葛棟鋒

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 第九地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引 言

準(zhǔn)東煤田位于新疆準(zhǔn)噶爾盆地東部北緣，克拉美麗山山前拗陷，地跨吉木薩爾縣、奇臺(tái)縣和木壘3 縣，東西長(zhǎng)240 km，南北寬30 km，侏羅系煤層賦存面積約6 000 km2，探獲煤炭資源總量2 456 億t，是我國(guó)重要的能源基地，產(chǎn)生了重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益[1]。2005 年至今，新疆地礦局第九地質(zhì)大隊(duì)開(kāi)展了大量的煤田地質(zhì)勘查工作，其中地震物探部分由山東煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)承擔(dān)，共完成了二維地震13 760 km，三維地震314 km2。在準(zhǔn)東煤田勘查中，提高了工作效率，很好的指導(dǎo)了煤田勘查工作，充分顯示了二維、三維地震勘探技術(shù)優(yōu)勢(shì)，取得了良好的地震勘探效果。結(jié)合大量前期勘查成果[2-5]和前人對(duì)局部開(kāi)展的研究成果[6-9]，本文對(duì)整個(gè)準(zhǔn)東煤田地震勘探工作進(jìn)了整理分析，研究總結(jié)整裝煤田地震勘探技術(shù)應(yīng)用的良好的經(jīng)驗(yàn)。

1 地震地質(zhì)條件

1.1 地表?xiàng)l件

準(zhǔn)東煤田地表?xiàng)l件復(fù)雜，地勢(shì)總體為南北高、中部低，部分區(qū)段地形起伏較大。地形、地貌及表層巖性條件變化大，主要為戈壁、沙丘地(沙壟)、沙漠、沼澤、鹽堿地地形地貌。大部分區(qū)域水系不發(fā)育；土壤類(lèi)型主要為灰漠土和風(fēng)沙土，局部區(qū)域有新近系獨(dú)山子組、白堊系下統(tǒng)吐谷魯群和侏羅系中—上統(tǒng)石樹(shù)溝群出露地表；植被總體來(lái)說(shuō)不發(fā)育，部分地區(qū)有灌木稀疏發(fā)育，主要植物種類(lèi)為梭梭柴和駱駝刺等耐旱植物，沙壟最大高度達(dá)數(shù)十米，這給行車(chē)和鉆機(jī)成孔帶來(lái)較大困難。準(zhǔn)東煤田屬大陸干旱荒漠氣候，夏季炎熱，冬季寒冷，無(wú)地表水，常年大風(fēng)等惡劣自然條件對(duì)野外施工進(jìn)度和記錄品質(zhì)都有不利影響。因此，地表?xiàng)l件較差。

1.2 淺層地震地質(zhì)條件

準(zhǔn)東煤田大部分地區(qū)無(wú)潛水，表層被第四系地層所覆蓋，局部區(qū)域有新近系獨(dú)山子組、白堊系下統(tǒng)吐谷魯群和侏羅系中—上統(tǒng)石樹(shù)溝群及侏羅系中統(tǒng)西山窯組出露地表。松散的第四系地層對(duì)地震波高頻成分有較嚴(yán)重的吸收衰減作用，影響數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量。新近系地層與下伏的侏羅系中上統(tǒng)石樹(shù)溝群地層角度不整合接觸，在部分區(qū)域二者的物性差異不大，獲得TN 反射波能量一般偏弱，連續(xù)性偏差；部分區(qū)段有西山窯組出露區(qū)，因煤層火燒形成大面積的燒變巖區(qū)，燒變巖區(qū)巖石破碎，裂隙發(fā)育，是地下水運(yùn)移通道和儲(chǔ)存部位，地震響應(yīng)效果差。因此，該區(qū)淺層地震地質(zhì)條件變化大。

