侯澤明，楊德義

山西煤礦采區(qū)高密度三維地震勘探綜述

侯澤明，楊德義

(太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024)

在對(duì)國(guó)內(nèi)外高密度三維地震勘探技術(shù)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行系統(tǒng)闡述的基礎(chǔ)上，對(duì)高密度三維地震勘探的3個(gè)關(guān)鍵參數(shù)及概念進(jìn)行了討論，認(rèn)為高密度三維地震勘探技術(shù)是先進(jìn)地震勘探技術(shù)的集成，具有組合性和相對(duì)性，應(yīng)靈活應(yīng)用，因地制宜地開(kāi)展。在分析了山西煤礦采區(qū)的地震地質(zhì)條件及技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了在山西煤礦采區(qū)開(kāi)展高密度三維地震勘探應(yīng)遵循“小面元、高覆蓋、寬方位(3，必要條件)和相應(yīng)的關(guān)鍵采集及處理技術(shù)(X，必選項(xiàng))”的“3+X”技術(shù)路線；在數(shù)據(jù)采集中，應(yīng)以提高信噪比為核心；在數(shù)據(jù)處理中，應(yīng)以高精度靜校正和疊前去噪為核心。將該技術(shù)運(yùn)用到山西某礦工程實(shí)例中，取得很好的效果，證明該技術(shù)路線的有效性。研究成果可為同行提供技術(shù)參考，并促進(jìn)高密度三維地震勘探技術(shù)在山西煤礦采區(qū)推廣。

高密度三維地震；采集參數(shù)；信噪比；山西煤礦采區(qū)

隨著地質(zhì)勘探目標(biāo)的復(fù)雜化和勘探要求的精準(zhǔn)化、細(xì)致化，傳統(tǒng)的三維地震勘探技術(shù)逐漸難以滿足高精度地質(zhì)任務(wù)的要求。高密度三維地震勘探(High Density Three Dimension Seismic Exploration，簡(jiǎn)稱HD3D技術(shù))由于其具有高空間采樣密度及高分辨率等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在石油勘探、煤田勘探和其他礦產(chǎn)勘探方面推廣使用。山西煤礦采區(qū)由于其特有的地震地質(zhì)條件，近5年來(lái)HD3D技術(shù)正處于大規(guī)模推廣應(yīng)用的前期。本文對(duì)HD3D的主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行總結(jié)、對(duì)其概念進(jìn)行了深入的討論、結(jié)合山西煤礦采區(qū)的特點(diǎn)，提出“3+X”的技術(shù)路線，并將其應(yīng)用于山西某礦的勘探實(shí)例中，對(duì)于在山西煤礦采區(qū)開(kāi)展HD3D技術(shù)具有一定的參考價(jià)值。

1 高密度三維地震勘探的技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外現(xiàn)狀

1988年L．Ongkiehong[1]提出了減小道間距離、提高采樣密度，從而改善由于檢波器組合帶來(lái)的誤差；2002年的SEG會(huì)議上，P. I. Pecholcsp等[2]提出了“未授權(quán)采集”技術(shù)?！案呙芏炔杉?High-density acquisition)這一概念才被真正意義上的提出[3]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字采集技術(shù)、萬(wàn)道地震儀器的出現(xiàn)， 2000年西方Geco公司開(kāi)發(fā)了高密度地震勘探的Q-Technology技術(shù)系列(Q-Land、Q-Marine、Q-SeaBed、Q-reservoir、 Q-Borehole等)，2003年P(guān)GS公司開(kāi)發(fā)了HD3D技術(shù)，2004年CGG公司開(kāi)發(fā)了Eye-D技術(shù)[4]。其中以Q-Land技術(shù)最具有代表性，它是針對(duì)陸上地震勘探的Q技術(shù)，以單點(diǎn)高密度采集為特征，其技術(shù)的關(guān)鍵是；大于3萬(wàn)道的大動(dòng)態(tài)范圍(82 dB)高頻單點(diǎn)數(shù)字檢波器，室內(nèi)檢波器最佳組合疊加，而HD3D和Eye-D技術(shù)則是以小道間距、高成像道密度為特色[5]。國(guó)外高密度三維地震的主要技術(shù)進(jìn)展表現(xiàn)在：

