矿区全数字高密度三维地震勘探技术的应用

郭占峰 程增庆 郭 欣 葛佳伟 王建忠

(1.山西华晋韩咀煤业有限责任公司；2.中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院)



矿区全数字高密度三维地震勘探技术的应用

郭占峰1程增庆2郭 欣2葛佳伟2王建忠1

(1.山西华晋韩咀煤业有限责任公司；2.中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院)

全数字高密度三维地震勘探采集系统的动态范围与地震勘探成果精度相关，煤炭全数字三维地震资料成像质量与空间采样密度、观测系统相关。详细分析了煤炭采区全数字三维地震勘探数据采集技术、三维地震数据目标处理技术以及三维地震资料属性解译技术。研究表明：煤炭采区全数字三维地震勘探处理时间剖面上的煤层波频带宽度达到160 Hz以上，煤层波的主频为110 Hz，可有效识别落差5 m的断层及巷道。

三维地震勘探 数据采集 采样密度 观测系统 属性解译

煤炭全数字高密度三维地震勘探的关键技术是采用大动态范围的数字检波器接收、高空间采样率及高叠加次数、精细的目标处理及地质解译[1-2]。地震勘探系统动态范围的提高是地震勘探精度的关键，光点仪器和模拟仪器的动态范围小于40 db，虽然检波器的动态范围为60 db，但地震勘探系统的动态范围为40 db。近年来，随着地震勘探仪器设备的发展，地震勘探系统的动态范围增加至60 db，地震勘探系统的动态范围主要受模拟检波器动态范围的限制，目前数字检波器的动态范围已增加至90 db。相关研究表明，对于煤炭采区落差大于5 m的断层，全数字高密度三维地震勘探技术的识别合格率高达80%。为进一步推动矿区全数字高密度三维地质勘探技术的应用研究，本研究对该技术的数据采集技术、三维地质目标数据处理技术以及三维地震资料属性解译技术进行探讨。

1 三维地震勘探数据采集技术

煤炭采区全数字高密度三维地震勘探技术有利于提高地震资料的分辨率和保真度，从观测系统设计角度，需考虑如下问题：

(1)煤炭全数字高密度三维地震勘探采用单点数字检波器接收数据，不仅能提高高频弱信号的接收能力，而且可提高低频弱信号的记录能力，实现宽频带记录，记录中不产生50 Hz的工频干扰，数字检波器的低频可达1 Hz，高频响应优异。因此观测系统须有利于线性噪音、反向散射噪音、多次波与环境噪音等噪音的压制。

(2)摈弃滚动半个排列片或多条接收线的设计方法，滚动距以不产生严重的脚印为准，最大线距不大于第一菲涅尔带的半径。

(3)面原尺寸以满足断面波或短波长分量不出现空间假频为原则，煤层中断层面的倾角多为40°～75°，在均方根速度为3 200 m/s、保护的最高频率为120 Hz、断层倾角为75°时，计算得到的面元尺寸为6.9 m。为便于施工并顾及更大的倾角成像问题，设计面元尺寸为5 m×5 m，确保高角度断层波的正确成像。

数字检波器在整个接收频带范围内相位变化较小，在低频段不会引起相位畸变，且在高频部分的相位畸变远小于常规检波器，有利于展宽频带。

2 三维地震数据目标处理技术

煤炭全数字高密度三维地震勘探数据采用目标处理方式，采用线性动校正、观测系统图、最大炮检距图、最小炮检距图、高程平面图、覆盖次数图和单炮显示等对原始采集数据的质量进行监控，通过该类监控图件的分析，逐炮、逐点判断炮点、检波点位置及激发井深的正误。利用人工进行精细的炮、道编辑工作，工作量约占三维地震数据处理工作量的66%。在静校正、反褶积、衰减多次波、速度分析、频谱整形等步骤中，均采用目标处理方式力求实现精细化处理三维地震数据。在静校正完成的基础上，检查异常静校正量炮点单炮记录后对信噪比较低的炮文件进行剔除，反褶积因子在目的层反射波发育区段求取，保持煤层波的宽频带和高信噪比。衰减多次波主要为衰减浅层多次波和多次折射波，可采用400 m×400 m的网度进行精细速度分析。

采用叠前时间偏移方法进行偏移时，通过CRP道集可详细分析与检查偏移速度的准确性，可得到更为精确的均方根速度场。对于成像偏移角度采用时变分析法，浅层基本为水平层状反射，浅层角度为30°，在深层时变为80°，可确保断面波能够正确成像。若原始采集面元尺寸为5 m×5 m，那么输出的面元尺寸亦为5 m×5 m。

河南某矿采区全数字三维地震勘探表明，在130～260 Hz的分频扫描中该矿13-1#煤层仍能得到较连续的反射信号，处理成果剖面新生界地层主频为130 Hz，频带宽度为10～260 Hz，煤层反射波的主频为110 Hz，频带宽度为10～220 Hz，各煤层的反射特征都较常规三维地震资料反映得更明显，特别是T4波(11-2#煤层)，数据品质得到大幅度提高。

3 三维地震资料属性解译技术

对于煤炭采区全数字三维地震资料的解译，可首先利用钻井资料、测井资料制作合成地震记录，以标定层位；然后进行垂直剖面对比、解译，并对叠加、相干、方差、三瞬、波阻抗等数据沿层属性检查及三维可视化精细构造解译[3-4]。根据地震资料属性与地层、煤层顶底板之间的物性差异，通过选取不同窗口的属性参数，得到反应地质现象的属性信息，实现高精度解译三维地震资料属性的目的，此外，加强剖面对比与属性分析，可进一步提高解译精度。河南某矿区的实践表明，对于落差大于5 m的断层的三维地震资料属性解译结果与实际情况基本一致，老空区位置解译结果与实际情况吻合度较高。

4 讨 论

采用数字检波器接收的地震记录中频带较宽，一般可达到3～180 Hz，属于宽频带震勘探，加之采用连续、对称采样观测系统对短波长的噪音与中—长波长信号均能充分地采样，该类地震记录有助于在资料处理时压制干扰，有效提高地震时间剖面的成像质量。分析了煤炭采区全数字三维地震勘探数据采集技术、三维地震数据目标处理技术以及三维地震资料属性解译技术，认为全数字三维地震勘探时间剖面频带较宽、信噪较高，可有效识别出小断层、老窑采空区，是一种真正意义上的高精度地震勘探方法，在复杂区和简单区均可推广应用，在简单区以提高分辨率为主，以识别小断层、小陷落柱为主要目标，在复杂区以提高信噪比为主，以识别落差5 m以上的断层、采空区和构造形态为主要目标。

[1] 刘美玲.煤田三维地震勘探在障碍物密集区的应用[J].现代矿业，2015(6)：104-105.

[2] 饶河清，李萍军，黄 河，等.宽方位角在煤田三维地震勘探中的研究与应用[J].金属矿山，2014(12)：143-146.

[3] 张 冰.三维地震勘探技术在地质补充勘探中的应用[J].现代矿业，2011(3)：10-11.

[4] 郭占峰，程增庆，王建忠，等.韩咀煤矿识别煤层老采空区的相对波阻方法[J].现代矿业，2016(1)：254-255.

2016-05-06)

郭占峰(1966—)，男，高级工程师，042100 山西省宁乡县。