淮北平原煤田三維地震勘探

歐云云

（安徽省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，安徽宿州234000）

淮北平原煤田三維地震勘探

歐云云*

（安徽省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，安徽宿州234000）

在煤田勘探中,三維地震勘探技術(shù)越來越成熟,提高了地震勘探控制小斷層、小構(gòu)造等地質(zhì)目標(biāo)的程度,目前基本可以控制落差5m以上的斷層,大大提高了地震勘探的可靠程度,減少了在采前補(bǔ)勘中的鉆探工程量,降低了勘探成本,為煤礦采區(qū)巷道和工作面的布置提供了可靠的基礎(chǔ)資料,極大地提高了煤田的經(jīng)濟(jì)效益。以金石礦一水平三維地震勘探為例，查明了煤層賦存形態(tài)及構(gòu)造發(fā)育情況，給淮北平原礦井設(shè)計(jì)、規(guī)劃生產(chǎn)提供可靠的地質(zhì)資料。

淮北平原；地震勘探；參數(shù)采集；資料處理與解釋

在煤礦開采過成中，因斷裂、溶洞、陷落柱以及巖漿巖的侵入對(duì)煤層的侵蝕、破壞及煤體燃燒等引起的地質(zhì)災(zāi)害時(shí)常發(fā)生，其主要原因是未能查清地下地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育及煤層賦存情況。三維地震勘探運(yùn)用先進(jìn)的理論與技術(shù)和準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)事故發(fā)生的空間位置，提供詳細(xì)反映礦井地質(zhì)構(gòu)造的可靠資料，以便采取有效對(duì)策，進(jìn)行綜合防治，給礦井設(shè)計(jì)、規(guī)劃生產(chǎn)提供可靠的地質(zhì)資料。地震資料中包涵了地下各反射界面豐富的地質(zhì)信息，結(jié)合已知的鉆孔資料，建立地震反射界面與地質(zhì)層位的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過地震反射波同相軸的形態(tài)、能量強(qiáng)弱、連續(xù)性、頻率變化等特征把對(duì)應(yīng)的地質(zhì)層位的變化反映出來，從而達(dá)到探明地下地質(zhì)構(gòu)造以及煤層賦存情況的要求。本文就以淮北金石礦業(yè)有限責(zé)任公司金石礦一水平的煤層賦存形態(tài)及構(gòu)造發(fā)育情況勘探為例，說明三維地震勘探技術(shù)在淮北平原上的礦井設(shè)計(jì)與規(guī)劃生產(chǎn)提供了可靠的、準(zhǔn)確地質(zhì)資料。

1 勘探區(qū)域基本情況

勘探區(qū)位于淮北平原中部，地勢(shì)平坦，海拔標(biāo)高+32.0～+36.5m，一般為+33m。區(qū)內(nèi)主要有閘河從測(cè)區(qū)的北部經(jīng)過，采區(qū)村莊遍布，對(duì)野外施工有一定影響。該區(qū)域處于北溫帶，屬北方型大陸性氣候與濕潤(rùn)氣候之間的季風(fēng)氣候，氣候溫和，日照充足，四季分明，年平均氣溫為14.8℃。夏季炎熱多雨，冬季寒冷多風(fēng)，雨季多集中在6～8月份，年平均降雨量為800mm。

石臺(tái)井田位于閘河復(fù)向斜的中部，張莊向斜西翼，主體構(gòu)造為張莊向斜。褶曲和斷層在區(qū)內(nèi)均較發(fā)育。大地構(gòu)造位置為華北準(zhǔn)地臺(tái)魯西隆起徐州褶斷帶的西側(cè)，地層由老至新為石炭系、二疊系、第四系，其中石炭系、二疊系為本區(qū)含煤層地層。含煤地層平均總厚993.50m。自上而下含1、2、3、4、5、6、7計(jì)7個(gè)煤（層）組，含煤5～13層，平均總厚5.74m，含煤系數(shù)0.58%。其中全區(qū)大部分可采和局部可采煤層有3、5煤層，可采煤層平均總厚3.43m，占全部煤層總厚的60%，3煤層為主要可采煤層，平均厚3.10m，占可采煤層厚度的90%。

各煤層（組）的間距有一定變化，但在一定范圍內(nèi)具有相對(duì)穩(wěn)定性，對(duì)鄰近鉆孔對(duì)比具有重要意義，各煤層（組）間距情況見表1。

