厚黄土覆盖浅埋煤层区域三维地震勘探技术

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　　【摘 要】在简述渭北黄土高原内白水煤矿地质概况的基础上，分析了厚黄土覆盖浅埋煤层区域进行三维地震勘探的难点，讨论了关键技术。论文论述了在观测系统设计、资料采集及资料处理过程中的关键技术。结合验证资料，证明了在厚黄土覆盖浅埋煤层区域进行三维地震勘探是可行的。
　　【关键词】厚黄土;埋藏浅;煤;三维地震
　　中图分类号： P631.4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）18-0195-004
　　DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.092
　　3D Seismic Exploration Technology for Shallow Coal Seam Covered with Thick Loess
　　LIU Bin
　　（Xi'an Research Institute，China Coal Technology Engineering Group，Xi'an Shaanxi 710077，China）
　　【Abstract】Based on a brief description of the geological situation of Baishui Coal Mine in Weibei Loess Plateau， this paper analyzes the difficulties in carrying out three-dimensional seismic exploration in the shallow coal seam area covered by thick loess，and discusses the key technologies.This paper discusses the key technologies in the process of observation system design，data acquisition and data processing.Combined with verification data，it is proved that it is feasible to carry out 3D seismic exploration in the area covered by thick loess and shallow coal seam.
　　【Key words】Thick loess;Shallow burial;Coal;3D seismic
　　0 引言
　　煤田三维地震勘探技术在运用得当的前提下，是东部平原、西部戈壁等地震地质条件较好区域构造勘探的重要手段。但在西部厚黄土覆盖区域，由于受到地表高差大、浅部地层厚度与速度变化剧烈、煤层埋藏较浅等的影响，部分勘探工程观测系统设计不合理、野外采集质量把控不严格的影响，使得部分项目的地震勘探结果不能完全满足煤矿高效生产的需要。本文以白水矿三维地震勘探为例，探讨在类似区域进行三维地震勘探的关键技术。
　　1 基本地质概况
　　勘探区处于渭北黄土高原的南部，基本被新生界黄土覆盖，地层由老到新依次为：中下奥陶统马家沟组，上石炭统本溪组及太原组，下二叠统山西组及下石盒子组，上二叠统上石盒子组及石千峰组，新生界。
　　区内黄土冲沟发育，地表高差达150m，地形较高处黄土层厚度超过150m，表层黄土松散、干燥;冲沟地段多为砂、砾冲积物，冲积层下3～5m处为基岩段。
　　太原组为一套海陆交互相含煤沉积，是矿区主要含煤地层，地层厚11.82～57.22m，该组地层含煤7层，自上而下编号为5-1、5-2、6-1、6-2、9、10、11号，其中5-2号煤层是主要可采煤层，煤层埋藏深度150m～270m，煤层厚度约2.35～3.18m。
　　勘探区地层整体向北倾斜，倾角甚小;以断裂为主，褶曲较少。断裂以高角度正断层为主，逆断层较少。一系列正断层构成地堑、地垒及阶梯状等复合形态。
　　勘探区附近小煤窑星罗棋布，其中现在生产的小煤矿5个，这5个小煤矿均位于开采5号煤，是否存在越界开采的情况不详。
　　三维地震勘探的主要地质任务为：查明测区内煤层中落差≥5m的断层，查明勘探区内小窑采空区的范围。
　　2 勘探难点分析与技术对策
　　2.1 勘探难点
　　（1）目的层埋藏深度浅，观测系统设计难度大
　　主要目的层5煤层最大埋藏深度约约270m，最小埋藏深度约150m，观测系统布置困难。
　　（2）黄土层厚度大，激发条件选择难度大
　　勘探区属于黄土塬地貌，由于巨厚黄土层的强吸收作用将导致反射波高频衰减严重，面波、鸣震、多次波等强干扰发育，资料信噪比低等一系列问题。因而，如何选取有利的激发层位，获得一定信噪比的原始资料、选取合理的观测、接收参数，尽可能提高目的层段的有效覆盖次数是本次勘探的首要技术重点和难点。
　　（3）地表高差大，地形校正难度大
　　勘探区属黄土塬地貌，地形高差变化大，对资料处理过程中的静校正工作造成一定困难，容易出现假构造现象。
　　2.2 技术对策
　　（1）观测系统优化设计