a. 數(shù)據(jù)采集方面 為實(shí)現(xiàn)高密度采集、節(jié)省野外施工人員與財(cái)力的投入，降低采集過(guò)程中巨額費(fèi)用，朝著高效率、高質(zhì)量采集方向發(fā)展，近年來(lái)節(jié)點(diǎn)地震儀器逐漸興起，與傳統(tǒng)的電纜采集系統(tǒng)相比，其優(yōu)點(diǎn)是輕便、體積小、精度高，節(jié)點(diǎn)儀器正向著實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)布設(shè)方向發(fā)展[6]；另一方面，基于MEMS數(shù)字傳感器的全數(shù)字三維地震正在發(fā)展。

b. 地震激發(fā)方面 可控震源作為一種常用的陸地激發(fā)設(shè)備，不僅可以實(shí)現(xiàn)寬頻帶(低頻1~2 Hz)激發(fā)，還可以實(shí)現(xiàn)高效激發(fā)，如EricBattig使用DS4(距離分隔同時(shí)滑動(dòng)掃描)技術(shù)實(shí)現(xiàn)在露天煤礦的數(shù)據(jù)采集[7]；C. Tsingas等[8]使用一種新型的分布式可控震源激發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的高效、高質(zhì)量采集。除了激發(fā)與接收，觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面也至關(guān)重要，A. B. Santos等[9]使用基于混合基數(shù)的反演算法對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)的幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)采集成本的最小化、采集數(shù)據(jù)質(zhì)量的最優(yōu)化。

c. 數(shù)據(jù)處理方面 去噪技術(shù)發(fā)展迅速，方法種類繁多，主要集中于多域聯(lián)合去噪技術(shù)[10]、多種去噪方法的融合[11-12]、改進(jìn)傳統(tǒng)算法的去噪技術(shù)[13-14]等；常規(guī)的靜校正方法主要包括野外靜校正、折射波靜校正、層析靜校正以及剩余靜校正[15]，P. Myrto等[16]提出使用面波分析的靜校正方法，該方法克服了傳統(tǒng)方法運(yùn)算速度慢、校正精度不夠高的缺點(diǎn)；Z.MATEUSZ等[17]提出了使用考慮各向異性影響的DTA(Delay Time Analysis Method)算法，通過(guò)與傳統(tǒng)的靜校正方法進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)該方法可以增加地質(zhì)體的地震信息，提高小構(gòu)造的分辨率，增強(qiáng)成像結(jié)果的可靠性。在偏移成像方面，從疊前時(shí)間偏移、疊前深度偏移向逆時(shí)偏移方向發(fā)展，從各向同性假設(shè)基礎(chǔ)上的算法向各向異性的高精度算法改進(jìn)，從單一方位的疊前偏移向多方位的疊前偏移發(fā)展，從單一的一種偏移技術(shù)向多種偏移技術(shù)的融合發(fā)展[18]。

d. 數(shù)據(jù)解釋方面 地震地質(zhì)解釋的主要內(nèi)容集中于對(duì)構(gòu)造解釋、巖性解釋、地層解釋。其解釋技術(shù)包括有三維解釋技術(shù)、反演技術(shù)、屬性解釋技術(shù)、人工智能技術(shù)等，G. PEARS等[19]將地質(zhì)、3D地震和其他的地球物理資料(航空磁法、地面重力、激發(fā)極化)融合的三維解釋技術(shù)；M. S. D. MANZI等[20]提出一種新的地震屬性(對(duì)稱屬性)，增強(qiáng)在堅(jiān)硬巖層中對(duì)微弱反射信號(hào)的識(shí)別，從而提高在堅(jiān)硬巖層中解釋的精度；J. F. L. Souza等[21]通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法來(lái)增強(qiáng)地震成像圖的精確識(shí)別，提高解釋準(zhǔn)確率。

