三维地震勘探在山区的应用和效果

陈野++陈群

摘 要：随着地质勘探开发的不断深入，工作中所面临的勘探对象越来越复杂，而断层的形态和分布对煤层气的形成起着决定性的作用。传统的二维地震勘探很难发现小规模的断层，从20世纪70年代就开始了三维地震勘探的方法。三维地震勘探在煤田地质勘探中的地位极其重要，而在山区进行三维地震施工面临诸多困难。该文从主要技术难点分析、设备使用、观测系统参数确定、资料处理与最终成果分析等方面利用山区勘探实例展开探讨，此次资料成果时间剖面质量合格，解释细致认真，成果可信度高，已经用于矿井开拓建设，并取得了良好的经济效益和社会效益。

关键词：山区 三维 地震勘探 应用

中图分类号：P631.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）10（b）-0012-03

勘探区位于蒲县县城北东直线距离50 km处的马武村一带。测区地震地质条件极为复杂，地表沟壑纵横，高差达200 m以上，植被覆盖茂密、灌木丛生，乡村、集镇、矿区在施工区范围内占据面积大，煤层埋藏较浅，小煤窑众多，施工难度极大。

1 地质任务

（1）2#、5#煤层是该区三维地震需控制的主要煤层。

（2）查明勘探区内2#、5#煤层的采空区范围及分布情况。

（3）查明勘探区内2#、5#煤层埋深及起伏形态，编制出基本等高線为2 m的煤层底板等高线图，标高相对误差≯1.5%。

（4）解释勘探区内2#、5#煤层的厚度及变化趋势。

（5）查明勘探区长轴>20 m，短轴>15 m的陷落柱，其平面误差≯25 m。

（6）查明勘探区内落差>5 m的断层，解释出落差大于3 m的断点，查明断层在主要煤层中的性质、落差、延伸方向和范围。要求断层平面摆动误差≯25 m。

（7）查明勘探区内2#、5#煤层中褶幅>5 m的挠曲；基本查明煤层倾角>15°的区段，其平面控制误差≯25 m。

（8）查明勘查区内古河床冲刷条带的走向、褶皱条带、范围，要求平面控制误差≯25 m；查明古河床冲刷条带内的煤层厚度，要求厚度误差≯0.5 m。

（9）基本查明第四系厚度，误差≯5 m。

2 地球物理特征

2.1 表、浅层地震地质条件

该井田位于山西省吕梁山南端，主要山梁走向呈北东向。井田的中部展布一近南北向区域地表分水岭，以该岭控制，地形总体呈中间高、东西低。最高点位于井田南部山梁上，标高为1 675 m，最低点位于井田东部边界蒲伊河沟谷，标高为1 420 m，相对高差255 m。属中山区。区内地形复杂，切割强烈，沟谷纵横，多呈“V”字形。

测区浅层主要由砂质粘土、砂砾石层及松散层组成，激发条件较差，部分沟底有基岩出露，激发条件稍好。全区浅层地震地质条件一般。

复杂的地表，不仅对地震波的成孔激发、接收和连续观测十分不利，还对地震波的高频信息有明显的吸收作用，给提高纵向分辨率造成一定的困难。表、浅层地震地质条件较差。

2.2 中深层地震地质条件

该次勘探的主要目的层为2#煤层、5#煤层，尤其2#煤层较厚、特征明显，赋存条件较好。煤层与围岩波阻抗差异明显，煤层顶、底板岩性主要为泥岩、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。

为了便于对煤层的解释和资料的应用，与煤层编号对应的反射波组用Tn表示，n为煤层编号。现将该区主要反射波组具体情况叙述如下。

2.2.1 T2波

对应2#煤层的反射波，位于山西组中部，下距5#煤层间距13.54～22.75 m，平均19.46 m。煤层厚度1.25～2.80 m，平均1.88 m，含0-1层夹矸，结构简单，顶板一般为粉砂岩，底板为泥岩。2#煤层为稳定可采煤层，煤层与其顶底板之间物性差异显著，波阻抗差异大，形成的反射波能量强，波形特征明显，全区能够连续追踪，是控制该区煤系地层起伏形态及断裂展布趋势的标准反射波。