　　采用小线距、小道距、小面元及高覆盖次数的观测系统，确保浅埋区域目的层的有效覆盖次数。观测系统为10线10炮制，线距20m、道距10m，面元網格为5m×5m，保证最深目的层的覆盖次数为40次，而最浅目的层的有效覆盖次数为25次。
　　（2）充分的野外试验工作，确保理想的激发条件
　　①依据地形图件、在现场踏勘额基础上，基本按照500m×500m的网度进行低速带调查，低速带调查在地形较平坦区域采用小折射的方式，折射排列长度不小于300m;在地形变化剧烈区域采用微测井的方式，微测井的井深部小于40m。依据低速带调查的结果，勾勒出后黄土区的低（降）速带分别图。 　　②依据低速度调查的结果，选择2kg炸药，选择不同的井深进行积分井深试验，成孔过程中充分观测岩性变化。
　　③采用井深试验的选择的激发井深，分别选择不同的药量进行药量试验。
　　（3）室内进行多种方法的静校正及噪音衰减工作
　　处理中始终注意对高频信息的保护，以提高分辨率，并认真做好静校正工作。重点抓住随机噪声衰减、静校正、速度分析、三维空间成像偏移四个主要环节，使断层显示清晰、位置准确。
　　3 野外试验工作
　　3.1 井深试验
　　进行了不同深度单井（6m、8m、10m、12m、15m、20m、25m、30m）、药量为2kg的试验井深试验工作。
　　通过资料的对比可以看出：井深对单炮记录的影响较为明显，井深为15-20m时，压制背景干扰较好，初至清楚，能量较强，面波干扰较小，在井深15m的位置存在一层较薄红土，湿度和粘性较大，但这层红土厚度只有约40cm，激发效果不佳，煤层反射波也不明显，在井深25m附近存在一层约1m厚的红土，湿度和粘性较大，激发效果较好，从单张记录上可以观察到较为明显的煤层反射波，信噪比也最高。30m井深对于面波和其他干扰压制效果明显，但激发层位不宜，单张记录没有煤层反射波。
　　3.2 药量试验
　　进行了药量为1、1.5、2、3kg试验，通过对比发现1、1.5kg能量较弱，初至不清楚，压制干扰效果差。藥量3kg、4kg时初至清楚，能量强，分辨率和频率降低;药量2kg时，能够保证远道、深层的反射能量，频率明显提高，分辨率也随之提高，干扰波如折射、反射多次波和面波减小，所以药量选择2kg为宜。
　　3.3 完成工作量与质量评价
　　生产物理点1810个，其中生产物理点甲级记录914个，甲级率50.50%，乙级记录883个，乙级率48.78%。
　　4 资料处理与解释
　　4.1 资料处理关键技术
　　（1）静校正
　　本区地表高差大，低降速带厚度横向变化剧烈。需要进行静校正工作，静校正对提高处理数据的信噪比、叠加效果、精确成像都起着举足轻重的作用，不仅影响叠加剖面的信噪比和纵向分辨率，还影响速度分析的质量。通过对原始资料的分析，为了消除表层因素的影响，采用层析反演静校正方法来做野外一次静校正。通过层析反演静校后单炮上的同相轴连续性得到改善，地形引起同相轴的错动现象基本消除。
　　（2）去除干扰波
　　本区资料干扰波主要是面波和线性干扰波，这种干扰波能量较强，引起道集内能量不均匀，消除这种干扰波，可以突出有效波组。选用代表性的单炮记录进行频谱分析，分析了各类信号频谱状况，为后续的处理参数提供依据。在叠前处理时，为了压制干扰波，又不使有效波受到损失，对单炮记录进行带通滤波处理，去除低频面波和高频噪音干扰，采用相干滤波消除倾斜干扰，提高了资料的信噪比。
　　（3）三维地表一致性预测反褶积
　　为了消除大地的滤波作用，拓宽频带，压缩地震子波，提高地震资料的纵向分辨率，我们选择了地表一致性预测反褶积。这种反褶积方法是基于地震子波可以被分解为共炮点、共接收点、共偏移距、共反射点等多种成份的思想，它不仅能压缩地震子波，而且能进一步消除地表条件的变化对地震波的振幅特性和相位特性的影响，同时对多次波也有压制作用。由于反褶积在提高分辨率的同时将会降低资料信噪比，所以处理时在保证资料信噪比的情况下再提高分辨率。经过反褶积处理后主频提高，频带拓宽，高频成分能量相对提升。
　　4.2 资料解释
　　（1）断点的解释
　　在时间剖面上，解释断点的依据为反射波（组）同相轴的错断（落差较大断层）、分叉合并、扭曲及同相轴产状突变、辅助相位错断（落差较小的断层）等。
　　（2）采空区解释
　　在时间剖面上表现为同相轴的变弱甚至缺失或者同相轴杂乱无章。利用区内煤层标准反射波的追踪对比，控制采空区的范围。
　　4.3 地质成果
　　勘探区内解释了落差大于等于4m的断层共28条，按落差大小分类，落差大于等于100m的断层1条，50～100m的断层4条，20～50m的断层4条，10～20m的断层8条，5～10m的断层9条，落差小于5m的断层2条。勘探区内没有发现采空区。
　　4.4 验证情况
　　本项目结束后，矿方的开拓工程进入本区，揭露了落差6m的断层两条。与解释的断层比较：落差误差为1～2m，平面摆动误差为10m～16m。
　　5 结论
　　（1）在浅埋藏区域进行地震勘探时，观测系统设计中的有效覆盖次数是关键。
　　（2）在厚黄土区域进行数据采集时，井深的选择是项目取得成果的关键。
　　（3）在厚黄土覆盖浅埋煤层区域进行三维地震勘探是可行的。
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