2 淮北平原地球物理特性

地勢(shì)較為平坦，地形高差變化不大，區(qū)內(nèi)有一較大河流（閘河）縱貫測(cè)區(qū)，村莊范圍較大，給野外施工帶來一定困難。潛水面深度一般在2～3m，激發(fā)層位以粘土層為主，激發(fā)條件較好。煤層厚且較穩(wěn)定，與圍巖密度和速度差異大能形成波阻抗差異較大的物性界面，是產(chǎn)生地震反射波的良好條件。區(qū)內(nèi)由于巖漿巖較為發(fā)育，將會(huì)對(duì)反射波品質(zhì)帶來一定影響，總的說來淮北平原的地球物理特性條件良好。針對(duì)石臺(tái)礦一水平的煤層賦存形態(tài)及構(gòu)造發(fā)育情況來分析，本區(qū)可追蹤到的有效反射波主要有：T3波、T5波，T6波。其中T3波是控制本區(qū)構(gòu)造形態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)反射波。見圖1。

圖1 主要地震反射波時(shí)間剖面圖

3 平原地區(qū)三維地震勘探工作方法研究

地震勘探的生產(chǎn)工作，基本上可以分為3個(gè)環(huán)節(jié)：野外采集、資料處理、資料解釋。野外資料的采集是地震勘探的基礎(chǔ)，“其任務(wù)就是獲取有足夠信噪比的可供解釋的時(shí)間域或深度域的地下構(gòu)造圖像”。采集參數(shù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到勘探工作的成敗。

3.1 點(diǎn)、段試驗(yàn)激發(fā)參數(shù)確定

為了獲取的地震反射波波組齊全，較好的激發(fā)層，較高的信噪比，連續(xù)性好的煤層反射波，分別進(jìn)行點(diǎn)試驗(yàn)與段試驗(yàn)。

從點(diǎn)試驗(yàn)效果來看：井深9～10m左右為較好的激發(fā)層，所獲取的地震反射波波組齊全，主要煤層反射波信噪比高，連續(xù)性好。從激發(fā)藥量分析，2kg藥量能量達(dá)到飽和，當(dāng)藥量增大，干擾波變強(qiáng)，且記錄視頻率降低，易抹煞小構(gòu)造；因此確定井深10m，藥量2kg，為最佳參數(shù)。檢波器類型采用100Hz檢波器分辨率高，對(duì)小斷層識(shí)別能力強(qiáng)，記錄能量較強(qiáng)，反射波較連續(xù)。從段試驗(yàn)處理疊加次數(shù)對(duì)比分析：24次覆蓋反射波信噪比高，連續(xù)性好能夠滿足地質(zhì)任務(wù)要求。

3.2 金石礦一水平觀測(cè)參數(shù)

基于以上對(duì)平原勘探觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)的分析，結(jié)合本次勘探地質(zhì)任務(wù)要求，考慮到地形及諸多地下因素等實(shí)際情況，保證覆蓋次數(shù)及CDP面元均勻分布和地震記錄有較高的信噪比和分辨率；同時(shí)，時(shí)間域和空間域的采樣間隔要符合采樣定理。設(shè)計(jì)三維觀測(cè)系統(tǒng)主要參數(shù)設(shè)計(jì)如下：

