劉增平

（山東能源淄礦集團地質測量部 山東淄博 255120）

0 引言

煤炭開采礦區(qū)往往斷層、褶皺發(fā)育，煤層破壞嚴重，且地質構造易形成導水通道以及瓦斯突出。煤層中存在的小斷層，常是誘發(fā)安全事故的重要因素［1］。隨著地質勘探目標的復雜化和勘探要求的精準化、細致化，很多地區(qū)的地質任務明確要求查明區(qū)內落差≥3 m 的斷層，其平面擺動誤差＜15 m，并對斷層發(fā)育高度進行控制，對落差＜3 m 的斷層、斷點盡力查找并標出。而傳統(tǒng)的三維地震勘探技術逐漸難以滿足高精度地質任務的要求。高密度三維地震勘探技術具有高空間采樣密度、高分辨率等優(yōu)點，在石油勘探、煤田勘探和其他礦產勘探方面得到了大量的成果應用。本文介紹基于高密度三維地震勘探技術的斷層識別工作，以期對煤田斷層的識別具有一定的指導意義和參考價值。

1 高密度三維地震勘探技術

1.1 技術原理

1988 年，Ongkiehong 提出了通過減小道間距離、提高采樣密度來減小由檢波器組合帶來的誤差；2002 年，Pecholcsp 提出了“未授權采集”技術和“高密度采集”的概念；2003 年，我國首次在濟陽坳陷墾71 井區(qū)實施了20 km2的高密度三維地震勘探［2］。高密度三維地震勘探技術以高密度采集和數(shù)字檢波器接收為主要特征。高密度采集是通過提高空間采樣率以實現(xiàn)地震波場的無假頻采樣，無論是有用信號還是噪聲都能被全面、高保真地記錄下來，利于后續(xù)有效信號恢復及噪聲去除。通過加密空間采樣，采用小面元、高覆蓋次數(shù)、寬方位的觀測系統(tǒng)，提高了三維地震資料的信噪比和分辨率，可為落差較小斷層的識別和解釋提供高質量的原始資料［3-4］。

1.2 數(shù)據采集

數(shù)據采集方面，高密度三維地震勘探的觀測系統(tǒng)相比較于常規(guī)三維地震勘探，多采用多線寬方位采集即橫縱比>0.5，可以接收更多來自橫向的信息。對于地質構造發(fā)育復雜地區(qū)，布線方式更為靈活，能夠找到合適的布線方向，從而減少后期偏移成像的難度。

高密度三維地震勘探采集的小面元特點，使得面元尺寸較于常規(guī)面元更小，一般采用5 m×5 m 的面元，面元內炮點更為密集，可以得到橫縱向上具有相似數(shù)據密度的地震數(shù)據，增加了橫向信息的收集，提高了地震資料的分辨率。

高覆蓋次數(shù)有利于后期數(shù)據處理。在進行地震數(shù)據處理時，疊加次數(shù)可以有效提高資料的信噪比，資料信噪比與疊加次數(shù)呈正相關。高密度三維地震勘探的地震資料相較于常規(guī)地震資料具有更高的信噪比［5］。

1.3 數(shù)據處理和解釋

原始觀測數(shù)據在整理之后，首先進行畸變數(shù)據的剔除與校正。結合地質任務，處理工作主要圍繞靜校正處理技術、保幅去噪處理技術、逐步拓頻處理和高精度成像處理技術等5個方面展開。高密度三維地震勘探數(shù)據處理和解釋的常用流程如圖1 所示。

圖1 數(shù)據處理和資料解釋流程

2 應用實例

2.1 地質概況

某礦區(qū)為全隱蔽式華北型石炭二疊系含煤地層，地層由老到新發(fā)育有奧陶紀馬家溝群，石炭—二疊紀月門溝群本溪組、太原組、山西組，二疊紀石盒子群，侏羅—白堊紀淄博群三臺組及第四紀地層。礦區(qū)整體位于華北地臺魯西臺背斜的西南緣，在魯西南斷塊凹陷濟寧地塹的東部。嘉祥支斷層縱穿井田南北，西界北部為XF9斷層，南界為F1斷層，西南部為FH1層滑斷層，由之構成本區(qū)條帶斷塊構造特征。受區(qū)域性斷層的影響和控制，區(qū)內次級構造以近南北向、北北東向斷層為主，以北北東向斷層居多，局部也存有少量的東西向斷層。

