龐麗娟,胡 鵬
(山西省煤炭地質(zhì)115勘查院,山西大同037003)
可控震源技術在煤田勘探中的應用
龐麗娟*,胡鵬
(山西省煤炭地質(zhì)115勘查院,山西大同037003)
可控震源技術在煤田勘探中主要應用于炸藥震源很難實現(xiàn)、地震地質(zhì)條件復雜的地區(qū),彌補了炸藥震源的不足,是特殊地表條件下進行野外勘探的主要震源。
煤田勘探;可控震源;炸藥震源;特殊地表
隨著煤田勘探技術的不斷發(fā)展和勘探市場的需求,可控震源技術在煤田勘探中得到了越來越廣泛的應用。
山西省煤炭地質(zhì)115勘查院中標左云韓家洼三維地震勘探項目,通過實地踏勘,結(jié)合其地震地質(zhì)條件,項目部最后決定使用可控震源激發(fā)技術完成本次三維地震勘探??煽卣鹪淳哂行矢摺⒊杀镜?、經(jīng)濟法頻率和激發(fā)振幅可控等優(yōu)點,在本勘探區(qū)成功解決了地震地質(zhì)條件復雜、找不到理想的激發(fā)層位問題,取得了較好的勘探效果。
2.1表淺層地震地質(zhì)條件
韓家洼煤礦位于大同煤田石炭—二疊紀煤田的中南部,本區(qū)屬黃土高原平緩丘陵區(qū),地表大面積被第四系黃土覆蓋,地勢較為平坦,黃土沖溝發(fā)育,呈樹枝狀展布。據(jù)測量資料,區(qū)內(nèi)地形總體上東北高,最高點標高1583.577m;西南低,最低點標高1476.07m。最大高差107.5m。
黃土層地質(zhì)結(jié)構松散,地震波速度低,吸收衰減嚴重,淺層折射、面波、聲波、多次波等強干擾非常發(fā)育,淺表層地震地質(zhì)條件很差,為三維地震數(shù)據(jù)采集帶來很大的困難。
2.2深層地震地質(zhì)條件
全區(qū)主要可采煤層為石炭系太原組4號、9號煤層,煤系地層底為奧陶系灰?guī)r。本次二維地震勘查主要對象為太原組4號、9號煤層。
4號、9號煤層也是本區(qū)的主采煤層,與圍巖波阻抗差異明顯,沉積穩(wěn)定,也可形成一組能量強,波形突出可連續(xù)追蹤、對比的反射波,是本次地震勘探的主要目的波之一。也是構造現(xiàn)象識別的主要依據(jù)。
本次地震勘探采用I/O Image數(shù)字地震儀,激發(fā)震源車采用F2700。為保證野外采集的原始數(shù)據(jù)有足夠的信噪比,滿足地質(zhì)任務的要求,要選擇最佳的施工參數(shù),可控震源的參數(shù)有:掃描頻率、掃描長度、震動次數(shù)、驅(qū)動量、組合方式。
3.1掃描頻率
掃描頻率的選擇包括起始掃描頻率和最終掃描頻率,選擇參數(shù)與目的層埋藏深度,工區(qū)內(nèi)的強干擾與相關子波的清晰度和分辨率有關。最佳參數(shù)要避開強面波干擾提高信噪比。本次三維地震選擇試驗參數(shù)為:10~56Hz、10~64Hz、10~72Hz、10~84Hz,由試驗記錄可以看到:10~72Hz和10~84Hz所得資料頻率較高,有效波較為明顯,但10~72Hz有效波相對較為連續(xù)和清晰。
3.2掃描長度
震源激發(fā)應具有足夠的掃描長度和作用時間來提高激發(fā)能量,同時要考慮目的層的埋藏深度以及資料的信噪比,避開可控震源的諧振干擾。本次勘探選取掃描長度:10s、12s、14s、16s進行試驗。分析不同掃描長度激發(fā)所得資料可以看出:掃描長度14s資料有效波顯示出信噪比高的特征;而10s、12s、16s資料有效波則相對較弱,連續(xù)性較之14s資料較差。綜合對比分析,掃描長度采用14s有效波清晰、連續(xù)性好。
3.3震動次數(shù)
根據(jù)垂直疊加原理,增加震動次數(shù)可以壓制不規(guī)則干擾。本次勘探選擇震動次數(shù)2、4、6、8次進行試驗,考慮到壓制干擾提高信噪比,激發(fā)能量和地震波動態(tài)范圍對目的層反射波精度的影響,施工采用4次激發(fā)。
3.4驅(qū)動量
本次勘探選取驅(qū)動量:50%、60%、70%、80%、100%進行試驗,通過試驗可知,驅(qū)動量的變化對于反射波主頻和有效頻寬沒有影響,當震源驅(qū)動量過大時反而會發(fā)生低頻成分畸變;從能量上分析50%~70%驅(qū)動量增加,反射波能量增加,70%~80%反射波能量增加變緩,80%以上不再增加,實際施工采用驅(qū)動量80%。
3.5組合方式
使用多臺震源是加強向地下發(fā)射掃描信號能量的重要手段,既是單臺震源出力大小限制的一種補救措施,也是單次震源能量太大過多的消耗,增強對地表干擾波壓制效果的有力手段。本次勘探采用2臺震源組合激發(fā)。單炮記錄如圖1所示。
圖1 單炮記錄
3.6觀測系統(tǒng)
