湯紅偉,　鄒云超

(中煤科工集團(tuán) 西安研究院, 西安 710077)

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吉新煤礦三維地震勘探層位標(biāo)定與時(shí)-深轉(zhuǎn)換方法

湯紅偉,鄒云超

(中煤科工集團(tuán) 西安研究院, 西安 710077)

針對(duì)一些特殊礦區(qū)因鉆孔數(shù)量稀少、不能實(shí)現(xiàn)三維地震資料有效解釋的情況，利用地質(zhì)模型的正演模擬，提出一種地震反射波地質(zhì)層位涵義標(biāo)定方法及時(shí)-深轉(zhuǎn)換方法，預(yù)測(cè)吉新煤礦煤層底板深度。鉆探與巷道資料驗(yàn)證結(jié)果表明，6#煤層的底板深度為489 m，與文中方法預(yù)測(cè)結(jié)果吻合；正演模擬技術(shù)能夠正確指導(dǎo)地質(zhì)層位標(biāo)定，疊加速度體的充分利用有效提高了底板標(biāo)高精度。

三維地震勘探; 資料解釋; 正演模擬; 層位標(biāo)定； 時(shí)-深轉(zhuǎn)換

0　引　言

煤炭是我國(guó)的主要能源,占我國(guó)一次能源儲(chǔ)量的70%,到2050年煤炭仍將是我國(guó)的主要能源(至少占50%)。雖然我國(guó)煤炭資源豐富,但勘探程度低且地理分布極不平衡。近年來(lái),隨著煤礦高產(chǎn)高效的需要,對(duì)復(fù)雜區(qū)域及精細(xì)地質(zhì)勘探的要求日益提高,以成本較低的高分辨率地震勘探技術(shù)為基礎(chǔ)的煤礦采區(qū)地震勘探,成為詳細(xì)查明小斷層、小褶曲、陷落柱、采空區(qū)、煤層沖刷帶及厚度變化等重要地質(zhì)資料的有效手段。我國(guó)中西部煤炭資源占全國(guó)煤炭資源保有儲(chǔ)量的三分之二,但是西部地區(qū)復(fù)雜的地表、地貌條件嚴(yán)重地影響了地震勘探的激發(fā)與接收,復(fù)雜的地下結(jié)構(gòu)嚴(yán)重地影響了地震資料的正確成像,鉆孔密度小(有些勘探區(qū)只進(jìn)行過(guò)預(yù)查后就立刻進(jìn)行了三維地震勘探工作)給地震反射波地質(zhì)涵義[1]標(biāo)定帶來(lái)較大的困難,同時(shí),鉆孔密度小及地層速度橫向變化劇烈也會(huì)嚴(yán)重影響時(shí)-深轉(zhuǎn)換的精度。針對(duì)這一情況,筆者利用地質(zhì)模型正演模擬,提出一種地震反射波地質(zhì)層位標(biāo)定方法,為鉆孔資料稀少區(qū)域的地震資料解釋提供了參考。

1　勘探區(qū)概況與數(shù)據(jù)處理

1.1勘探區(qū)概況

吉新煤礦位于新疆維吾爾自治區(qū)吉木薩爾縣境內(nèi),由原紅山洼煤礦、安信煤礦、石場(chǎng)溝吉新煤礦三個(gè)地方煤礦組成。露頭及采掘資料顯示,勘探區(qū)地層由老至新有下侏羅統(tǒng)八道灣上亞組、第四系。含煤地層為下侏羅統(tǒng)八道灣組,主要可采煤層為7#、6#、4#、3#四個(gè)煤層,煤層厚度分別為3．0～6.0、10.0～18.0、1.5～5.0、1.9～3.0 m,7#煤層底板至6#煤層頂板間距10～25 m,6#煤層底板至4#煤層頂板間距約25 m,4#煤層底板至3#煤層煤層頂板間距約1 m。煤層埋藏深度100～450 m,地層傾角25°左右。

1.2野外資料采集及處理

采用束狀6線3炮制觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,共完成施工線束16束,生產(chǎn)物理點(diǎn)5 228個(gè),其中甲級(jí)品3 357張,占64.21%,乙級(jí)品1 834張,占35.08%,廢品37張,占0.71%,取得了較好的原始資料。

采集的三維地震數(shù)據(jù),采用法國(guó)CGG軟件進(jìn)行處理。應(yīng)用的主要處理模塊有初至折射靜校正、地表一致性反褶積、速度分析、剩余靜校正、偏移等，得到偏移數(shù)據(jù)體、疊加數(shù)據(jù)體各一個(gè)。按照MT/T 897—2000《煤炭煤層氣地震勘探規(guī)范》 ,對(duì)此次三維地震數(shù)據(jù)處理所獲得的偏移地震時(shí)間剖面抽取40 m×80 m的網(wǎng)格進(jìn)行評(píng)級(jí),I類剖面占總剖面長(zhǎng)度的76.65%;II類剖面占總剖面長(zhǎng)度的15.4%;III類剖面占總剖面長(zhǎng)度的7.95%;I+II類剖面占總剖面長(zhǎng)度的92.05%。以上數(shù)據(jù)說(shuō)明資料處理的結(jié)果可靠,為取得較可靠的地質(zhì)成果奠定了基礎(chǔ)。

