三维地震勘探在黄土塬、大倾角地区的应用

张照春

安徽省煤田地质局物探测量队 安徽省宿州市 234000

摘要：黄土塬以及煤层大倾角地区的资料采集一直是地震勘探的难题，在某煤矿工区，其地震地质条件极其复杂，地表为黄土塬地貌；煤层为大倾角地层。通过对设计、采集、处理等一系列方法的研究，本区的三维地震勘探取得了很好的效果。

关键词：地震地质条件；技术难点；野外采集；资料处理

引言

为详细查明某井田首采区断层、褶曲等构造形态和煤层的赋存情况等，决定对该煤矿首采区使用三维地震技术进行勘探，首采区煤层埋藏深、地表油气管线、建（构）筑物密集、表土层多为松散干沙，薄厚不一、地形起伏较大，表、浅层地震地质条件复杂，不利于三维地震勘探，针对这一条件，选择使用最佳激发参数、采用特殊观测系统、针对性数据处理等技术对策来解决复杂地区三维地震勘探的技术问题。通过本次勘探，进一步查明了该井田首采盘区范围内断层、褶曲等构造形态和煤层的赋存情况，为矿井设计、建设、开采提供了可靠的地质资料依据，以期为相关工作起到参考作用。

1地质概况

区内褶曲及断裂与其所处的大地构造位置，区域构造单元的相互组合及变化等存在着较明显的规律性。本区断裂构造带因受纬向构造带和新华夏系构造体系的控制，发育有近东西向和近南北向区域大断层及北西向的次一级断层；褶曲构造主要受北东向的基底褶曲构造控制，东西向的背、向斜均为次一级褶曲构造。

2三维地震勘探在黄土塬、大倾角地区的应用

2.1波场调查

为了压制干扰波，突出有效波，提高信噪比，因而对波场特征进行调查，了解勘探区有效波和干扰波的发育特征与规律，进而采取针对性的干扰压制措施。通过对波场监控记录分析，识别出目的层反射波和各种干扰波，再对其视速度、频率、波长等特性进行分析，有效波和各种干扰波特征如下：折射波：勘查区发育的折射波较为复杂，有一次、多次和多次反射折射等。较稳定的一般为高速层顶的折射波，视速度在1750~2100m/s，主频约20~60Hz，波长约20~50m。面波：勘探区的面波、能量强，视速度在300~500m/s，主频约10~20Hz，波长约15~40m，是勘探区的主要干扰波。煤层反射波：在有利激发层位中激发时，可形成能量强、视速度（2800m/s以上）高、视波长（40m以上）长、连续性好的煤层反射波；有效波的能量在30~80Hz频率范围内较强，信噪比高。

2.2观测系统的确定

为确保观测系统有较好属性特征，减小采集脚印，应尽量减少横向滚动的接收线条数，结合本区三维地震勘探地质任务和地震地质条件，在观测系统类型的设计上主要考虑了以下几点：（1）采用较小面元，提高纵横向分辨率，确保小断层落实的精度；（2）较宽的方位角和较高的覆盖次数，以保证纵向速度分析精度和各项异性的研究；（3）每次滚动一条检波线，在提高静校正耦合精度的同时，改善炮检距、方位角的分布一致性，减小采集脚印；（4）本区目的层深度相对较大，同一目的层在勘探区内的最浅处和最深处，相差约300m，埋深深浅部变化相对较大，采用炮排60m、炮排80m、炮排100m、的多种观测系统综合采集。通过采用的观测系统分析可知：炮检距分布均匀，具有较宽的最大炮检方位角，便于野外组织施工，能够保证野外数据采集的质量。

2.3数据采集对比

与常规三维相比，高精度（高密度）三维数据采集观测系统具有以下特点及优点：（1）采用宽方位，远、中、近炮检距分布均匀，以利于精确的速度分析，确保高频反射的叠加成像。（2）采用较小面元，高采集密度，实现对有效波和干扰波的充分采样，精细记录地震波场，提高纵横向分辨率，小道距接收，避免空间假频，以确保小构造的解释精度。（3）减少滚动检波线条数提高静校正耦合精度的同时，改善炮检距、方位角分配的均匀程度，减小采集脚印。高密度三维地震勘探实现了小面元、高覆盖次数、宽方位角采集，较常规相比可以提高资料信噪比、分辨率。

2.4频率与能量分析及处理

由于表层多为松散干沙，且起伏变化大，对地震波能量有强烈的吸收作用，地震波能量在传播过程中随着传播距离的增大而迅速衰减，传播距离越长，衰减越严重；同时，较大的炮检距也会影响能量的传播，从原始记录的单炮和叠加剖面来看，振幅随着传播时间的增加，衰减较快，沿空间方向的振幅也存在差异；在处理中采用地表一致性振幅补偿和球面扩散补偿串联使用的方法来解决。球面扩散补偿解决由于地震波向下传播过程中球面扩散引起的振幅能量沿传播距离的增加带来的衰减问题；地表一致性振幅补偿主要是补偿地震波在传播过程中由于激发和接收条件的变化而引起的空间方向振幅能量差异。