2.2.2 T5波

对应于5#煤层的反射波，位于太原组上部，煤层厚度0.38～1.75 m，平均1.15 m。含0～1层夹石，结构简单。顶板一般为泥岩，底板为泥岩。为较稳定局部可采煤层。全区能连续可靠追踪，是控制该区煤系地层起伏形态及断裂展布趋势的标准反射波之一。

总之，该区对应各煤层的反射波，能真实地反映其起伏形态及构造变化规律，可为对比解释提供可靠的保证。

3 资料采集方法

3.1 三维观测系统及参数

观测系统类型：束状8线8炮制，对称，中间放炮；

接收道数：80×8=640道；

接收线数：8条；

接收道距：10 m；

接收线距：40 m；

叠加次数：20次（纵向5次、横向4次）；

检波点网格：10 m×40 m；

CDP网格：5 m×10 m；

炮点网度：80 m×20 m；

纵向炮检距：最小5 m，最大395 m；

横向炮检距：最小10 m，最大210 m；

最大炮检距：447.35 m；

最小炮检距：11.18 m；

3.2 采集仪器

法国Sercel公司生产的最新投入市场的XL428型遥测数字地震采集系统。采样率：0.5 ms；采样长度：1.5 s；记录格式：SEG-D。经测试证明，地震信号接收良好，无失真和丢码现象。

3.3 激发条件

激发选用TNT高速成型炸药。井深：以5 m为基础，全面兼顾盖层变化，尽量保证穿过砾石层激发。药量：2.0 kg，在软土地段药量增加到3.0 kg，建筑物附近减小到1.0 kg。

3.4 接收条件

检波器类型选择：采用4个60 Hz检波器，2串2并点组合，埋置方法为挖去地表浮土，使检波器充分与大地耦合，在其上盖土并压实。

3.5 特观及恢复性放炮

遇地面障碍物，不能按原设计井位打孔施工，造成大段空炮，使覆盖次数降低，影响成果质量，采用特观或移动炮点的办法保证空炮段的覆盖次数达到要求。

在空炮地段，将原设计炮点沿炮线向两边或一边移动，使两边或一边的炮点加密。若空炮段过大（>300 m），采用双边放炮法，炮点移动方法与上述相同。

4 地震数据处理主要技术措施及成果

4.1 数据处理技术措施

根据地质任务和处理要求，以及对原始资料分析，通过对该区的地震地质条件的认真分析研究，主要处理措施包括：（1）原始数据解编；（2）空间属性定义；（3）道编辑；（4）初至拾取；（5）反射波静校正；（6）真振幅恢复；（7）高通滤波；（8）三维地表一致性预测反褶积；（9）三维地表一致性剩余静校正；（10）NMO校正；（11）DMO叠加；（12）频率、空间域随机噪声衰减；（13）三维一步法时间偏移（步长16 ms）；（14）带通过滤；（15）振幅均衡；（16）输出标准SRGY格式偏移数据体。

4.2 处理成果

通过了解工区的地震地质条件、地质任务与要求，确定了有针对性的技术思路和方法。该次三维地震资料处理针对原始资料特点，叠前主要采用了三维地表一致性振幅补偿、三维地表一致性反褶积、DMO倾角校正。叠后随机噪音衰减，三维一步法偏移。

采用先进的处理软件，本着“高分辨率、高保真度、高信噪比”的原则，经过精细处理后的资料在运动学和动力学两个方面都取得了满意的成果。最终取得了网格密度为5 m×5 m×1.0 ms的高精度三维数据体。

