孫立新

(山東省煤田地質(zhì)局物探測量隊(duì), 山東 泰安 271021)

地震勘探技術(shù)在裴溝礦31采區(qū)的應(yīng)用

孫立新

(山東省煤田地質(zhì)局物探測量隊(duì), 山東 泰安 271021)

在山區(qū)地震勘探中，由于復(fù)雜多變的巖性及地表的劇烈起伏影響地震成像的品質(zhì)，本文以裴溝礦井31采區(qū)為例，首先在數(shù)據(jù)采集階段針對(duì)不同地表?xiàng)l件采用不同設(shè)備成孔，保證原始數(shù)據(jù)質(zhì)量；其次在資料處理階段通過“兩步”靜校正方法解決山區(qū)高程及巖性變化引起的成像問題，獲得高質(zhì)量的處理成果。經(jīng)過礦井生產(chǎn)的初步驗(yàn)證可知，所采用的技術(shù)手段正確，所取得的地質(zhì)成果精度較高。

山區(qū)勘探；浮動(dòng)基準(zhǔn)面；采集參數(shù)；靜校正；同相疊加

0 引言

隨著勘探的不斷深入，平原地區(qū)的勘探范圍逐步縮小，勘探方向逐漸轉(zhuǎn)向西部偏遠(yuǎn)地區(qū)和復(fù)雜地形的山區(qū)，由于山區(qū)地表高程變化劇烈，地表出露巖性復(fù)雜，近地表速度很高，且變化劇烈，為了獲得較好的地震資料，使人們不得不改變?cè)瓉砥皆貐^(qū)對(duì)地震傳播規(guī)律的認(rèn)識(shí)。首先，地形起伏導(dǎo)致嚴(yán)重的靜校正問題，其次是種類繁多的干擾波，第三是復(fù)雜的近地表速度結(jié)構(gòu)和地形造成同一反射波形特征不一致。因此綜合分析復(fù)雜地表?xiàng)l件下的地震波場特征[1]，了解近地表各因素在地震傳播中的影響，是獲得較好的地震資料的關(guān)鍵所在。本文以新密市裴溝礦井31采區(qū)為例，主要通過分析勘探區(qū)內(nèi)典型的起伏地表、資料采集參數(shù)及處理中所采用的主要措施等，獲得了較好的地震資料。

1 裴溝礦井地震地質(zhì)條件

裴溝礦井位于鄭州市西南35 km，新密市東南8.5 km。本區(qū)為新生界全掩蓋的低山丘陵地形地貌，地表第四系沖溝發(fā)育，溝內(nèi)局部出露有二疊系風(fēng)化的砂巖、砂質(zhì)泥巖。第四系黃土厚度0～20 m不均，但潛水位埋深較大，淺層地震地質(zhì)條件變化較大，給野外數(shù)據(jù)采集帶來較大的困難，所獲得的地震波信噪比低，影響采集質(zhì)量[2]。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)縱橫向激發(fā)巖性多變，為灰?guī)r、粗砂巖和原生黃土[3]或極其致密泥巖等，使得成孔費(fèi)用高，時(shí)效低。

(2)溝壑縱橫，使得施工交通不便，有些鉆孔不能到位，使得覆蓋次數(shù)不均勻。

(3)山區(qū)淺層地震地質(zhì)條件變化不一，大致可分為3個(gè)類型：巖石出露區(qū)(灰?guī)r、砂質(zhì)泥巖、泥巖等)，坡積物堆積區(qū)(松散礫石覆蓋、碎石等)，黃土覆蓋區(qū)(淺層黃土或中厚層黃土)。在不同類型的激發(fā)層位中激發(fā)，目的層反射波的特征及信噪比有很大差別，因而在山區(qū)施工選擇合理的激發(fā)方式和激發(fā)層位是很重要的。

2 野外數(shù)據(jù)采集方法

由于地面條件復(fù)雜，在全區(qū)選擇了具有代表性的8個(gè)地段，分別進(jìn)行了激發(fā)和接收條件的對(duì)比試驗(yàn)，經(jīng)過認(rèn)真的對(duì)比分析及統(tǒng)計(jì)，形成了全區(qū)范圍內(nèi)最佳激發(fā)井深平面分布圖，采用機(jī)械鉆機(jī)和手板鉆2種成孔設(shè)備，針對(duì)本區(qū)不同的地表?xiàng)l件總結(jié)如下。典型三維地震勘探單炮記錄見圖1。

(1)厚黃土覆蓋區(qū),采用手板鉆成孔單井激發(fā)，打到基巖面為準(zhǔn)或在黃土中激發(fā)。

(2)薄黃土覆蓋區(qū), 采用機(jī)械鉆機(jī)成孔，打到基巖面以下0.5 m。

(3)在一些黃土層較薄或坡積物堆積區(qū)，地面起伏不平鉆機(jī)無法施工地帶，采用人工成孔或洛陽鏟，當(dāng)井深小于4 m時(shí)，采用雙井、三井組合激發(fā)，同時(shí)使用沙袋壓井，以確保激發(fā)能量下傳，減少激發(fā)能量的衰減和面波的產(chǎn)生。