2.5资料处理与解释

对原始资料进行分析并结合本次处理的地质任务与处理要求，认为本区地震资料处理的重点与难点如下：①选择适合该区的静校正处理方法，解决资料静校正问题是整个处理的关键；②目的层埋藏较深，有效反射信号弱，同时干扰波发育，波场复杂，要做好叠前去噪工作，有效保护和加强上侏罗统以下的弱反射信号；③煤矿资料属于典型的浅层高分辨率处理，要做好叠前、叠后反褶积；④浅层资料对速度的变化非常敏感，要提高速度分析精度；⑤地下构造复杂，要精确识别褶曲，要做好偏移成像与速度建模迭代，提高成像精度。针对以上重点和难点，确定资料处理思路如下：①试验确定不同静校正方法，充分发挥不同静校正方法在不同地表的优势，有效解决静校正对成像质量的影响问题；②针对不同噪音类型的特点，在保真、保护有效信号的前提下，采用多域多维联合去噪，提高资料信噪比；③通过地表一致性处理和串联反褶积技术的使用，增强子波一致性，保持频率特征，适度提高分辨率；④做好相对振幅保持处理，合理进行能量补偿处理，确保最佳叠加成像；⑤多与相关技术人员沟通，熟悉地质特征，在做好速度分析与切除等基础工作的前提下，针对精确速度建模问题，采用沿层逐点的速度分析技术，建立空间上精确的闭合速度场；⑥重点做好偏移成像，采用叠前时间偏移和叠前深度偏移的方法，使偏移归位合理，成像准确。⑦做好叠前深度偏移处理，叠前深度偏移（Pre-stack depth migration）是实现地质构造空间归位的一项处理技术，当前被广泛使用的叠前时间偏移只能解决共反射点叠加问题，不能解决成像点与地下绕射点位置不重合的问题，因此叠前时间偏移主要应用于地下横向速度变化不太复杂的地区。当速度存在剧烈的横向变化、速度分界面不是水平层状时，只有叠前深度偏移能够实现共反射点的叠加和绕射点的归位，使复杂构造或速度横向变化较大的地震资料正确成像，可以修正陡倾地层和速度变化产生的地下图像畸变。

2.6资料解释对比

与常规三维相比，本次高精度（高密度）三维勘探在资料解释上有以下优点：（1）资料解释采用了四家数据体进行综合对比解释，提高了对构造和煤层的控制程度。（2）资料解释中应用了巷道揭露的大量地质资料，提高了资料解释精度。（3）资料解释中应用了多种层位属性和体属性及属性融合技术，提高了对小断层的控制程度。地震属性是指从地震数据中导出的关于几何学、运动学、动力学及统计特性的特殊度量值。它可包括时间属性、振幅属性、频率属性和吸收衰减属性。不同的属性可指示不同的地质现象。地震属性分析则是从地震资料中提取其中的有用信息，并结合钻井资料，从不同角度分析各种地震信息在纵向和横向上的变化，以揭示出原始地震剖面中不易被发现的地质异常现象。

2.7子波一致性分析与处理

地表激发、接收条件的变化不仅带来静校正问题，也带来了地震子波在空间方向的变化问题。由于表层多为松散干沙，且起伏变化大，导致地震子波在空间上的传递发生了变化，本区资料有以下特点：①区内主要干扰为强能量面波、50Hz工业干扰、声波、浅层折射震荡及异常振幅道，反射波有效频带10～70Hz；②由于测区地表起伏较大，且多为松散干沙，原始单炮在纵向和横向均有一定程度的能量衰减，导致地震子波有部分差异。在处理中分别从纵、横两方面进行。一是应用地表一致性反褶积技术，对地震子波进行校正，消除地表地貌因素对其影响，从而增强子波横向的稳定性；二是在剩余静校正的基础上，进行预测反褶积，进一步压缩子波，提高纵向分辨率。

2.8重力滑动断层

重力滑动的实质是地质体因重力失稳并通过降低势能以实现新的重力平衡的过程。本井田西南部位于嘉祥断层和嘉祥支断层之间，嘉祥断层和嘉祥支断层均为高角度西升东降正断层，造成此区块上升抬高，强烈的断裂作用形成一个引张应力场，并且此区块基本上为一西高东低的单斜构造，地层倾角较大（17～45°），这些条件的结合为重力滑动提供了驱动力和地质体运动空间，在重力和突发自然力的作用下，重力失稳，地层沿软弱面（滑动面）滑动，从而形成重力滑动构造。

结语

通过全面踏勘和理论分析，疏理出本次勘探的技术难点，通过充分试验，确定了技术路线和工作重点，制定并实施了有针对性的具体技术措施和施工方法，执行了有效的质量控制程序，最终保证了野外采集生产、资料的处理等工作的顺利实施，获得了品质较高的三维数据体。

参考文献

[1]陆基孟.地震勘探原理[M].北京:石油大学出版社,1993:244-245.

[2]周锦明.数据处理与地质解释[M].北京:石油工业出版社,2003:164-165.