1.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

1982年張應(yīng)波提到了高密度采樣這個(gè)概念，但其思想仍然為常規(guī)三維地震[22]。2003年我國(guó)首次在濟(jì)陽(yáng)坳陷墾71井區(qū)實(shí)施了20 km2的HD3D[23]。由圖1可知：從2013年以后，國(guó)內(nèi)HD3D技術(shù)發(fā)展迅速，研究熱度大致呈現(xiàn)出逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)。并對(duì)近十年的文獻(xiàn)資料按研究?jī)?nèi)容技術(shù)類型進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，其中，設(shè)計(jì)、采集類研究占64%；處理與解釋研究占36%。

圖1 高密度地震勘探文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)

受到國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的影響，國(guó)內(nèi)HD3D技術(shù)在設(shè)計(jì)、采集、處理和解釋技術(shù)等方面也有很大進(jìn)步。

觀測(cè)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)對(duì)于實(shí)現(xiàn)HD3D至關(guān)重要，通過(guò)研究炮道密度與采集資料質(zhì)量之間的關(guān)系[24]、覆蓋次數(shù)與采集資料質(zhì)量之間的關(guān)系[25]、面元尺寸與采集資料質(zhì)量之間的關(guān)系[26]，并得到了一些重要結(jié)論，從而為HD3D觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考；觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，參數(shù)分析優(yōu)化方法也是多種多樣的，包括有基于波動(dòng)方程的照明分析技術(shù)[27]、基于目標(biāo)體的正演技術(shù)[28]、基于目標(biāo)體的退化處理技術(shù)[29]，但這些方法只是所用的計(jì)算方法、針對(duì)的目的、分析處理的步驟不同而已，其觀測(cè)系統(tǒng)分析的參數(shù)仍然與常規(guī)的三維地震觀測(cè)分析的參數(shù)一樣；OVT域?qū)傩苑治龇椒▌t是改變傳統(tǒng)的參數(shù)類型，應(yīng)用體屬性和片屬性進(jìn)行分析[30]。

在采集方面，實(shí)際地震勘探中無(wú)法避免在穿越村莊、河流、陡崖等檢波器無(wú)法埋置的地方，則需要采用非規(guī)則的觀測(cè)系統(tǒng)，大部分的觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)分析方法均是對(duì)規(guī)則三維地震觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，而基于壓縮感知的優(yōu)化技術(shù)則是針對(duì)非規(guī)則觀測(cè)系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)高密度數(shù)據(jù)的采集[31]。為實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的重復(fù)使用，提出了2.5次三維地震勘探技術(shù)[32]和垂直觀測(cè)技術(shù)[33]，這些技術(shù)均是在以往采集的三維地震數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，使用與原觀測(cè)系統(tǒng)相同的參數(shù)，改變其方位進(jìn)行觀測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)高密度的采集，這樣的采集方式雖然可以實(shí)現(xiàn)高密度、寬方位的目的，但必將帶來(lái)后期數(shù)據(jù)如何進(jìn)行高精度融合問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)從激發(fā)到接收數(shù)據(jù)的高信噪比和高效率，提出了可控震源和炸藥震源高效激發(fā)技術(shù)、井震高效混合激發(fā)技術(shù)[34]、寬頻激發(fā)技術(shù)，寬頻、保真、多分量的全數(shù)字接收技術(shù)[35]；為保證各個(gè)環(huán)節(jié)人員的快速聯(lián)絡(luò)及單炮質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采用實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理技術(shù)。

數(shù)據(jù)處理的過(guò)程主要是去噪技術(shù)、高精度動(dòng)校正技術(shù)[36]、高精度靜校正技術(shù)[37]、反褶積技術(shù)[38]、拓頻技術(shù)、Q補(bǔ)償技術(shù)、高精度偏移技術(shù)(如OVT域偏移、疊前時(shí)間偏移、疊前深度偏移等)[39]等的應(yīng)用。