1.3 中深部地震地質(zhì)條件

準(zhǔn)東煤田的含煤巖組主要為侏羅系西山窯組、八道灣組，煤層賦存條件較好，勘查區(qū)的構(gòu)造較簡(jiǎn)單，地層傾角較緩，多在1°~12°，局部地段達(dá)到20°，地震響應(yīng)較好，主要目的層埋藏深度在150 ～1 000 m。煤層頂?shù)装鍘r性、巖相組合特征清楚，物性差異明顯，能形成能量強(qiáng)的反射波，局部煤層層數(shù)多厚度大，間距較小，從而形成復(fù)合反射波。由于上部煤層的屏蔽作用，下部煤層的反射波部分地段能量較弱。部分地區(qū)煤層為厚—巨厚煤層，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤層頂、底界面均能形成連續(xù)性較好、能量較強(qiáng)的反射波；部分地區(qū)存在煤層分叉現(xiàn)象；部分地區(qū)煤層結(jié)構(gòu)變化較大，由厚—巨厚的簡(jiǎn)單煤層結(jié)構(gòu)突變?yōu)槎嗝簩咏Y(jié)構(gòu)，導(dǎo)致煤層層數(shù)多，夾矸多為炭質(zhì)泥巖、泥巖，夾矸與煤層的波阻抗差異較小。因此，煤層形成反射波多為復(fù)合波，波組特征變化較大，各反射波間關(guān)系復(fù)雜，時(shí)間剖面品質(zhì)有所下降，增加了對(duì)煤層的對(duì)比解釋難度。因此，中深部地震地質(zhì)條件好。

2 野外數(shù)據(jù)采集及技術(shù)措施

由于地震地質(zhì)條件多變，在準(zhǔn)東煤田開(kāi)展地震勘探工作需要遵循以下幾條原則：①試驗(yàn)工作要充分，通過(guò)分析以往地質(zhì)資料和鄰區(qū)工作成果，借鑒以往施工經(jīng)驗(yàn)，在正式生產(chǎn)前要進(jìn)行較充分的試驗(yàn)工作，然后再根據(jù)試驗(yàn)結(jié)論對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化；②儀器性能穩(wěn)定，表、淺層地震地質(zhì)條件較差地區(qū)，為了取得可靠的資料，采用大動(dòng)態(tài)范圍較大、性能穩(wěn)定的數(shù)字地震儀；③選擇好激發(fā)層位，避免在淺層波阻抗差異大的分界面上方激發(fā)，以免產(chǎn)生淺層折射鳴震，為有效壓制聲波，放炮前要注意炮井的填埋；④壓制高頻干擾背景，如有組合檢波、多次疊加、深埋檢波器、加大激發(fā)能量、刮大風(fēng)不施工等等很多行之有效的方法；⑤提高有效覆蓋次數(shù)，目的層埋藏深度變化較大，采用適應(yīng)不同深度的觀測(cè)系統(tǒng)和接收范圍，以盡量提高有效覆蓋次數(shù)，確保獲得信噪比較高的資料；⑥加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視，建立現(xiàn)場(chǎng)資料處理工作站，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理和剖面分析，以便更好地進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控；⑦靜校正是資料處理的關(guān)鍵問(wèn)題，要注意取全取準(zhǔn)靜校正基礎(chǔ)資料，正確選取基準(zhǔn)面和靜校正方法；⑧采取針對(duì)性處理措施，在一般常規(guī)處理的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)做好地表一致性反褶積和初至折射靜校正以及DMO、疊后偏移。疊前處理要充分注意單炮的凈化，處理中對(duì)所選每個(gè)模塊和參數(shù)的作用及效果進(jìn)行充分試驗(yàn)，做到每個(gè)所選模塊和參數(shù)均有明顯效果。