(4)基巖出露區(qū)，利用風(fēng)鉆或山地鉆機(jī)成孔，穿透基巖[4]風(fēng)化面下1～2 m，使大部分能量轉(zhuǎn)換為彈性波有效下傳，激發(fā)的地震波頻率高。

(5)如遇較大面積激發(fā)巖性差的區(qū)段，可根據(jù)實(shí)際情況，利用三維地震觀測系統(tǒng)的靈活多變性，設(shè)計(jì)特殊的觀測系統(tǒng)，盡量避開激發(fā)條件差的地段，選擇激發(fā)條件好、成孔較深的區(qū)段激發(fā)。單井激發(fā)采用1.5 kg，雙井組合激發(fā)采用0.5 kg×2。

注：a 黃土層中激發(fā)； b 基巖風(fēng)化面以下激發(fā)c 三井組合基巖風(fēng)化面以下激發(fā)； d 基巖風(fēng)化面下1～2 m激發(fā)

3 資料處理中的主要技術(shù)措施

對(duì)于復(fù)雜地區(qū)地震數(shù)據(jù)處理，靜校正是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。山區(qū)勘探處理過程中如果采用一步到位的基準(zhǔn)面進(jìn)行靜校正估算，就必然導(dǎo)致模型中既有低降速帶的速度，又有高速巖層的速度，混雜一起將會(huì)導(dǎo)致估算方法的困難，其估算結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。因此要分2步走：第1步作地形平滑線，平滑步長一般大于疊加排列長度680 m(即最大炮檢距)，平滑線與實(shí)際地形線相對(duì)高差不宜超過30 m，這個(gè)參考面可作為浮動(dòng)基準(zhǔn)面[2],在這樣一個(gè)范圍內(nèi)，不管它是否存在低降速帶，均按常規(guī)靜校正的概念，估算靜校正量進(jìn)行靜校正；第2步是選擇統(tǒng)一基準(zhǔn)面，一般選擇為全區(qū)最高點(diǎn)高程的水平面，在浮動(dòng)基準(zhǔn)面與統(tǒng)一基準(zhǔn)面之間，用替換速度填平二者之間的空間。如果說前者是“小靜?！保敲春笳呔涂煞Q為“大靜?！盵4]。在進(jìn)行第2步時(shí)必須注意替換速度的確定，替換速度一般為低降速帶以下高速巖層的速度。

3.1 本勘探區(qū)地震數(shù)據(jù)的部分記錄特征

如圖1中幾張單炮記錄可以看出，記錄道初至走時(shí)(箭頭所指)突變與地表?xiàng)l件變化有關(guān)，但由于低降速帶的影響這種變化不一定與地表相對(duì)高差變化嚴(yán)格一致，這種初至突變的不規(guī)則性，也影響有效波組的連續(xù)性。本勘探區(qū)最大排列長度為680 m，最大相對(duì)高差達(dá)176 m，同排列最大高差超過150 m，也就是說，僅疊加道集內(nèi)檢波點(diǎn)的高差最大就可達(dá)到150m，(見圖2所示的本勘探區(qū)高程平面示意圖)。按替換3 200 m/s計(jì)算，動(dòng)較后最大時(shí)差可達(dá)到94 ms，因而不進(jìn)行人工靜校正根本無法實(shí)現(xiàn)同相疊加。

圖2 本勘探區(qū)高程平面示意圖

3.2 浮動(dòng)基準(zhǔn)面與統(tǒng)一基準(zhǔn)面的選擇

在地表起伏較大地區(qū)使用固定基準(zhǔn)面做靜校正時(shí)，由于固定基準(zhǔn)面距離實(shí)際地面變化劇烈，靜校正會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，由此必須引進(jìn)一個(gè)隨地形起伏的相對(duì)較平滑的浮動(dòng)基準(zhǔn)面，這樣炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)都首先被校正到浮動(dòng)基準(zhǔn)面上，本區(qū)平滑步長為700 m。采用浮動(dòng)基準(zhǔn)面使靜校正值相對(duì)較小，并且能夠獲取最佳疊加效果。低降速帶已包含在地表與這個(gè)浮動(dòng)基準(zhǔn)面之間，即已經(jīng)消除了低速帶的影響，然后進(jìn)行浮動(dòng)基準(zhǔn)面與統(tǒng)一基準(zhǔn)面之間的高程校正，根據(jù)本區(qū)高程變化特點(diǎn)，統(tǒng)一基準(zhǔn)面高程為230 m，替換速度為3 200 m/s，經(jīng)過校正后的地震記錄可看作在該水平基準(zhǔn)面上激發(fā)接收的結(jié)果，滿足了后續(xù)處理的條件。圖3為本勘探區(qū)浮動(dòng)基準(zhǔn)面示意圖。