2　分析與驗(yàn)證

常規(guī)三維地震資料解釋,首先是根據(jù)區(qū)內(nèi)鉆孔資料制作合成記錄進(jìn)行層位標(biāo)定,然后根據(jù)解釋的層位關(guān)系以及呈現(xiàn)的構(gòu)造特征進(jìn)行構(gòu)造解釋,最后進(jìn)行時(shí)-深轉(zhuǎn)換,得到所需要的相關(guān)成果圖件[2]。

2.1層位標(biāo)定

常見(jiàn)的層位標(biāo)定方法主要有VSP橋式連接、鄰近地震引層、人工合成記錄、時(shí)-深轉(zhuǎn)換尺四種,四種方法均以鉆孔資料為基礎(chǔ)。但該區(qū)缺乏鉆孔資料,以上方法均不能實(shí)現(xiàn)此勘探區(qū)的層位標(biāo)定,為此,通過(guò)建立地質(zhì)模型的方式來(lái)進(jìn)行層位標(biāo)定。首先,根據(jù)巖層露頭及實(shí)際揭露資料,建立勘探區(qū)的地質(zhì)模型(圖1),然后應(yīng)用正演模擬技術(shù)進(jìn)行模擬分析,將模擬結(jié)果與實(shí)際地震時(shí)間剖面進(jìn)行對(duì)比,并根據(jù)實(shí)際地震時(shí)間剖面不斷修正地質(zhì)模型,直至模擬結(jié)果與實(shí)際地震剖面完全一致,再根據(jù)模擬的結(jié)果確定出反射波地質(zhì)涵義(圖2)。圖3是勘探區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間剖面,對(duì)比圖2與圖3,認(rèn)為標(biāo)定結(jié)果符合實(shí)際情況。根據(jù)相鄰地震道反射波的波形相似性、同相性、連續(xù)性、振幅和頻率特征及多波組之間的相互關(guān)系等多種參數(shù)對(duì)全區(qū)進(jìn)行對(duì)比和追蹤。對(duì)不能在全區(qū)連續(xù)追蹤的反射波進(jìn)行局部對(duì)比。

圖1　勘探區(qū)簡(jiǎn)易地質(zhì)模型

圖2　模型的合成記錄

圖3　勘探區(qū)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間剖面

2.2斷層解釋

在地震時(shí)間剖面上,解釋斷點(diǎn)的依據(jù)為反射波(波組)同相軸的錯(cuò)斷、分叉合并、扭曲及同相軸產(chǎn)狀突變等。同時(shí)可以利用水平時(shí)間切片對(duì)解釋的斷點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。斷點(diǎn)解釋完畢后根據(jù)相鄰地震時(shí)間剖面上的斷點(diǎn)顯示特征、相鄰斷點(diǎn)落差變化情況進(jìn)行斷層組合。該區(qū)共組合斷層45條,其中,落差>20 m的斷層6條,10～20 m的7條,5～10 m的21條,0～5 m的11條。

2.3底板深度預(yù)測(cè)

2.3.1時(shí)-深轉(zhuǎn)換

時(shí)-深轉(zhuǎn)換是將等時(shí)線平面圖轉(zhuǎn)換成等深線平面圖的過(guò)程,即將平面上各點(diǎn)的速度均乘以平面圖上反射時(shí)間的二分之一,得出深度平面圖[3]。時(shí)-深轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)公式為

式中:h——目的層深度;