2.2 資料采集和處理

為了獲得高信噪比的地震資料，在數(shù)據采集之前，對激發(fā)參數(shù)和接收道距、最大炮檢距、覆蓋次數(shù)等采集參數(shù)進行了試驗。經過論證，觀測系統(tǒng)采用規(guī)則線束狀16 線10 炮中間激發(fā)，2 560 道接收，檢波線距100 m，接收道距10 m，滿覆蓋次數(shù)64 次，CDP 網格5 m×5 m，測區(qū)采用井深17 m。儀器采用428XL 多道遙測數(shù)字地震儀，記錄長度為2.0 s，記錄格式為SEG-Y，采樣間隔為0.5 ms，接收道數(shù)為2 560 道。

對原始資料進行分析并結合該區(qū)的地質資料，可以看出該區(qū)目的層埋藏較深、有效反射信號弱，同時干擾波發(fā)育、波場復雜，需要做好疊前去噪工作，保護和加強上侏羅統(tǒng)以下的弱反射信號；煤礦資料屬于典型的淺層高分辨率處理，淺層資料對速度的變化非常敏感，需要提高速度分析精度；偏移成像與速度建模迭代能有效精確識別構造復雜的地下褶曲，提高成像精度。數(shù)據處理前的地震剖面和數(shù)據處理后的疊前時間偏移剖面如圖2 和圖3 所示。地震數(shù)據處理之后，地震資料的分辨率較高，同相軸較為連續(xù)，有利于后續(xù)斷層的解釋。

圖2 數(shù)據處理前的地震剖面圖

圖3 數(shù)據處理后的疊前時間偏移剖面

2.3 斷層識別

本次高密度三維地震勘探查明了區(qū)內3 煤層中落差≥3 m的斷層，全區(qū)3 煤層共解釋斷層68 條，全為正斷層，其中落差≥5 m 的斷層53 條。斷層走向以北北東、北西、北西西和北東向為主，其中北北東向斷層30 條，北西向斷層13 條，北西西向斷層8 條，北東向斷層7 條，其它方向斷層共計10 條。圖4～圖6 是斷層在地震剖面上的顯示。

圖4 FF15 斷層在地震剖面上的顯示

圖4 中的FF15 斷層為正斷層，走向北北東，傾向北西西，傾角70°～75°，落差約0～75 m，區(qū)內延展長度470 m，為可靠斷層。

圖5 中的FF27 斷層為正斷層，走向北北東，傾向南東東，傾角70°～75°，落差約0～20 m，區(qū)內延展長度700 m，為可靠斷層。

圖5 FF27 斷層在時間剖面上的顯示

圖6 是小斷層F530-4、F530-5 在時間剖面上的反映，F(xiàn)530-4 斷點落差3 m，F(xiàn)530-5 斷點落差6.2 m，兩斷層在高精度時間剖面上均有反映，與巷道揭露位置一致。

圖6 斷層F530-4 與F530-5 在時間剖面上的反映

上述應用結果表明，斷層在高密度三維地震時間剖面上具有明顯的地震響應特征，利用高密度三維地震勘探技術有利于斷層的識別。

3 結論

本文介紹了三維高密度地震勘探技術的基本流程，證實了該技術在斷層識別中的有效性，取得3 點認識：

（1）高密度三維地震勘探實現(xiàn)了小面元、高覆蓋次數(shù)、寬方位角采集，較常規(guī)相比可以提高資料信噪比、分辨率，能有效識別小斷層；

（2）通過有針對性的地震處理流程所得到的地震資料分辨率較高，同相軸較為連續(xù)，有利于后續(xù)斷層的解釋；

（3）實際資料的應用結果表明，高密度三維地震勘探技術可實現(xiàn)小斷層的精準識別，可為煤礦安全生產提供更有力的地質保障。