圖3 基準(zhǔn)面示意圖

3.3 處理效果分析

圖4 靜校正前、后的單炮記錄

圖5 三維剩余靜校正前(上)后(下)時(shí)間剖面對(duì)比

本區(qū)資料處理采用Sun Blade2000工作站，采用法國CGG公司的Geovecteur Plus 2100和GREEN MOUNTAIN專用地震處理軟件，靜校正采用綠山初至折射靜校正法求取靜校正量，建立表層結(jié)構(gòu)模型，并利用相應(yīng)的處理模塊對(duì)長短波長校正量進(jìn)行分離，先進(jìn)行浮動(dòng)基準(zhǔn)面的校正，再進(jìn)行全區(qū)統(tǒng)一基準(zhǔn)面的校正。圖4可以看出原始單炮(左圖)初至曲線扭曲、起伏很大。圖4中右圖是經(jīng)初至折射靜校正后的記錄，其復(fù)雜地表區(qū)由地形和低速帶變化引起的異?；鞠?，初至?xí)r間曲線變得光滑，同相軸連續(xù)性明顯改善。圖5是三維剩余靜校正前(上)后(下)時(shí)間剖面對(duì)比，疊加剖面效果明顯，同相軸連續(xù)性增強(qiáng)，波組特征變好，地質(zhì)現(xiàn)象更清楚，信噪比明顯提高，有利于資料的后續(xù)處理。

4 效果分析

本區(qū)在資料采集和處理時(shí)采用了上述一系列方法后，取得了較為顯著的效果，具體表現(xiàn)為：第一，使得野外數(shù)據(jù)采集質(zhì)量得以提高，野外原始記錄甲級(jí)率為50.28%；第二，在資料處理階段通過“兩步”靜校正方法解決山區(qū)高程及巖性變化引起的成像問題，獲得的時(shí)間剖面對(duì)地質(zhì)現(xiàn)象的反映真實(shí)可靠，最終處理成果根據(jù)《煤炭煤層氣地震勘探規(guī)范》評(píng)級(jí)全區(qū)I+Ⅱ類時(shí)間剖面面積為98.34%。如圖6所示，地震時(shí)間剖面信噪比、 頻率較高， 同相軸連續(xù)性較強(qiáng)，波組特征明顯，地質(zhì)現(xiàn)象清楚。對(duì)全區(qū)所解釋的斷點(diǎn)，根據(jù)性質(zhì)、落差及空間展布規(guī)律，共組合斷層45條，均為正斷層，其中落差大于50 m的4條，20～50 m的10條，10～20 m的9條，5～10 m的14條，小于5 m的8條，北部風(fēng)井處的油坊溝斷層和F48斷層已經(jīng)得到驗(yàn)證，效果較好。

圖6 校正后取得的成果圖

5 結(jié)論

本文較詳細(xì)地分析了裴溝礦31采區(qū)地震勘探的數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)，并認(rèn)為，在山區(qū)勘探中首先要因地制宜采用合理的觀測系統(tǒng)，合適的激發(fā)和接收參數(shù)；其次是在資料處理過程中要針對(duì)勘探區(qū)復(fù)雜地形和多變的表層條件，找出適合山區(qū)靜校正處理的措施[3]；可較好地解決山區(qū)地震勘探中存在的靜校正、低信噪比等地震勘探技術(shù)難題，有效地提高煤田地震勘探的精度和可靠性，為煤礦設(shè)計(jì)和開采提供較可靠的基礎(chǔ)資料。

[1]宋建國，紀(jì)聰智，劉田田.復(fù)雜近地表地震波波場特征分析[C]//劉元生.山東地球物理六十年.北京：中國海洋大學(xué)出版社，2010.

[2]熊翥.復(fù)雜山區(qū)地震數(shù)據(jù)處理思路[M].北京：石油工業(yè)出版社，2002.

[3]俞壽明.高分辨率地震勘探[M].北京：石油工業(yè)出版社，1994.

[4]溫建緒.小面元三維地震勘探技術(shù)在西山屯蘭礦南五采區(qū)的應(yīng)用[J].中國煤田地質(zhì)，2008,20(6):77-79.

Application of Seismic Exploration Technology in 31-mining Area of Peigou Coal Mine

SUN Li-xin

(Geophysical Surveying Team, Anhui Bureau of Coalfield Geology, Tai'an 271021, China)

The quality of seismic imaging is great affected by the complex lithology and salient relief surface of the mountainous area. This paper takes the Peigou coal mine 31 mining area as a study example. Firstly, different equipment for boring hole in the data acquisition stage under different surface conditions is adopted to ensure the quality of the original data. Secondly, a “two step” static correction method is used to solve the imaging problem in the stage of processing data that causing by the change of altitude and lithology. Through the above measures, high quality results are obtained. Preliminary validation of the mine production shows that the method is correct, and its accuracy is good.

mountain exploration; floating datum; acquisition parameters; static emendation; in-phase stacking

10.3969/j.issn.1003-1375.2014.03.007

2014-06-27

孫立新(1966—),女(漢族),主要從事煤田地震勘探工作.E-mail:sunlixin05@126.com.

P315.242

A

1003-1375(2014)03-0031-04