在地震數(shù)據(jù)解釋方面，主要是反演技術(shù)(如全波反演技術(shù)、波阻抗反演技術(shù)[40]等)，譜分解技術(shù)，而地震屬性解釋技術(shù)(屬性優(yōu)化技術(shù)、多屬性融合技術(shù))、三維可視化技術(shù)是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

1.3 主要技術(shù)指標(biāo)

石油系統(tǒng)開(kāi)展HD3D勘探較早，表1為公開(kāi)的相關(guān)文獻(xiàn)資料統(tǒng)計(jì)情況。從表1中可總結(jié)出HD3D的幾個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)：平均面元尺寸為5 m′10 m，平均覆蓋次數(shù)100次以上，平均橫縱比0.60以上。

煤炭領(lǐng)域開(kāi)展HD3D技術(shù)的時(shí)間相對(duì)石油領(lǐng)域較晚，2007年，在安徽淮南丁集煤礦首次開(kāi)展了高密度全數(shù)字三維地震勘探[50]；隨后在淮北、山西、河南(焦作煤業(yè))、陜西、內(nèi)蒙、四川等地也進(jìn)行了HD3D的工作，在煤炭領(lǐng)域應(yīng)用情況見(jiàn)表2。對(duì)幾個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)總結(jié)：平均面元尺寸5 m′5 m，平均覆蓋次數(shù)40次上，平均縱橫比0.5以上。

表1 石油領(lǐng)域高密度三維地震主要參數(shù)統(tǒng)計(jì)

表2 煤炭領(lǐng)域高密度三維地震主要參數(shù)統(tǒng)計(jì)

由于目的層埋深和地質(zhì)任務(wù)的要求不同，HD3D在石油和煤炭領(lǐng)域?qū)z波器采用不同的方式。石油領(lǐng)域有2種方式：?jiǎn)吸c(diǎn)、數(shù)字檢波器、室內(nèi)組合；多點(diǎn)組合、模擬檢波器、無(wú)室內(nèi)組合。在煤炭領(lǐng)域開(kāi)展該技術(shù)同樣有2種方式：?jiǎn)吸c(diǎn)、數(shù)字檢波器、無(wú)室內(nèi)組合；單點(diǎn)或多點(diǎn)組合、模擬檢波器、無(wú)室內(nèi)組合。

綜上所述，國(guó)外HD3D技術(shù)開(kāi)展較早，采用的技術(shù)先進(jìn)，國(guó)內(nèi)在該技術(shù)應(yīng)用方面開(kāi)展較多，進(jìn)步快速。國(guó)內(nèi)的HD3D技術(shù)在設(shè)計(jì)和采集方面，以觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究為主，而有關(guān)采集技術(shù)研究較少；在數(shù)據(jù)處理和解釋方面，數(shù)據(jù)處理技術(shù)發(fā)展較快，而解釋技術(shù)相對(duì)滯后。在主要技術(shù)特征上，以“小面元、高覆蓋、寬方位(簡(jiǎn)稱三參數(shù))”為代表。

2 高密度三維地震的概念討論

HD3D與常規(guī)三維地震勘探一樣，均屬于三維地震勘探的范疇，只不過(guò)HD3D技術(shù)概念在不同的勘探領(lǐng)域、不同的歷史發(fā)展時(shí)期、不同的地區(qū)有其獨(dú)特的技術(shù)特征而已。無(wú)論“高精度”“高分辨率”，還是“高密度”三維地震勘探，其最終目標(biāo)都是一致的，即對(duì)勘探地質(zhì)體的高分辨率以及對(duì)所解釋地質(zhì)成果的高準(zhǔn)確率，因而對(duì)于地質(zhì)體的高準(zhǔn)確率是HD3D技術(shù)的最終要求，而“高密度”是其主要技術(shù)特征。