據(jù)本采區(qū)地質(zhì)特征進行計算機設計,通過多種觀測系統(tǒng)的比較及多年來開展采區(qū)三維地震勘探的經(jīng)驗,進行優(yōu)化后擬采用12線6炮制規(guī)則束狀觀測系統(tǒng)。
采用觀測系統(tǒng)參數(shù)為:
接收道距:20m;接收線距:40m;
炮點距:100m;炮線距:20m;
最小炮檢距:10m;
接收線數(shù):12線;
接收道數(shù):600道(12線×50道);
CDP網(wǎng)格:10m×10m;
疊加次數(shù):30次(5×6)。
詳細分析地震原始資料的特點,本著“高分辨率、高保真度、高信噪比”的原則,做好折射靜校正,選取合理的基準面和充填速度;處理流程參數(shù)的選擇以有利于突出目的層有效波為主;適當選取反褶積的類型及參數(shù)提高資料的信噪比;認真做好速度分析,盡可能加密速度點,嚴密控制速度的橫向變化情況;使用一步法偏移,提高橫向分辨率。確保最終剖面上波組特征明顯、地質(zhì)現(xiàn)象清楚、斷層斷點歸位合理、斷面清晰。最終取得了理想的時間剖面和三維數(shù)據(jù)體,如圖2、圖3所示。
圖2 時間剖面圖
圖3 三維數(shù)據(jù)體圖
三維野外采集的原始資料經(jīng)過全三維時間偏移處理后,得到了一個三維數(shù)據(jù)體,三維數(shù)據(jù)體中包含著勘探區(qū)內(nèi)豐富的地質(zhì)信息,資料解釋工作就是利用相應的技術方法對數(shù)據(jù)體內(nèi)的地質(zhì)信息進行提煉,將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成地質(zhì)信息。在這個過程中,必須把技術人員對井田構造規(guī)律的認識及解釋經(jīng)驗與解釋軟件的智能功能相結(jié)合,對地震資料反復認識,不斷深化研究。本次解釋工作是在Sun Blade2000工作站上進行的,利用美國斯倫貝謝公司GeoFrame4.03地震解釋軟件(IESX)進行地質(zhì)解釋工作。
(1)充分利用已有的地質(zhì)信息資料,掌握區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件的變化規(guī)律,將宏觀的區(qū)域地質(zhì)構造規(guī)律和本礦區(qū)的地質(zhì)構造特點結(jié)合起來,力求對地層賦存形態(tài),尤其是煤系地層的賦存形態(tài)、構造發(fā)育特征建立起完整的概念模型。并利用區(qū)內(nèi)鉆孔資料制作人工合成地震記錄,將它與時間剖面對比確定反射波的地質(zhì)屬性。
(2)以人工對比解釋為基礎,利用工作站的自動追蹤拾取功能,由粗網(wǎng)格(80m×80m)到細網(wǎng)格(10m×10m)逐步加密解釋。首先用人工解釋的粗網(wǎng)格數(shù)據(jù)建立區(qū)內(nèi)主體骨架,確定較大斷層,閉合后再利用人機聯(lián)作進行細網(wǎng)格追蹤對比,解釋局部小斷層及細微構造,最后確定整體構造方案。
(3)解釋過程中,縱向、橫向和任意時間剖面相結(jié)合,時間剖面和水平切片、順層切片相結(jié)合,全方位的反復對比、反復檢查、反復修改確認,確保解釋結(jié)果的正確可靠。
(4)以90%疊加速度的偏移數(shù)據(jù)體為主,多個數(shù)據(jù)體綜合解釋。充分利用各種三維數(shù)據(jù)體的多源信息,包括方差體以及各種數(shù)據(jù)體的等時切片、順層切片等屬性,進行綜合解釋,從各個角度反復認識構造特征,確定構造方案,然后進行構造的空間閉合,組合斷層等。
(5)將解釋好的層位、斷層等數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺PS-3繪圖系統(tǒng)中,結(jié)合已知鉆孔資料,進行時深轉(zhuǎn)換運算,繪制出各煤層底板等高線圖,切出地震地質(zhì)剖面。
通過本次三維地震勘探工作,可控震源技術解決了煤田勘探中地震地質(zhì)條件復雜的地區(qū)炸藥震源很難施工的問題,彌補了炸藥震源的不足。并且可控震源具有效率高、成本低、頻率和激發(fā)振幅可控等優(yōu)點。證明了可控震源技術在煤田勘探中的勘探效果,具有廣泛的前景。
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·隧道與建設工程·
P631.4
B
1004-5716(2016)08-0199-03
2015-09-16
2015-09-21
龐麗娟(1981-),女(漢族),山西大同人,助理工程師,現(xiàn)從事地球物理勘探工作。