勘探区西北部。地面村庄、码头等建筑物较多。勘探区区内交通发达，公路纵横交错，为三维地震的勘探线布设和野外数据采集接收带来较大的困难。

2.2 煤层埋深大、赋存条件一般

根据勘探区附近前期钻孔和二维地震勘探资料显示，勘探区内煤层埋深大，一般埋深为-890m～-1530m，煤厚2.1～3.5m，平均2.6m，且局部3煤存在冲刷变薄区域。

2.3 地质构造条件复杂

勘探区位于济宁断裂、孙氏断裂之间，断裂构造发育，构造十分复杂。断层走向以南北向、北东～北北东向为主，主要断层有济宁断层、济宁支5断层、济宁支4断层、FX24断层、FD1断层、济东断层、FD3、FD5、FD6断层，较大断层周围多存在次生断层构造。根据原勘探报告，勘探区为构造复杂区域。

2.4 地震地质条件较差

勘探区内地表地震地质条件比较复杂，中、深层地震地质条件一般。侏罗系下部普遍发育有岩床状岩浆岩侵入体，厚度56.90～186.70m，平均124.05m，呈灰黑色、灰绿色，主要成分为辉石、斜长石、黑云母，硬度大，竖向裂隙较为发育，岩性多为辉长岩，下距3上煤层339.32～512.91m，对主采3煤层的T3反射波采集极为不利。

3 复杂条件下三维地震勘探的技术方案研究

3.1 激发方法选择

在运河西勘探区中部S2试验点位置进行了D2点低速带调查工作，采用小折射的方法，并保证其接收数据准确，初至清晰。采用相遇时距曲线观测系统，排列布设在地形较平坦处，排列长度为159m，达到低速带总厚度的8～10倍。低速带调查表明：本区低速带速度500～700m/s，低速带厚度4～6m，降速带速度1550～1800m/s，降速带厚度4～8m。

充分借鉴邻区以往成熟的三维地震野外采集经验，主要开展激发因素的试验，优选激发因素，努力提高目的层信噪比。按照单一因素变化及从简单到复杂的原则，在S2试验点进行激发因素试验、接收因素试验工作。采用428XL多道遥测数字地震仪，0.5ms采样间隔，1.5s数据长度，前放增益为12dB，检波器为PS-60型2串2并合堆放接收。试验点S2位于西部第5束209线287附近，具体位置见图1。接收排列采用和三维测线一致的方向，即南北方向布设一条接收排列，道距20m，120道接收。

图1 试验点S2位置图

井深试验：以10m、12m、14m、16m、18m、20m、22m、24m、25m、28m的井深，药量2 kg激发，从而选择最佳激发井深。

药量试验：分别用0.25kg、0.5kg、1.0 kg 、1.5kg、2kg、2.5kg、3kg的药量，以最佳激发井深16m进行激发试验，从中选出最佳激发药量。

通过试验，当采用井深16m，药量2kg，10×72道接收，道间距20m，中间放炮，采样间隔0.5ms，记录长度2s，迭加次数24次，进行第1束施工采集，第1束初步处理迭加时间剖面（图2），频率较高，有效煤层波组 700～1100ms几个波组连续性较好，信噪比较高，不足的是500～700ms有一强波组对下面波组压制大。从第1束初步处理来看，本次三维地震基本能充分显示出地下构造特征，具备了完成地质任务的条件。

图2 第1束112线位置初迭时间剖面

通过井深、药量试验，最终掌握了本区的激发、接收等施工参数。本区信噪比普遍较高，井深16m左右，药量2kg，获得的地震监视记录，频带较宽，目的层反射波能量适中、连续性好、分辨率高，干扰波（面波）较弱。村庄、建筑物附近采用0.5～1kg激发，也能获得较好的资料，为村庄附近小药量激发提供了有利条件。

3.2 特观设计

地表施工条件复杂，给三维地震的测线布设、炮点激发、数据接收带来较大的困难。针对龙拱河北8～11束设计实施了特观1补全了资料；运河12～13束设计实施了特观2，通过二束一起采集、在运河两旁成孔，解决运河不能成孔、铺线，取得了完整的资料；机场路北、运河东太白湖设计实施了特观3、特观4，补全14～18束这部分资料，获得了全勘探区数据。

特观1：龙拱河北8～11束范围，设计了1、2、3号3条测线，铺设了原设计线241、245、……、313、317线的393～433桩号范围内检波点900个，在四周及中间设计了炮点68个，进行全排列接收；

