楊志國(guó)，高啟明

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

沙漠戈壁地區(qū)三維地震勘探方法

楊志國(guó)*，高啟明

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

戈壁沙漠地區(qū)的三維地震勘探越來(lái)越引起人們重視，介紹了野外采集方法，施工難度及解決措施。在資料處理上，采用野外靜校正和偏移技術(shù)，在解釋上，工作站交互解釋系統(tǒng)，人機(jī)聯(lián)動(dòng)，使處理更加靈活。速度分析、構(gòu)造解釋、褶曲解釋使解釋愈發(fā)精確。

三維地震勘探；野外靜校正；偏移技術(shù)；構(gòu)造解釋

我國(guó)沙漠主要分布在賀蘭山—烏鞘嶺以西的廣大地區(qū)，面積52×104km2。我國(guó)戈壁廣泛分布于溫都爾廟—百靈廟—鄂托克旗—鹽池一線以西北的廣大荒漠、半荒漠平地，總面積約45×104km2。隨著西部大開(kāi)發(fā)，越來(lái)越多的地質(zhì)隊(duì)伍開(kāi)進(jìn)了沙漠戈壁，探尋石油和煤炭，沙漠戈壁地區(qū)三維地震勘探被廣泛應(yīng)用。

1 地質(zhì)地形

哈密是新疆自治區(qū)的國(guó)有重點(diǎn)煤礦區(qū)。蘭新鐵路通過(guò)礦區(qū)南側(cè)，礦區(qū)專用鐵路線與之相聯(lián)；公路有國(guó)道相通。礦區(qū)位于天山褶皺帶的南緣哈密盆地的西北邊緣，礦區(qū)東西長(zhǎng)43.2km，南北寬24.3km，面積1050km2，礦區(qū)距烏魯木齊市500余公里，交通方便。本區(qū)地表為戈壁地貌，無(wú)居民點(diǎn)。區(qū)內(nèi)地勢(shì)北高南低、西高東低。由于區(qū)內(nèi)含有厚度不均的風(fēng)化石，對(duì)地震波的高頻信息有明顯吸收作用，激發(fā)效果差，成孔困難。因此，表淺層地震地質(zhì)條件較為復(fù)雜。本區(qū)含煤地層為中下侏羅系地層，勘探的主要目的層2、4煤層賦存條件較好，煤層與圍巖波阻抗差異明顯，煤層之間間距適中,能夠形成2組反射波，易分辨。煤層頂、底板巖性主泥巖、砂巖，與煤層的物性差異較大，有利于得到較好的反射波，因此具有良好的中深部地震地質(zhì)條件。

2 資料采集方法

觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須綜合考慮地質(zhì)任務(wù)、地形及諸多地下因素，充分利用高密度采集的面積接收技術(shù)和炮、檢點(diǎn)網(wǎng)格的靈活組合，獲得分布均勻的地下數(shù)據(jù)點(diǎn)網(wǎng)格及所要求的覆蓋次數(shù)，以保證較高的信噪比和分辨率。

觀測(cè)系統(tǒng)及采集參數(shù)：

觀測(cè)系統(tǒng)：

二維觀測(cè)系統(tǒng)：24次疊加；

接收道數(shù)96道，道距10m，炮距20m，偏移距5m。

三維觀測(cè)系統(tǒng)：24次（橫4縱6）；

觀測(cè)系統(tǒng)類型:規(guī)則束狀8線14炮中間激發(fā)。

接收道數(shù)：60×8=480道；

接收線數(shù)：8條；

接收道距：20m；

井深：6m；

藥量：3kg。

本區(qū)野外采集的難處是地下水位較淺，埋置炸藥時(shí)雷管受潮，影響爆炸，許多炮放不響，丟炮率較高，野外施工人員集思廣益，反復(fù)試驗(yàn)，最后在雷管外面裹上避孕套，起到了很好的密封作用，終于解決了這個(gè)難題。

3 資料處理

本區(qū)三維地震數(shù)據(jù)處理工作是在涿州市深達(dá)計(jì)算機(jī)技術(shù)服務(wù)部進(jìn)行的，利用sun brade2000工作站，采用法國(guó)CGG公司的Geovecteur Plus 2100和GREEN MOUNTAIN等專用地震處理軟件進(jìn)行處理。