HD3D技術(shù)歷史地繼承了“高精度”“高分辨率”三維地震勘探技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，是高精度、高分辨率三維地震勘探技術(shù)發(fā)展的新階段。HD3D技術(shù)在不同領(lǐng)域，其概念也有很大的差別，因而具有相對(duì)性。比如在油田領(lǐng)域中，常規(guī)三維地震勘探的CDP網(wǎng)格是50 m′50 m或者25 m′25 m，而HD3D的CDP網(wǎng)格是20 m′20 m或者10 m′10 m，在煤炭系統(tǒng)中這是稱不上HD3D的；海上石油HD3D在采集設(shè)計(jì)上是小CDP網(wǎng)格、高覆蓋次數(shù)，輔之以單點(diǎn)數(shù)字檢波器。而在山西煤礦采區(qū)，除減小CDP網(wǎng)格、提高覆蓋次數(shù)外，還需要有先進(jìn)激發(fā)技術(shù)、接收技術(shù)，輔以高精度靜校正技術(shù)、拓頻技術(shù)、振幅補(bǔ)償技術(shù)、疊前去噪技術(shù)和先進(jìn)的解釋技術(shù)。

HD3D技術(shù)具有組合性。既可以通過(guò)增加炮道密度，提高空間采樣率來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以整合常規(guī)三維地震勘探中一些先進(jìn)的技術(shù)成就，如寬方位設(shè)計(jì)技術(shù)、單點(diǎn)高密度數(shù)字檢波器技術(shù)及室內(nèi)組合壓噪技術(shù)、去噪技術(shù)、疊前偏移技術(shù)(疊前時(shí)間偏移、疊前深度偏移)、高精度靜校正技術(shù)、反褶積技術(shù)等。

綜上所述，HD3D技術(shù)具有組合性、相對(duì)性以及靈活性，在保證核心技術(shù)參數(shù)(三參數(shù))的前提下，可因地制宜選擇先進(jìn)的觀測(cè)系統(tǒng)、先進(jìn)的采集、處理及解釋技術(shù)。

3 山西煤礦采區(qū)高密度三維地震勘探的特點(diǎn)分析

3.1 地震地質(zhì)條件

山西煤礦采區(qū)的表、淺層屬于雙復(fù)雜地區(qū)，其一是采區(qū)地形復(fù)雜，相對(duì)高差大，溝谷縱橫，切割劇烈；其二是淺表層主要以黃土、卵石層、坡積物及基巖風(fēng)化帶等松散物質(zhì)覆蓋，且在縱向和橫向上呈現(xiàn)出不均勻性，使得地震波的吸收衰減嚴(yán)重，對(duì)中深層地質(zhì)體的分辨率帶來(lái)很大的影響，而且面波、多次波和折射多次波發(fā)育，常常會(huì)干涉主要煤層的反射波。

山西煤礦采區(qū)地震勘探的中深層地震地質(zhì)條件一般。煤層埋深較淺，大多在600 m以內(nèi)，煤層厚度較厚且穩(wěn)定，煤層傾角較小，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，形成的反射波能量強(qiáng)、穩(wěn)定、連續(xù)。但由于有多層煤對(duì)地震波的屏蔽作用，使得較大埋深的煤層波較弱。相鄰煤層的間距較小，常以復(fù)合波的形式出現(xiàn)，使得單個(gè)煤層的反射波在時(shí)間剖面上無(wú)法區(qū)分。

總的來(lái)說(shuō)，山西煤礦采區(qū)表、淺層地震地質(zhì)條件復(fù)雜，中深層地震地質(zhì)條件較好，大多屬于低信噪比地區(qū)。

3.2 信噪比、分辨率及三參數(shù)