覆蓋次數(shù)：24次；

觀測(cè)系統(tǒng)：中間對(duì)稱48（24+24）道；

觀測(cè)系統(tǒng)類型：束狀8線8炮制(中間發(fā)炮)；

炮排距：80m；

接收道數(shù)：48×8＝384（道）；

疊加次數(shù)：4×6次(橫向4次，縱向6次)；

偏移距：10m；

炮點(diǎn)距：20m；

接收道距：20m

接收線距：40m；

等效地面采樣間隔：20m×20m；

CDP網(wǎng)格：10m×10m；

縱向最大炮檢距：470m；

縱向最小炮檢距：10m；

橫向最大炮檢距：210m；

橫向最小炮檢距：10m；

最大炮檢距：514.78m；

最小炮檢距：14.14m；

橫向炮點(diǎn)距：20m；

縱向炮排距：80m；

檢波器組合形式：采用100Hz組合；

井深：10m；

藥量：2kg；

儀器：美國(guó)Image采集系統(tǒng)；

采樣間隔：1ms；

記錄長(zhǎng)度：1s。

4 資料處理

在整個(gè)資料處理過程中，我們始終以高分辯率、高信噪比、高保真度“三高”為目標(biāo)開展疊前時(shí)間偏移處理工作。

4.1 原始資料與地質(zhì)構(gòu)造分析

原始資料總體表現(xiàn)為(圖2、圖3)：記錄面貌良好，信噪比及分辨率尚可，目的層層次分明，同相軸特征突出、能量強(qiáng)、連續(xù)性好，單張記錄上煤層反射波清晰可見，但由于該區(qū)村莊密集，變觀頻繁，部分區(qū)域壞道及隨機(jī)雜亂干擾大。由于激發(fā)層位不穩(wěn)定，局部受流砂影響，致使部分單炮面波干擾大，目的層分辨率降低，另外該區(qū)巖漿巖較為發(fā)育，使區(qū)內(nèi)局部反射波品質(zhì)受到一定影響，表現(xiàn)為煤層反射波能量弱，信噪比較低。該區(qū)大部分區(qū)域地質(zhì)反射條件良好，各煤層成像尚可，但局部區(qū)域地質(zhì)反射條件差，特別是受巖漿巖影響反射波能量較弱，信噪比及頻率降低。另外，該區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較為劇烈，褶曲和斷層較為發(fā)育，斷層相互切割較為劇烈，地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，以往二維物探工作由于方法條件限制，斷層構(gòu)造解釋精度不高。

圖2 原始單炮記錄

圖3 初疊剖面顯示

4.2 本區(qū)資料處理特點(diǎn)與效果分析

本次處理疊前采用了野外靜校正、地表一致性反褶積、常速掃描，最大限度地提高了資料的分辨率，剖面質(zhì)量有了較大的提高。這主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）去噪方法、參數(shù)選取適當(dāng)，疊前采用高通濾波使得面波得到較好壓制，疊后又采用隨機(jī)噪音衰減，提高了剖面的信噪比，能清楚地呈現(xiàn)出主要反射層的成像效果。

（2）疊前采用了地表一致性反褶積技術(shù)，使剖面低頻干擾得到較好壓制，高頻信號(hào)得到補(bǔ)償，頻帶得到展寬。處理的剖面分辨率高，層次清楚。

（3）最終處理的剖面歸位準(zhǔn)確，目的層連續(xù)性較好，達(dá)到了“三高”處理目的。

5 地震資料解釋

資料解釋使用處理中心的sun-60工作站進(jìn)行，利用Geoframe公司的IES/IESX交互地震地質(zhì)解釋系統(tǒng)，解釋工作站提供了靈活方便的解釋功能及其先進(jìn)直觀的顯示方法，利用該數(shù)據(jù)體可以輸出時(shí)間切片和垂直時(shí)間剖面，供解釋人員使用。成果圖件使用CPS-3地質(zhì)繪圖系統(tǒng)繪制。依據(jù)平原地區(qū)勘探需要的方向與主線，主要進(jìn)行了以下方面的地震資料解釋。

5.1 利用水平切片檢查構(gòu)造的縱、橫向展布趨勢(shì)

水平切片上同相軸的強(qiáng)度反映了反射波的強(qiáng)度，其寬度與地層傾角的大小有關(guān)，也與視頻率的高低有關(guān)。當(dāng)斷層存在時(shí)，水平切片上同相軸被斷開。錯(cuò)開量是垂直剖面上錯(cuò)開量的6～8倍，它和斷距的大小及顯示的比例有關(guān)。

5.2 利用方差體進(jìn)行分析解釋

解釋系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)體作方差處理，建立起方差數(shù)據(jù)體，沒有構(gòu)造發(fā)育的地方表現(xiàn)為色調(diào)單一，無異常值。斷層發(fā)育地段，表示為色彩呈條帶狀變化。

5.3 煤層宏觀結(jié)構(gòu)的解釋

隨著高分辨率地震勘探技術(shù)的發(fā)展，預(yù)測(cè)煤層宏觀結(jié)構(gòu)及趨勢(shì)變化等巖性解釋工作已成為可能。利用煤層反射波振幅層拉平圖，結(jié)合已有的鉆孔對(duì)資料做標(biāo)定，進(jìn)行綜合分析研究。

5.4 速度標(biāo)定及速度場(chǎng)的建立

本次共利用區(qū)內(nèi)鉆孔15個(gè)。求解出3煤層平均速度值2350～2900m/s、5煤層平均速度值2400～2900m/s、61煤層平均速度值2700～3050m/s。從各層速度平面圖上可以看出，隨著目的層深度的增加，其速度相對(duì)應(yīng)增大。