t0——反射時(shí)間。

在進(jìn)行時(shí)-深轉(zhuǎn)換時(shí),需要利用區(qū)內(nèi)已知的鉆孔或巷道標(biāo)高,進(jìn)行速度標(biāo)定,反算出該處的地震波傳播速度,建立全區(qū)的地震波空間速度場(chǎng)(一般要求已知點(diǎn)分布均勻),以供各層時(shí)-深轉(zhuǎn)換使用[1,4]。但該區(qū)缺乏鉆孔資料,只在勘探區(qū)的淺部存在巷道揭露點(diǎn),如果僅應(yīng)用這些揭露點(diǎn)的資料進(jìn)行速度求取,深部的速度變化可能難以控制。因此,先采用第一種預(yù)測(cè)方法,即應(yīng)用巷道標(biāo)高點(diǎn)作為已知點(diǎn)進(jìn)行時(shí)-深轉(zhuǎn)換,得到煤層底板等高線圖,對(duì)底板等高線圖、煤層反射波等時(shí)圖進(jìn)行對(duì)比分析,認(rèn)為煤層底板等高線的變化趨勢(shì)基本與煤層反射波等時(shí)圖相同時(shí)便可[5-6],但此方法得到的底板深度誤差難以確定。為此,又采用了第二種方法進(jìn)行時(shí)-深轉(zhuǎn)換。在資料處理過(guò)程時(shí),按照100 m×100 m的網(wǎng)格進(jìn)行速度分析,如果這些分析準(zhǔn)確,相當(dāng)于地面布置了100 m×100 m的鉆孔[7]。基于這種假設(shè)首先采用DMO速度建立沿目的煤層的層速度場(chǎng),然后讀取巷道揭露位置的層速度與平均速度,利用平均速度除以該處的層速度,得到一個(gè)速度系數(shù),再勾繪出速度系數(shù)平面圖,然后用其值乘以層速度,得到平均速度平面圖[8-9]。這樣即可得到煤層底板等高線圖。按照兩種方法分別預(yù)測(cè)了6#煤四口勘探井的底板深度(h)，如表1所示。從表1可以看出,兩種方法預(yù)測(cè)的底板深度差異較大。

表1　預(yù)測(cè)的煤層底板深度

2.3.2結(jié)果對(duì)比

為比較兩種時(shí)-深轉(zhuǎn)換方法的精度,對(duì)揭露的6#煤層的底板深度與預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　6#煤層底板深度與預(yù)測(cè)誤差對(duì)比

由表2可以看出,利用方法一預(yù)測(cè)的煤層底板深度誤差大于5.0%,利用方法二預(yù)測(cè)的煤層底板深度誤差小于2.5%,故認(rèn)為方法一的預(yù)測(cè)結(jié)果不可靠。應(yīng)用方法二,在加密鉆孔的基礎(chǔ)上再次進(jìn)行了時(shí)-深轉(zhuǎn)換,利用轉(zhuǎn)換結(jié)果預(yù)測(cè)A3的鉆孔深度為485 m。

2.4實(shí)際驗(yàn)證

經(jīng)后期鉆探資料驗(yàn)證,A3鉆孔的6#煤層底板深度為489 m,使用第二種方法兩次預(yù)測(cè)的誤差小于1%。同時(shí)經(jīng)過(guò)巷道探測(cè)資料驗(yàn)證,煤層底板深度誤差均不大于1.5%；兩條落差7 m的斷層平面擺動(dòng)誤差在10 m左右。從驗(yàn)證結(jié)果看，斷層和底板深度的預(yù)測(cè)結(jié)果均控制在合同及規(guī)范要求的范圍之內(nèi)。

3　結(jié)束語(yǔ)

速度參數(shù)和成圖方法的選取對(duì)于提高三維地震勘探精度是十分重要的。文中利用地質(zhì)模型正演模型技術(shù)提出地震反射波地質(zhì)層位涵義標(biāo)定方法及時(shí)-深轉(zhuǎn)換方法。應(yīng)用效果表明，在鉆孔資料稀少(缺乏)區(qū)域應(yīng)用正演模擬技術(shù)確定反射波地質(zhì)層位的方法是可行的,利用疊加速度體進(jìn)行時(shí)-深轉(zhuǎn)換的方法可以提高煤層底板標(biāo)高的精度。

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(編輯荀海鑫)

3D seismic exploration horizon calibrate and time-depth conversion in Jixin coal mine

TANGHongwei,ZOUYunchao

(Xi’an Research Institute of China Coal Technology & Engineering Group Corp., Xi’an 710077, China)

Aimed at overcoming the failure to interpret 3D seismic data effectively due to fewer boreholes in some special fields, this paper, based on the simulation of geological model, proposes the calibration method for corresponding geological layer meaning with the seismic reflection and time-depth conversion and the prediction of coal floor depth of Jixin coal mine. The real drilling and roadway data verify that 6#coal floor is 489 m deep, consistent with the prediction results produced by the proposed way. The forward simulation technique allows the correct calibration for geological horizon and the full utilization of staking velocity volume enables an effectively improved interpretation precision of coal floor depth.

3D seismic exploration; data interpretation; forward modeling; horizon calibrate; time-depth conversion

2013-05-30

中煤科工集團(tuán)西安研究院創(chuàng)新基金項(xiàng)目(2013XAYCX019)

湯紅偉(1980-)，女，河南省信陽(yáng)人，助理研究員,博士，研究方向：三維地震勘探技術(shù),E-mail:tanghongwei@cctegxian.com。

10.3969/j.issn.1671-0118.2013.04.023

P631.4

1671-0118(2013)04-0405-04

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