信噪比與分辨率具有如下的關(guān)系式[61]：

式中：R為信噪比，P為有噪聲時(shí)的分辨率，P0為無(wú)噪聲的分辨率(為了計(jì)算簡(jiǎn)單，本文設(shè)其值為1)，二者關(guān)系如圖2所示。當(dāng)信噪比到6時(shí)，其有噪分辨率達(dá)到0.97倍的P0，很難再有明顯的提升；信噪比達(dá)到10以上時(shí)，其有噪分辨率達(dá)到0.99倍的P0，可滿足分辨率的要求；這是針對(duì)最終數(shù)據(jù)體的信噪比而言的。數(shù)據(jù)處理的各個(gè)流程對(duì)信噪比均有影響，尤其是去噪技術(shù)對(duì)信噪比的提升貢獻(xiàn)最大。如果沒(méi)有原始資料的信噪比作為支撐，要想通過(guò)數(shù)據(jù)處理中實(shí)現(xiàn)信噪比大幅提升是沒(méi)有意義的。

對(duì)山西煤礦采區(qū)而言，原始單炮記錄的信噪比往往在1~2之間。因此，山西煤礦采區(qū)地震分辨率提高的根本在于原始資料信噪比的提高。

增加覆蓋次數(shù)是提高信噪比的有效措施，也是提高分辨率的措施之一。依據(jù)覆蓋次數(shù)與信噪比的經(jīng)驗(yàn)公式[62]:

式中：為信噪比，為常數(shù)(一般取=1)，為覆蓋次數(shù)。覆蓋次數(shù)的增加在一定程度上可以提高信噪比，但二者并不是成比例的增加。若取=6，則依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，覆蓋次數(shù)為36；=7，則依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，覆蓋次數(shù)為49。覆蓋次數(shù)增長(zhǎng)率為36%，而其分辨率的增長(zhǎng)率只為0.7%。所以，要想通過(guò)增加覆蓋次數(shù)換取分辨率的提升是事倍功半的。

HD3D技術(shù)帶來(lái)炮、道密度的顯著增加，必將帶來(lái)野外采集工作量及采集成本的大幅增加。在CDP網(wǎng)格不小于5 m′5 m的前提下，影響成本的主要參數(shù)就是覆蓋次數(shù)。山西煤礦采區(qū)由于其特有的地震地質(zhì)條件，覆蓋次數(shù)增加1倍，意味著勘探費(fèi)用增加70%以上，技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性較差。因此，必須設(shè)計(jì)一個(gè)既能滿足HD3D技術(shù)要求，也能讓礦方在經(jīng)濟(jì)上接受的覆蓋次數(shù)。從目前來(lái)看，在山西煤礦采區(qū)較高信噪比區(qū)(如長(zhǎng)治盆地)以不低于30次為宜，其他地區(qū)以不低于40次為宜。

采用寬方位的觀測(cè)系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)體的多方位觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)真正的三維觀測(cè)；有利于對(duì)噪聲信號(hào)壓制，提高地震資料的信噪比；由于其具有良好的空間連續(xù)場(chǎng)觀測(cè)，有利于偏移成像的結(jié)果；有利于巖性勘探的開(kāi)展。因此，在山西煤礦采區(qū)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮寬方位設(shè)計(jì)，建議橫縱比不小于0.6。

在目前煤炭HD3D中，CDP網(wǎng)格在5 m′5 m或以下才可以稱得上高密度，小面元主要作用是通過(guò)高空間采樣率直接提高橫向分辨率，間接提高縱向分辨率。這對(duì)于山西煤礦采區(qū)分辨更小尺寸的陷落柱是有重要意義的。

3.3 關(guān)鍵技術(shù)措施

在兩淮地區(qū)只要滿足“三參數(shù)”的地震勘探，即為HD3D技術(shù)。在山西煤礦采區(qū)，除了以“三參數(shù)”為主要特征外，開(kāi)展HD3D技術(shù)還需要配合高精度的采集、處理技術(shù)，可稱之為“3+X”技術(shù)。其中“3”代表HD3D的必要條件，即必須達(dá)到小面元、高覆蓋、寬方位；“X”是必選項(xiàng)，代表不同地震地質(zhì)條件下的關(guān)鍵采集及處理技術(shù)，“X”是不可或缺的。