4.3 处理质量评价

对三维数据体质量的评价标准，按中华人民共和国煤炭行业标准——《煤炭煤层气地震勘探规范》进行评级。

4.3.1 覆盖次数比较均匀

控制区边缘及内部能达到设计要求的20次覆盖且分布均匀，个别块段由于受地形的影响，覆盖次数相对减少，区内无空白带。

4.3.2 时间剖面质量高

从全区所得时间剖面中，按40 m×40 m网格抽查时间剖面177条，其中Inline线95条，Crossline线82条，共计312.46 km。质量的评价结果如下。

（1）Ⅰ类剖面：191.610 km，占61.32%；

（2）Ⅱ类剖面：82.435 km，占26.38%；

（3）Ⅲ类剖面：38.415 km，占12.30%。

处理成果剖面全部合格，且Ⅰ+Ⅱ类剖面274.045 km，达到87.70%。

4.3.3 时间剖面整体上质量优良

反射波信噪比、分辨率较高，空间归位准确，小断点、小褶曲较清晰。

2#煤层是地震地质成果资料的主要煤层，该煤层在除测区南部外，此次处理成果时间剖面上反射波稳定，形成一个强相位，动力学特征明显，同相轴连续性好、能量强，是全区的标准反射波，全区能可靠对比追踪。

5#与2#煤层相距13.54～22.75 m，平均19.46 m，反射波能量稍差，5#煤层是勘探区的主要煤层，该煤层波型较稳定，全区基本可对比追踪。

总之，该区对应各主要煤层的反射波突出、稳定，波组齐全，能真实地反映其起伏形态及构造变化规律，为对比解释提供了可靠的保证。

5 资料解释方法和步骤

地震資料解释是一个利用物探技术、地质资料与地质勘探规律相结合，把地震数据转换成地质成果的研究过程。具体过程如下。

5.1 主要目的层反射波的确定

利用区内钻孔资料制作地震合成记录，通过它和过钻孔的时间剖面对比来确定反射波的地质属性（地震地质层位），标定主要反射波对应的地质层位。

5.2 标准反射波的选择

将时间剖面上能量强、信噪比高、连续性好、地震地质层位明确的反射波定为标准反射波，它是地震地质解释的主要依据。根据本区情况选T2、T5波作为标准反射波，且以T2波为解释之重点。

5.3 地质资料解释

在大的地质构造和煤层赋存形态基本确定后，即可按照一定方式进行全区更加详细的地质解释。这个过程就是，在工作站双屏幕上以垂直时间剖面为主、以水平时间切片、联井时间剖面为辅，按照先大网格、再小网格，先大构造、后小断层、再地质异常带，各个构造前后剖面连续追踪。充分利用解释系统的波形变面积、双极性、单极性、变密度等功能将三维数据体以多角度、全方位进行对比解释。

6 地震地质成果分析

处理工作针对该区实际情况，在处理中采用了绿山初至折射静校正、二次自动剩余静校正和二次速度分析、DMO叠加、三维时间偏移等一系列措施，取得了较好的处理效果。

资料解释使用Geoframe 3.8.1版本的软件进行全三维资料解释，通过做方差体切片了解全区构造特点，确定测区构造方案，再利用垂直时间剖面结合水平时间切片、三维可视化及实际钻孔资料揭露按一定网格由疏到密进行反复解释，整个流程方法正确、工作细致、成果可信。

该次三维地震勘探共组合断层共65条，其中可靠断层33条，较可靠断层8条，落差<5 m的断层24条。

7 结语

通过努力该次三维地震勘探，在极其困难的施工环境下，获得了较好的野外原始资料。资料处理流程及参数合理，采取现场监控处理，基础工作认真仔细；细化处理时，重点抓住了静校正、反褶积、子波整形、速度分析、去噪、叠前偏移主要环节；并与解释工作紧密联系，同步进行，不断改进，处理成果剖面满足三维地震勘探报告要求。

参考文献

[1] 陆基孟.地震勘探原理[M].北京：中国石油大学出版社，1993.

[2] 何樵登.地震勘探原理和方法[M].北京：地质出版社，1988.

[3] 邹才能.油气勘探开发实用地震新技术[M].北京：石油工业出版社，2002.