6 三維地震勘探成果

三維地震勘探目的是解決影響礦井開采的構(gòu)造等問題，充分了解淮北平原的煤田地下地質(zhì)構(gòu)造以及煤層賦存情況是實(shí)現(xiàn)該地區(qū)井田建設(shè)的重點(diǎn)。通過對(duì)金石礦一水平三維地震勘探，將勘探成果與實(shí)際地質(zhì)資料進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)該地區(qū)的礦井開拓及安全生產(chǎn)具有深遠(yuǎn)的意義。

6.1 新生界以及煤層起伏形態(tài)控制

該區(qū)新生界很薄，總體趨勢(shì)為東南部厚、西北部薄。厚度變化范圍在30～60m之間。區(qū)內(nèi)煤系地層總體表現(xiàn)為一軸向近南北的向斜構(gòu)造，向斜軸位于測(cè)區(qū)中部，向斜軸兩翼煤層傾角不一致，向斜西翼傾角偏大約19°，東翼煤層傾角相對(duì)較緩，約7°～18°。

區(qū)內(nèi)3煤層底板標(biāo)高變化范圍為-220～-520m，傾角7°～19°；煤層厚度變化范圍為0.4～5.23m；5煤層與3煤層層間距較小，其層間距10～37m，煤層底板標(biāo)高變化范圍為-230～-550m，傾角7°～19°。煤層厚度變化范圍為0.35～1.11m；區(qū)內(nèi)61煤層底板標(biāo)高變化范圍為-460～-560m，傾角7°～19°；煤層厚度變化范圍為0.35～1.17m。

6.2 斷層的控制

資料解釋使用的是5m×5m×1ms網(wǎng)度的三維偏移數(shù)據(jù)體，解釋網(wǎng)度20m×20m。解釋中充分利用工作站解釋系統(tǒng)的自動(dòng)追蹤、局部放大，多種參數(shù)時(shí)間顯示、多種切片顯示、立體顯示等功能，對(duì)各條斷層進(jìn)行逐一連續(xù)性控制，提高了地震資料解釋的可靠程度。斷裂構(gòu)造的主要特點(diǎn)：斷層基本沿北東方向發(fā)育，全為正斷層。

6.3 巖性的解釋

煤層厚度趨勢(shì)預(yù)測(cè)：3煤層：全區(qū)較厚且穩(wěn)定。煤厚0.4～5.23m左右，西北部較厚，南部較薄；5煤層：全區(qū)較3煤薄且不穩(wěn)定煤厚0.35～1.11m之間；61煤層：全區(qū)較薄且不穩(wěn)定，煤厚0.35～1.17m左右。

巖漿巖的解釋：對(duì)本區(qū)地震資料結(jié)合鉆孔資料進(jìn)行分析，本區(qū)鉆孔揭露主要煤層受巖漿巖侵蝕，侵蝕的主要煤層為3煤，侵入方式為順層侵入，侵蝕嚴(yán)重近全區(qū)分布，多為天然焦。對(duì)本區(qū)煤層進(jìn)行20m×20m解釋，未發(fā)現(xiàn)直徑大于20m的陷落柱。

7 結(jié)論

本次三維地震勘探，查明了新地層的厚度變化，控制了測(cè)區(qū)內(nèi)主要煤層的產(chǎn)狀變化，同時(shí)對(duì)落差大于等于5m的斷層進(jìn)行了準(zhǔn)確控制，對(duì)落差小于5m以下的斷層進(jìn)行了精細(xì)的查找和解釋?？刂屏?0m等高距的3、5、61煤層煤層底板形態(tài)及構(gòu)造，對(duì)3、5、61煤厚度變化趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)和研究，對(duì)巖漿巖侵蝕情況及其它地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行了解釋。

資料解釋sun-60工作站上進(jìn)行，利用Geoframe公司的IES/IESX交互地震地質(zhì)解釋系統(tǒng)，充分利用三維數(shù)據(jù)體包含的豐富地質(zhì)信息，采用工作站顯示對(duì)比、任意方向的垂直剖面、水平切片、方差體等多樣手法，發(fā)揮了人機(jī)交互解釋系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，解釋成果圖件使用CPS-3地質(zhì)繪圖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，速度場(chǎng)較準(zhǔn)確，解釋成果可靠。三維地震勘探技術(shù)在淮北平原的成功應(yīng)用，為該地區(qū)的礦井設(shè)計(jì)與規(guī)劃生產(chǎn)提供了可靠的、準(zhǔn)確地質(zhì)資料。

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P631.4

A

1004-5716(2015)11-0143-04

2014-11-27

2014-12-01

歐云云（1981-），女（漢族），安徽宿州人，工程師，現(xiàn)從事物探技術(shù)工作。