复杂地质条件下三维地震勘探技术方法

刘金威

摘要：三维地震勘探技术一直在矿产勘探中发挥着重要的作用，一般采用炸药或可控震源激发，由于地下地层有波阻抗差异，检波器接收到的地层反射波也就在传播过程中携带了不同的地层信息，经过数据处理提取出对勘探开发有利的信号，通过与钻探、测井等地质信息的比对分析得到地层和信号的对应关系，以此为基础开展构造解释等工作。本文首先对三维地震勘探技术做了概述，然后结合具体研究区概况详细阐述了复杂地质条件下三维地震勘探技术方法。

关键词：复杂地质；三维地震；勘探；煤矿

一、三维地震勘探技术概述

三维地震由于分辨率较高，能够识别的组构单元更多。例如，双程时间构造图中，只能看到地层特征，在地震剖面图中河道的特征不够明显，但是在反射振幅属性图上，能看出水道的特征。三维地震的广泛应用，能够有效地将古陆地以及海底地貌形成的过程在空间中展现出来。目前深水的水下河道应用了地震资料的手段使其进展较大，同时三维地震在硅质碎屑岩沉积体系中也应用广泛，而且地震地貌学今后也是一个较好的研究领域。三维地震在构造分析中用于研究断层系统中的几何形态以及运动学的特征，在该方面二维地震无法解释这么复杂的断层几何学特征。三维地震的数据用于这个方面其精细度可以与美国最好的设备相媲美，能够有效地加深断层和围岩褶皱之间的联系。虽然三维地震的分辨率上还没办法直接显示运动学的标志，也不能识别断面构造的细节问题，但是其属性方面的技术又可以对其进行弥补。

二、研究区概况

矿区位于西北新疆地层西缘，出露地层以中生代地层为主，受冯记沟背斜影响，向北东向倾伏。其中侏罗系延安组为主要含煤地层，煤层平均厚347.06ｍ，含煤30余层，含煤系数为6.9％，主要开采十二、十五、十八煤层。

三、复杂地质条件下三维地震勘探技术方法

（一）研究区地震地质条件

1、表浅层地震地质条件

研究区地面标高为 1222.3 ~ 1238.2 m，变化不大，总体上呈东南高西北低的趋势。地表为草原覆盖，潜水位约 2~6 m，表层为新生界第四系黄土，新生界厚度平均约 130 m。研究区内有村庄，零散居住的牧民及其牧场占地面积较大，栅栏较多。此外，施工期间正值严冬，地表冻土较厚。这些不利因素对施工都造成了一定的影响。

2、深层地震地质条件

勘探内新生界厚度较适宜，平均厚度约130m，且与下伏地层有一定的波阻抗差异，可形成新生界底界面反射波。该区含煤地层为陆相沉积环境，岩相变化较大。煤层总体为走向北西，倾向北东的单斜构造，15 号煤层为该区大部可采的较稳定型煤层，埋深 165 ~ 698 m，倾角 10°~ 25°。由于煤层顶、底板主要为泥岩和砂岩，与煤层的密度不同，对应的地震波速度差异也很大，即为不同的波阻抗界面，可形成能量强、波形稳定的反射波。其中 15 号煤层反射波为能量最强、波形稳定、连续性最好的标志反射波，10号煤层反射波随煤层厚度的变化，其能量、波形稳定性和连续性变化较大。

总体而言，研究区地震地质条件为复杂区。

（二）数据采集及特征

该区试验工作借鉴了邻区以往三维地震施工经验和施工参数，共完成试验点3个，物理点50个；试验段1条，线长1.9ｋｍ，物理点41个；小折射3个，物理点6个；共完成物理点97个，试验物理点全部合格（表1）。

            表1  试验点点号、位置及试验内容

       

（三）主要反射波地质属性的确定和波组特征

1、波组特征

在时间剖面上，反射波组可分为2种，上部水平层和下部倾斜层：①上部水平层，该波组一般属新生代地层形成的反射波，但本区大部分区域新生代地层很薄，因此水平层能量很弱，时有时无，但与下面的煤系地层存在明显的角度不整合关系，可以对比追踪；②下部倾斜层，这一反射波亚组是由侏罗纪含煤地层形成的，其中的强反射波是煤层与其顶、底板之间存在的显著波阻抗差造成的。强反射波振幅大、连续性好；弱反射波振幅小、连续性差，甚至出现“空白带”。

2、主要反射波地质属性的确定

地震资料解释首先要确定主要目的层反射波的地质属性，勘探区地质属性的确定主要用于邻区主要目的层反射波对比确定；利用地质钻孔与地震曲线做时间剖面对比确定。 此次三维地震勘探的主要目的层十二、十五、十八煤层，次要目的层为十三、十六煤层。T12、T15、T18波是由上述煤层形成的复合反射波，连续性好，易连续对比追踪。

3、波的对比

根据地质任务本次解释工作主要是对煤层反射波的追踪，新生界底界面作为一个辅助相位，可以进行粗网格的简单勾画。

（1）强反射波的对比追踪。 在冯记沟背斜西翼未被煤层采动区影响区域内，T15、T18波能量较强，连续性好，特征明显，较容易连续对比追踪。

（2）弱反射波的对比追踪。 由于T12、T15波能量弱，连续性较差，不易追踪。

（四）资料解释

地震资料解释采用技术人员和专业解释工作站人机联作的方式，充分结合研究区构造规律认识，通过地震合成记录取得反射波和地层对应关系，立体化地震时间剖面对比，精细化构造解释，时深转换成图等多个步骤的严格质量管控，仔细分析解释，获得了以下地质成果。

1、查明了研究区内主要可采煤层的埋深及起伏形态，编制出了基本等高距为 5 m 的煤层底板等高线图。煤层底板赋存形态受区内构造发育的控制和影响，煤层总体为走向北西、倾向北东的单斜构造。研究区内以宽缓的褶曲构造为主，断裂构造次之，断层集中于工区的中东部。煤层在研究区西南部埋藏最浅，东南部地段以露头形式出现，东北部埋藏最深，底板标高变化范围较大，自南西向北东埋深呈逐渐变大的趋势，标高在 742 —1126 m，煤层内未发现大于 10 m 的褶曲，煤层倾角一般在 10°~ 34°，平均约 25°。15 号煤层与 10 号煤层等煤层底板形态基本一致，煤层在研究区东南部埋藏最浅，东北部埋藏最深，标高在 528 ~ 1 102 m，煤层内未发现大于10m 的褶曲，煤层倾角一般在 8°～ 29°，平均约 20°。

2、 查明了研究区内主要可采煤层中落差≥5m的断层性质、产状及其延伸情况；解释了落差3～5 m的断层，对小于3 m 的断点、疑点做出了解释。此次勘探共查明落差≥5 m 的断层2条，落差＜5 m 的断层 11 条。

3、古河床等地质体。 煤系地层中如有古河床等地质异常体的存在，会造成地震资料出现异常，造成煤层反射波横向的不连续。 还在纵向上表现出一定空间发育特征，此次三维地震资料解释中利用属性体识别技术和方差体技术，以及波阻抗反演技术，从而进行人机联作交互分析地质异常体的存在及其特征。综合分析结果，本区未发现古河床等地质异常体。

结语

综上，通过对三维地震勘探可有效解释矿区褶皱、断层构造特征，煤层深度、起伏形态及深部采空区分布，从而为本区以后的矿井开发建设提供了较为可靠的地质资料。

参考文献

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