3.1 資料處理的主要技術(shù)措施

（1）野外靜校正。本區(qū)地處戈壁地區(qū)，地表地形較為復(fù)雜，地表高差較大，高程變化范圍990～1180m，故野外靜校正是本區(qū)地震資料處理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于地表高程及地表低（降）速帶厚度、速度存在橫向變化使得由此產(chǎn)生的地震波旅行時(shí)差會(huì)對(duì)信號(hào)的疊加效果產(chǎn)生一定的不利影響，致使反射波同相軸信噪比下降、頻率降低。應(yīng)用合適的靜校正方法和參數(shù)，可以消除這種時(shí)差，確保疊加剖面的質(zhì)量。本區(qū)雖然高差不大，但靜校正問(wèn)題嚴(yán)重，折射靜校正效果十分明顯。

針對(duì)檢波點(diǎn)高程及激發(fā)井深的變化，我們選定靜校正基準(zhǔn)面高程為1120m，替換速度為2000m/s。

（2）隨機(jī)噪音衰減。為了提高疊加剖面信噪比，增強(qiáng)疊加剖面的連續(xù)性保證疊加剖面質(zhì)量和歸位效果，我們采用FX域隨機(jī)噪音衰減模塊，對(duì)預(yù)測(cè)道數(shù)和回加百分比進(jìn)行了試驗(yàn)，選取最佳的參數(shù)，保證了該模塊的處理效果。

（3）偏移。偏移采用三維一步法有限差分偏移，是目前國(guó)際上通用的先進(jìn)偏移技術(shù)方法。偏移所采用的速度是對(duì)DMO速度進(jìn)行平滑并適當(dāng)降低不同百分比，通過(guò)觀察斷點(diǎn)，地質(zhì)構(gòu)造特征是否合理得當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，本次速度采用100%效果較好。

3.2 處理效果分析

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。

4 資料解釋措施和特殊方法

三維地震勘探是一種面積地震勘探，高密度的采集和高精度的處理，提供了精細(xì)的三維數(shù)據(jù)體資料，利用該數(shù)據(jù)體可以提取各種剖面圖、平面圖和立體圖像，以滿足解釋工作的需要。

解釋流程以工作站解釋為主，人工解釋為輔。把技術(shù)人員對(duì)井田和測(cè)區(qū)構(gòu)造規(guī)律的認(rèn)識(shí)及解釋經(jīng)驗(yàn)與工作站智能解釋軟件相結(jié)合，參考前期地震勘探成果資料，全面開(kāi)展解釋工作。

4.1 解釋原則

資料解釋是物探資料轉(zhuǎn)換為地質(zhì)成果資料的深入研究過(guò)程，它是物探技術(shù)、地質(zhì)規(guī)律、解釋經(jīng)驗(yàn)的綜合體現(xiàn)。

（1）用于解釋的基礎(chǔ)資料。用三維地震數(shù)據(jù)體（網(wǎng)格為5m×5m×1ms）切出的各種剖面和切片作為解釋的基礎(chǔ)資料，其中有X方向、Y方向和任意方向垂直時(shí)間剖面和一定時(shí)間間隔切出的水平切片。剖面和切片圖重點(diǎn)部位增加變密度和彩色顯示，顯示間隔視解釋階段而定。

（2）工作站交互解釋系統(tǒng)。人機(jī)聯(lián)作解釋系統(tǒng)對(duì)于三維地震資料的解釋具有特殊的優(yōu)越性，是三維解釋必不可少的工具，其主要特點(diǎn)有：

①能充分利用三維高密度數(shù)據(jù)體進(jìn)行精細(xì)解釋。由于三維資料作為數(shù)據(jù)體存入系統(tǒng)內(nèi)，因此，可根據(jù)需要，顯示任意方向測(cè)線的垂直剖面或水平切片、或顯示立體圖像來(lái)幫助解釋、驗(yàn)證解釋方案。并能在解釋過(guò)程中隨時(shí)了解剖面解釋的平面展布，觀察構(gòu)造形態(tài)及斷層的平面延伸。

②三維高密度數(shù)據(jù)體精細(xì)地反映了各種地質(zhì)現(xiàn)象的變化。相鄰測(cè)線有嚴(yán)格的相似性，加之高密度的水平切片與之聯(lián)合作用，增加了對(duì)細(xì)微地質(zhì)現(xiàn)象的識(shí)別能力。要落實(shí)小的地質(zhì)異常體和小斷層，只有采用人機(jī)聯(lián)作解釋系統(tǒng)才能做到精細(xì)解釋，從而達(dá)到落實(shí)各種細(xì)微地質(zhì)現(xiàn)象的目的，這是人工解釋望塵莫及的，充分體現(xiàn)了工作站人機(jī)交互解釋的優(yōu)越性。