由于山西煤礦采區(qū)特有的地震地質(zhì)條件，除在觀測(cè)系統(tǒng)上滿足“三參數(shù)”的要求外，HD3D從數(shù)據(jù)的采集、處理過(guò)程中都要采取必要的技術(shù)措施，才能說(shuō)是真正意義的HD3D勘探。

在采集過(guò)程中以激發(fā)層位選擇為核心，激發(fā)和接收方面采取精細(xì)的淺表層調(diào)查技術(shù)、寬頻激發(fā)和接收技術(shù)、檢波器組合及高保真接收技術(shù)。

在處理過(guò)程中以靜校正和疊前去噪為核心，采用高精度靜校正及剩余靜校正技術(shù)、一致性處理技術(shù)、高精度速度分析技術(shù)、室內(nèi)多域聯(lián)合去噪技術(shù)等。

由于山西煤礦采區(qū)特有的地形條件，再加上炮道密度的增加帶來(lái)勘探成本的顯著增加，考慮到經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)用的地區(qū)也很少，并未形成適合于山西煤礦采區(qū)統(tǒng)一的HD3D技術(shù)參數(shù)指標(biāo)；在采集過(guò)程中數(shù)字檢波器的使用并不普遍，對(duì)其使用效果的看法還不統(tǒng)一，但單只數(shù)字檢波器的技術(shù)性能明顯優(yōu)于模擬檢波器，應(yīng)系統(tǒng)性地開(kāi)展進(jìn)一步的試驗(yàn)對(duì)比工作，從而使該項(xiàng)技術(shù)在山西煤礦采區(qū)逐步推廣應(yīng)用。

3.4 實(shí)例

勘探區(qū)位于呂梁山脈中段的東翼，其表層地震地質(zhì)條件復(fù)雜：地形切割強(qiáng)烈，相對(duì)高差大；地表的巖性復(fù)雜多變；表層被黃土、坡積物及基巖風(fēng)化帶等松散物質(zhì)覆蓋；中深層地震地質(zhì)條件一般，煤層發(fā)育相對(duì)較穩(wěn)定，煤層埋深較淺，相鄰煤層間距較小，在地震剖面上以復(fù)合波的形式出現(xiàn)。根據(jù)本區(qū)的地震地質(zhì)條件和山西煤礦采區(qū)HD3D技術(shù)應(yīng)遵循“3+X”的技術(shù)路線的指導(dǎo)思想，設(shè)計(jì)滿足“三參數(shù)”的觀測(cè)系統(tǒng)(表3)，實(shí)現(xiàn)對(duì)勘探區(qū)的充分均勻采樣。

表3 觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)表

針對(duì)勘探區(qū)“X”技術(shù)選擇，主要采用的技術(shù)包括層位一致性激發(fā)技術(shù)、三維折射波靜校正技術(shù)、地表一致性剩余靜校正技術(shù)、分頻異常振幅壓制技術(shù)、自適應(yīng)面波衰減技術(shù)、隨機(jī)噪聲衰減技術(shù)。

圖3 不同井深激發(fā)試驗(yàn)靜校正前后的單炮記錄

圖3a為不同井深的基巖出露區(qū)單炮記錄，從原始記錄上可以看出存在嚴(yán)重的靜校正問(wèn)題。圖3b為靜校正后的單炮記錄，由圖可見(jiàn)初至清晰，可看到明顯的基本連續(xù)的煤層反射波。從圖3可見(jiàn)，4 m和5 m井深的單炮記錄煤層反射波更加連續(xù)、清晰，信噪比較高，綜合分析，選擇4 m井深作為本區(qū)的最佳激發(fā)深度。