3 地震資料處理

準(zhǔn)東煤田資料處理要解決的突出問(wèn)題主要有靜校正、波形一致性校正、速度分析、偏移歸位、如何提高分辨率等。自2005 年起，準(zhǔn)東煤田開(kāi)始進(jìn)行地震勘探，就引入現(xiàn)場(chǎng)地震處理技術(shù)。野外地震數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場(chǎng)配置了數(shù)據(jù)處理工作站，現(xiàn)場(chǎng)處理時(shí)，在及時(shí)處理當(dāng)天施工地震資料的同時(shí)，以先期施工測(cè)線對(duì)濾波、反褶積、初至折射靜校正等，對(duì)主要處理模塊及處理參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和測(cè)試，監(jiān)視野外施工質(zhì)量，為室內(nèi)處理提供依據(jù)。由于準(zhǔn)東煤田煤層層數(shù)多，煤層結(jié)構(gòu)變化復(fù)雜，因此要提高地震勘探的分辨率，尤其是縱向分辨率。提高分辨率也是數(shù)據(jù)處理階段的重要課題。為一階段提高分辨具有重要作用，在數(shù)據(jù)采集階段不能達(dá)到目的只有通過(guò)數(shù)據(jù)處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前，提高分辨率的主要措施有數(shù)字濾波、反褶積、子波處理、譜白化等，另外，提高水平分辨主要依靠偏移技術(shù)。

4 地震資料解釋

4.1 反射波的對(duì)比追蹤

4.1.1 反射波的標(biāo)定

地震資料的解釋首先就是地震反射波的標(biāo)定，確立地層特別是主要目的層與其地震反射波的對(duì)應(yīng)關(guān)系[10]。煤層反射波是煤層與其圍巖共同作用的結(jié)果，煤層反射波除與煤層厚度有關(guān)外，還與上下圍巖巖性及其厚度有關(guān)。反射波正負(fù)相位與地層，波峰、波谷與煤層頂界面不一一對(duì)應(yīng)，因而相鄰地層反射波的波至?xí)r間只大致反映地層的間距。采用合成地震記錄的方法（圖1），利用測(cè)井密度和聲波計(jì)算地層界面反射系數(shù)，利用地震剖面提取地震子波，正演井旁地震記錄，與井旁時(shí)間剖面對(duì)比，確定煤層反射波的地質(zhì)屬性（圖2）。通過(guò)合成地震記錄的標(biāo)定地質(zhì)層位，證實(shí)了在解釋中地震資料分析認(rèn)識(shí)的正確性。通過(guò)研究區(qū)的人工合成地震記錄，與井旁地震時(shí)間剖面對(duì)比，確定主要地震波的地質(zhì)意義。

圖1 人工合成地震記錄Fig.1 Synthetic seismic record

圖2 煤層反射波與鉆孔柱狀對(duì)比示意Fig.2 Comparison between coal seam reflection wave and drilling hole columnar

4.1.2 標(biāo)準(zhǔn)波的選擇與對(duì)比

將地震時(shí)間剖面上反射波能量強(qiáng)、信噪比高、連續(xù)性好、地質(zhì)意義明確的反射波定為標(biāo)準(zhǔn)，以及主要輔助波。對(duì)比時(shí)以主采煤層反射波為主，以強(qiáng)相位對(duì)比為原則，結(jié)合波形、波組特征進(jìn)行追蹤對(duì)比。進(jìn)行對(duì)比時(shí)不同的反射波用不同的顏色標(biāo)注。

4.1.3 時(shí)間剖面的閉合

相交時(shí)間剖面同相軸的閉合差產(chǎn)生的原因主要有：測(cè)線方向與地形起伏變化不一致、測(cè)線方向與目的層起伏變化不一致造成的疊加效果差異；疊代的低速帶速度與厚度、替代速度不準(zhǔn)造成各向異性；兩個(gè)方向的激發(fā)接收效果差異等。采用整道閉合的方法，首先按同相軸的地質(zhì)屬性追蹤各目的層對(duì)應(yīng)的反射波同相軸，拾取相應(yīng)的時(shí)間差孔旁閉合時(shí)間差，再按平面上閉合差的分布及時(shí)間剖面的分析確定其它交點(diǎn)的校正量。其次確定校正的區(qū)間和邊界值，沿測(cè)線方向以線性或非線性方法內(nèi)插，把所得到的閉合差值加到測(cè)線層位t0值上即得到新的閉合的雙程時(shí)間。通常采用以上方法對(duì)地震時(shí)間剖面進(jìn)行閉合差校正的，得到的速度曲線擬合（圖3），繪制的t0形態(tài)反映比較合理。