4.2 解釋方法和步驟

資料解釋是一個(gè)由原始資料轉(zhuǎn)變?yōu)榈刭|(zhì)成果的研究過(guò)程，是經(jīng)驗(yàn)、地質(zhì)規(guī)律、多種技巧和知識(shí)的全面體現(xiàn)，有其獨(dú)特的方法和步驟：

（1）主要反射波地質(zhì)層位的確定。地震資料解釋工作的第一步是根據(jù)鄰區(qū)三維地震資料來(lái)確定地震地質(zhì)層位。然后，確定各煤層的標(biāo)準(zhǔn)反射波。

（2）時(shí)間剖面上層位的解釋。三維地震時(shí)間剖面層位的標(biāo)定、對(duì)比與追蹤，主要是根據(jù)時(shí)間剖面上有效波的同相軸、波組波形及相位特征、振幅強(qiáng)度、時(shí)差等，利用解釋系統(tǒng)的局部縮放的顯示功能，并用鉆孔資料進(jìn)行層位標(biāo)定，確定其層位。

（3）綜合對(duì)比。依靠垂直時(shí)間剖面、利用各種彩色切片，以同相軸的錯(cuò)斷、分叉、強(qiáng)相位轉(zhuǎn)換、振幅變?nèi)鮼?lái)判定斷層。在時(shí)間剖面上把錯(cuò)斷的波形放大，以便細(xì)致地研究小斷層的性質(zhì)和斷距。利用方差體、時(shí)間切片、三維可視化等方法來(lái)識(shí)別和查找測(cè)區(qū)的構(gòu)造。

4.3 速度研究

地震波的傳播速度是地震資料解釋中的重要參數(shù)，速度標(biāo)定正確與否，將直接影響時(shí)深轉(zhuǎn)換后煤層底板標(biāo)高的精度。

本區(qū)各煤層時(shí)深轉(zhuǎn)換速度的求取，是在充分利用鉆孔資料的基礎(chǔ)上完成的。根據(jù)鉆孔見(jiàn)煤點(diǎn)的高程計(jì)算出鉆孔處見(jiàn)煤點(diǎn)與基準(zhǔn)面的距離，再根據(jù)見(jiàn)煤點(diǎn)對(duì)應(yīng)煤層反射波的時(shí)間來(lái)求出該點(diǎn)與基準(zhǔn)面間的速度。進(jìn)而根據(jù)所有鉆孔標(biāo)定，求出全區(qū)的速度場(chǎng)。

4.4 構(gòu)造解釋

（1）斷層的解釋：

①時(shí)間剖面上斷層的解釋。在垂直時(shí)間剖面上斷點(diǎn)的反映為同相軸的錯(cuò)斷、分叉、強(qiáng)相位轉(zhuǎn)換、振幅變?nèi)酢Ｐ÷洳顢鄬又饕憩F(xiàn)為同相軸扭曲，出現(xiàn)所謂“層斷波不斷”的現(xiàn)象。用上述方法、原則對(duì)剖面進(jìn)行對(duì)比和斷點(diǎn)解釋。然后，再根據(jù)斷點(diǎn)在相鄰時(shí)間剖面上的傾向、落差等顯示特征的相似性，將時(shí)間剖面上的斷點(diǎn)在平面上進(jìn)行組合。

②利用方差體解釋斷層。斷層在方差體上表現(xiàn)為顏色上與周邊差異較大的條狀區(qū)域。1煤、2煤、4煤斷層在方差體上的顯示如下。

（2）褶曲的解釋。原始的沉積巖層，主要呈水平狀態(tài)。當(dāng)水平巖層受到擠壓力時(shí)，便會(huì)形成波浪狀的彎曲，稱為褶曲。地震解釋上，從垂直剖面和水平切片可以較直觀地看出褶曲的發(fā)育情況，從煤層底板等高線圖上可以準(zhǔn)確地控制褶曲軸部、翼部的分布范圍。

本區(qū)的煤層底板形態(tài)自西北向東南總體為由向斜到背斜再過(guò)渡到向斜的形態(tài)，在底板等高線圖上等高線呈“S”型，在勘探區(qū)北部由于受到地應(yīng)力及斷層的切割影響次級(jí)褶曲較發(fā)育。褶曲在時(shí)間剖面上的顯示見(jiàn)圖1。