特观2：运河两岸12～13束范围，设计了12条测线，铺设了原设计线321、325、……、377、381线的109～437桩号范围内能铺设的检波点，运河两岸设计炮点808个，以12×83道滚动接收；

特观3：机场路北、运河东太白湖14～18束范围，设计了10条测线，铺设了原设计线361、365、……、473、477线的282～414桩号范围内检波点980个，在运河西及测线范围内设计炮点175个，进行全排列接收；

特观4：机场路北、运河东太白湖14～18束范围，设计了10条测线，铺设了原设计线361、365、……、441、445线的226～327桩号范围内检波点980个，在运河西、机场路南及测线范围内设计炮点176个，进行全排列接收。

特观2设计后获得的地震资料覆盖情况效果图见图3，实施特观后获得了运河、龙拱河北及太白湖范围完整的资料。

图3 特观2覆盖次数效果图

3.3 资料处理

地震资料处理采用Focus地震数据处理系统，配合EPOS3 TE(Third Editon)的版本。为了本区复杂构造的准确三维归位成像，采用叠前及叠后时间偏移的地震资料处理流程。

通过野外数据资料进行全三维处理，获得了以5m×5m×0.5ms为单元的三维数据体，处理中重点抓住了叠前干扰波去除、保证信噪比的前提下提高分辨率、准确细致的速度分析和复杂构造成像等四个重要环节，垂向剖面有一定分辨率，有效波频带范围达20～120Hz，视主频在50Hz左右，干扰波消除较彻底，反射波层次较清晰，地质构造异常显示清晰。

3.4 资料解释

地震资料的解释采用Geoframe2012解释系统。解释基础资料以叠前时间偏移三维数据体为主，以叠加数据体、方差数据体及各种地震时间剖面和切片等为辅，勘探区钻孔资料为标定基础资料。资料解释原则为：构造解释为主，岩性解释为辅；人工解释和工作站解释相结合；垂直时间剖面与水平切片解释相结合。

3.5 地震反演技术的应用

根据前期安居煤矿井下实际揭露情况，除断层对井下开拓设计影响较大外，3上煤层厚度变化同样对现场生产有很大影响，利用岩性地震勘探中的地震反演技术对煤层厚度进行反演。根据勘探区三维地震勘探资料并结合区内钻孔及测井资料进行地震技术反演。

4 地质成果

通过开展三维地震勘探工作，控制了3煤层底板构造形态，解释了3煤层厚度变化趋势，控制了煤层断裂构造；控制了新生界赋存形态；编制了3煤层构造控制程度图及厚度变化趋势图、新生界底界面等高线图，完成了勘探区地震勘探地质任务。

通过本次三维勘探解释煤层断层127条，皆为正断层，按断层规模分，落差大于100m的5条，落差50～100m的3条，落差30～50m的16条，落差20～30m的10条，落差10～20m的35条，落差5～10m的39条，落差3～5m的19条；按断层控制程度分，可靠断层81条，较可靠断层36条，控制较差断层10条。

本次三维地震勘探地质成果颠覆了原断层组合方式，对新构造方案进行了较大的修正。

5 效果验证

根据该矿井下实际采掘揭露情况及勘探区域地质钻孔实际揭露情况，对本次勘探取得的地质成果进行了验证。

5.1 煤层埋深验证

根据勘探报告提供的3煤底板等高线图，与后续施工的BK5、BK4钻孔实际揭露的煤层埋深误差均在20m以内。

5.2 断层位置验证

根据该矿东翼轨道大巷实际揭露FX24断层（落差约80m）位置及产状，均与勘探报告提供的资料基本吻合；且该矿施工的BK3水文孔揭露FD1断层，通过已知数据画出该钻孔位置对应的预想地质剖面图，也验证了FD1断层的平面位置的正确性。

5.3 煤层厚度验证

根据勘探报告提供的3煤层厚度地震反演图，BK4钻孔附近存在煤层变薄区。后期施工的BK4钻孔，实际揭露煤厚仅0.65m，验证了煤层厚度反演成果的准确性。

6 结论

深入研究勘探区内复杂的地形、地质条件，进行充分的井深、药量等试验，找出适用于不同岩性地层的激发方式，正确实施检波放线工作，对特殊地域采用特定的观测方法，采用先进的三维地震勘探数据处理和解释技术及岩性地震勘探技术，三维地震勘探在复杂条件下同样可以取得很好的效果。