圖3 不同煤層時(shí)間－深度曲線示意Fig.3 Time-depth curves of different coal seams

4.2 速度分析

4.2.1 煤層速度分析

煤層速度需要利用井旁時(shí)間和煤層厚度求取，但對(duì)于小于1/4 波長(zhǎng)的煤層間距，由于頂?shù)追瓷洳ㄏ喔缮?，不能以此求煤層速度。無(wú)論是煤層還是地層的厚度解釋?zhuān)夹枰邢鄬?duì)獨(dú)立的地震響應(yīng)。薄層的地震響應(yīng)在頂?shù)装鍙?fù)合波不受外在影響時(shí)，其厚度與反射波振幅成近似線性關(guān)系。

準(zhǔn)東煤田煤層速度依據(jù)煤層頂板反射波和底板反射波時(shí)差與煤厚求取，得到煤厚與時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，表明煤層速度比較穩(wěn)定，基本在2 300 ~ 2 350 m/s，其中離散較大的點(diǎn)可能是由于煤層結(jié)構(gòu)原因造成的。上述曲線是此次厚煤層厚度解釋的基礎(chǔ)資料之一。

4.2.2 時(shí)深轉(zhuǎn)換速度分析

利用綜合速度分析得到層位時(shí)深轉(zhuǎn)換速度平面圖，網(wǎng)格化后得到每一個(gè)點(diǎn)的離散速度，將該速度、層位及斷層解釋后得到該層位的t0值，經(jīng)離散化的半程時(shí)間相乘，得到目的層在該點(diǎn)的垂向深度。利用工作站計(jì)算整個(gè)層位后，即將該層由時(shí)間域轉(zhuǎn)換為空間域。

4.2.3 時(shí)深轉(zhuǎn)換

在工作站上進(jìn)行層位解釋后，把層位數(shù)據(jù)按測(cè)線輸入微機(jī)，利用時(shí)深轉(zhuǎn)換速度進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換。由于反射波為地層界面的法向反射時(shí)間，因而時(shí)深轉(zhuǎn)換首先需進(jìn)行空間歸位。該區(qū)利用梯度法進(jìn)行歸位，利用鄰近點(diǎn)反射時(shí)間計(jì)算中間點(diǎn)的地層傾角θ、方位角ψ，計(jì)算反射點(diǎn)深度h、真傾向偏移量x，進(jìn)行偏移歸位（圖4）。

圖4 反射點(diǎn)偏移歸位Fig.4 Reflection point offset homing

5 地震地質(zhì)成果

5.1 構(gòu)造成果

利用煤層反射波，輔以其它可追蹤對(duì)比的反射波，在工作站上對(duì)全區(qū)地震資料進(jìn)行追蹤對(duì)比，對(duì)比在疊加剖面上進(jìn)行，在測(cè)線交點(diǎn)上采用整道波形閉合的方法，消除局部異?；蚋蓴_波帶來(lái)的假象。斷層在地震時(shí)間剖面上表現(xiàn)為同相軸錯(cuò)斷、扭曲、強(qiáng)相位轉(zhuǎn)換等特征（圖5）。當(dāng)表層速度變化不大時(shí)，煤層褶曲形態(tài)在時(shí)間剖面上得到直觀地反映。（圖6）。進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換后，地震數(shù)據(jù)由時(shí)間域變?yōu)榭臻g域，即反應(yīng)主要目的層的構(gòu)造形態(tài)。