圖1 褶曲在時(shí)間剖面上的顯示

5 地震地質(zhì)成果

本報(bào)告經(jīng)過(guò)對(duì)三維勘探區(qū)時(shí)間剖面進(jìn)行網(wǎng)格為40m×40m的追蹤，查明了主要可采煤層1煤、2煤、4煤的起伏形態(tài)及10m以上的褶曲；查明了落差5m及5m以上的斷層，對(duì)落差3～5m的斷點(diǎn)及小斷層進(jìn)行了解釋；對(duì)煤層的賦存區(qū)及煤厚變化趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)；本區(qū)1煤層、2煤層和4煤層埋藏較深，未發(fā)現(xiàn)煤層在基巖面出露現(xiàn)象。

二維勘探區(qū)初步查明了主采煤層1煤、2煤和4煤的起伏形態(tài)及沿測(cè)線上斷點(diǎn)的發(fā)育情況，并對(duì)覆蓋層的厚度進(jìn)行了解釋。

本次三維地震勘探將二維區(qū)和三維區(qū)放在一起解釋并統(tǒng)一進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，提高了二維區(qū)資料解釋的可靠程度和掀接的精度，以便于礦方使用。

5.1 新生界厚度的控制

本區(qū)新生界較厚，厚度變化范圍約290～450m（二維區(qū)320～450m，三維區(qū)290～400m），總體上由東南向西北逐漸增厚。第四系底界起伏較小，坡角一般在2°～4°，三維勘探區(qū)南部及二維區(qū)西部相對(duì)較陡約在6°～7°，在勘探區(qū)內(nèi)新生界底部古隆起和古凹陷較為發(fā)育。

全區(qū)新生界厚度共有15個(gè)鉆孔控制，其中三維區(qū)11個(gè)鉆孔控制，二維區(qū)4個(gè)，三維區(qū)控制程度較高；二維區(qū)鉆孔較少，均未在測(cè)線上，且測(cè)線未形成網(wǎng)格，新生界厚度控制程度極低，僅供參考。

5.2 煤系地層起伏形態(tài)的控制

根據(jù)地質(zhì)任務(wù)，對(duì)勘探區(qū)內(nèi)的主要可采煤層2、4煤層的起伏形態(tài)進(jìn)行了解釋，并在合同之外根據(jù)潞新公司要求又增加了對(duì)1煤層的解釋，現(xiàn)簡(jiǎn)述如下：

勘探區(qū)煤系地層形態(tài)自西北向東南總體為背—向—背的褶曲形態(tài)。在勘探區(qū)北部，由于受斷層切割和地層擠壓的影響，褶曲發(fā)育，發(fā)育有一軸向北西—南東向的背斜，背斜兩翼坡角較陡，一般在10°左右，最陡處可達(dá)15°。

勘探區(qū)2煤層底板標(biāo)高自北東向南西逐漸加深，在670～150m（三維區(qū)670～250m，二維區(qū)500～150m），測(cè)區(qū)內(nèi)地層傾角自北東往南西方向由緩逐漸變緩，傾角在15°～3°；4煤層底板標(biāo)高自北東向南西逐漸加深，在640～100m（三維區(qū)640～210m，二維區(qū)480～100m）之間；測(cè)區(qū)內(nèi)地層傾角自北東向南西由緩逐漸變緩，傾角在15°～3°；1煤層底板標(biāo)高在730～200m，其中三維區(qū)730～300m，二維區(qū)560～200m。

6 問(wèn)題

為了便于礦方更好地使用本成果資料，需做以下幾點(diǎn)說(shuō)明：

（1）全區(qū)鉆孔較少，特別是二維區(qū)鉆孔更少，地層速度很難把握，影響了時(shí)深轉(zhuǎn)換的精度，在勘探區(qū)西部特別是二維區(qū)煤層在底板深度上可能存在較大誤差。

（2）本次勘探為常規(guī)三維地震勘探，不能從根本上解決煤厚，制作的煤層厚度變化趨勢(shì)圖（包括沖刷變薄區(qū)、不可采區(qū)）只能對(duì)煤層厚度進(jìn)行定性的分析和預(yù)測(cè)，不可避免地存在一定誤差，相應(yīng)地質(zhì)成果僅供礦方參考。

[1]徐水師，王冬，等.再論中國(guó)煤炭地質(zhì)綜合勘查理論與技術(shù)新體系[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2009（12）.

[2]王慶瑞.記三維地震勘探技術(shù)的應(yīng)用[J].科技論壇，2011（2）.

[3]于謙.三維地震勘探技術(shù)在新莊井田中的應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2011（2）.

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1004-5716(2015)09-0117-04

2014-08-29

2014-08-29

楊志國(guó)（1968-），男（漢族），安徽宿州人，工程師，現(xiàn)從事煤田地質(zhì)勘探工作。