圖4為靜校正前后的初疊時(shí)間剖面，靜校正前的時(shí)間剖面上，靜校正后的時(shí)間剖面的同相軸清晰、穩(wěn)定、連續(xù)性好。

圖5為去噪前后的疊加剖面，噪聲信號(hào)對(duì)有效反射波同相軸的影響較大，部分區(qū)域噪聲信號(hào)的發(fā)育水平大于反射信號(hào)，同相軸無(wú)法清晰看到。去噪后的疊加剖面上噪聲信號(hào)得到了有效去除，疊加剖面得到了很大的改善，反射波同相軸清晰、連續(xù)。

4 結(jié)論

a. HD3D技術(shù)是一個(gè)具有相對(duì)性和技術(shù)組合性的概念，對(duì)于不同地區(qū)、不同勘探領(lǐng)域以及不同地質(zhì)目標(biāo)，可靈活選擇相關(guān)技術(shù)，但其必須滿足小面元、高覆蓋、寬方位的基本要求。

b.在山西煤礦采區(qū)，應(yīng)遵循“3+X”的技術(shù)路線，即除滿足小面元、高覆蓋、寬方位的技術(shù)要求外，還需要因地制宜地采用具有針對(duì)性的采集及處理技術(shù)措施，特別是激發(fā)技術(shù)、高精度靜校正技術(shù)及疊前去噪技術(shù)。

圖4 高精度靜校正前后疊加剖面

圖5 去噪前后疊加剖面

c.在山西煤礦采區(qū)，信噪比是制約分辨率的主要因素。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度看，僅靠大幅度地增加覆蓋次數(shù)來(lái)提高信噪比是不現(xiàn)實(shí)的，應(yīng)注重應(yīng)用有效的激發(fā)、接收技術(shù)提高單炮記錄的信噪比。

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Summary of high density 3D seismic exploration in the mining districts of coal mines in Shanxi Province

HOU Zeming, YANG Deyi

(School of Mining Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China)

Based on the systematic description of high density 3D seismic exploration technology researches and application status at home and abroad, three key parameters and concepts of high density 3D seismic exploration technology are discussed, the high density 3D seismic exploration technique is a integration of advanced seismic exploration technology, with combination and relativity, should be applied flexibly and carried out according to local conditions. Based on the analysis of the seismic geological conditions and technical characteristics of Shanxi coal mining areas, it is proposed that the “3+X” technical route should be followed , that is “small surface element, high coverage, wide azimuth (3 necessary conditions), corresponding key acquisition and processing technology(X, necessary option)” in the high density 3D seismic exploration in Shanxi coal mining area; improving signal-to-noise ratio is the kernel in the process of data acquisition and processing, high precision static correction and pre-stack noise should be the core in data processing. The validity of this technique is proved by the practical application examples. This idea can be used as a reference for colleagues who are engaged in high density 3D seismic exploration, and it has certain significance for improving the resolution and accuracy of seismic interpretation results.

high density 3D seismic exploration; acquisition parameters; signal-to-noise ratio; Shanxi coal mining districts

請(qǐng)聽(tīng)作者語(yǔ)音介紹創(chuàng)新技術(shù)成果等信息，歡迎與作者進(jìn)行交流

P631

A

10.3969/j.issn.1001-1986.2020.06.003

1001-1986(2020)06-0015-10

2020-10-22；

2020-11-10

侯澤明，1990年生，男，山西呂梁人，碩士研究生，研究方向?yàn)槊禾锏卣鹂碧? E-mail：hzm965746313@163.com

楊德義，男，1963年，博士，副教授，從事煤田三維地震勘探和多波多分量研究. E-mail：yangdeyi2000@163.com

侯澤明，楊德義. 山西煤礦采區(qū)高密度三維地震勘探綜述[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2020，48(6)：15–24.

HOU Zeming，YANG Deyi. Summary of high density 3D seismic exploration in the mining districts of coal mines in Shanxi Province[J]. Coal Geology & Exploration，2020，48(6)：15–24.

(責(zé)任編輯 聶愛(ài)蘭)