圖5 斷層在時(shí)間剖面上的顯示Fig.5 The display of fault on time profile

圖6 煤層褶曲在時(shí)間剖面上的顯示Fig.6 The display of coal seam fold on time profile

5.2 斷層的組合

根據(jù)區(qū)域構(gòu)造規(guī)律，構(gòu)筑研究區(qū)的構(gòu)造框架，以確定斷層的空間展布形態(tài)。將相鄰時(shí)間剖面上位置相近，性質(zhì)相同，落差相當(dāng)或落差有規(guī)律變化的斷點(diǎn)組合成同一條斷層，形成主要目的層的斷裂構(gòu)造。

5.3 煤層宏觀結(jié)構(gòu)

結(jié)合鉆探成果，利用該煤層反射波，輔以其它可追蹤對(duì)比的反射波，在工作站上對(duì)全區(qū)地震資料進(jìn)行追蹤對(duì)比，解釋煤層厚度變化、沉缺、剝蝕等宏觀結(jié)構(gòu)，并結(jié)合地質(zhì)鉆探驗(yàn)證控制，取得了良好效果。

5.4 圖件制作

5.4.1 煤層反射波t0等時(shí)線圖

在工作站上建立工區(qū)，加載經(jīng)過(guò)基準(zhǔn)面校正處理的二維地震時(shí)間剖面，以利用鉆孔合成記錄標(biāo)定的煤層反射波作為標(biāo)準(zhǔn)波，對(duì)地震剖面進(jìn)行對(duì)比解釋?zhuān)纬烧麄€(gè)工區(qū)的反射波層位數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)網(wǎng)格化形成本區(qū)的煤層（底板） 反射波t0等時(shí)線圖，然后輸入到微機(jī)按標(biāo)準(zhǔn)圖例進(jìn)行編輯，標(biāo)注測(cè)線和鉆孔數(shù)據(jù)，形成主要煤層反射波的t0等時(shí)線圖。

5.4.2 煤層底板等高線圖

利用煤層底板反射波t0值經(jīng)時(shí)深轉(zhuǎn)換后得到靜校正基準(zhǔn)面下的該煤層底板深度值。一個(gè)點(diǎn)的真深度值為基準(zhǔn)面下的深度加上地表高程與基準(zhǔn)面的差，這樣就避免了表層地形起伏對(duì)等深線地形的影響。由深度值減去靜校正基準(zhǔn)面得到標(biāo)高值，最終繪制出該煤層底板等高線圖。

5.4.3 構(gòu)造控制程度圖

計(jì)算出煤層底板等深線后，與基準(zhǔn)面標(biāo)高相減得到煤層底板標(biāo)高值，投放到平面相應(yīng)位置上，繪制煤層底板等高線圖。

5.4.4 地震地質(zhì)剖面圖

地震地質(zhì)剖面圖上，層位底板深度由計(jì)算機(jī)直接從各等高線圖上自動(dòng)拾取，經(jīng)人工編輯后形成。

6 結(jié) 論

（1） 準(zhǔn)東煤田的地震勘探從一開(kāi)始就密切與鉆探相配合，在優(yōu)先施工地震參數(shù)孔，取得物性參數(shù)，及地震初步解釋成果資料的基礎(chǔ)上，不斷優(yōu)化鉆探施工方案，降低了鉆探施工風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了施工成本。

（2） 采用波阻抗反演技術(shù)解釋煤層厚度及煤層結(jié)構(gòu)，對(duì)煤層分叉、合并部位運(yùn)用地震結(jié)合鉆孔驗(yàn)證的方式給予控制，提高了工程勘查的有效性。

（3） 通過(guò)地震資料處理與數(shù)據(jù)采集和資料解釋同步進(jìn)行，解釋煤層構(gòu)造起伏形態(tài)、宏觀結(jié)構(gòu)、賦存范圍及厚度變化，繪制t0等時(shí)線圖、煤層底板等高線圖、地震地質(zhì)剖面圖等，取得了良好的效果。