石灰巖三維地震勘探技術研究范文

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《能源技術與管理雜志》2015年第二期

1地震地質條件

勘探區位于云貴高原西北部，地表標高1320~1530m之間，局部為懸崖，植被發育，村莊、水源地等零星分布。當地的習俗要求在這些區域外100m的地方才能放震動炮。表層地震地質條件差?？碧絽^表層有灰巖出露區、風化巖腐殖土覆蓋區、薄層灰巖與薄層黃土交互覆蓋區，檢波器布置困難，成孔條件差，淺層地震地質條件差。對比地形圖、煤層底板等高線圖可以得知，勘探區平均地層傾角20°，煤層底板標高在1200~800m之間，最淺埋藏深度約150m，最大埋藏深度約600m，這給地震勘探觀測系統帶來了不便。依據以往鉆探資料得知，勘探區煤層與圍巖之間存在明顯的波阻抗差異，因而具備產生反射波的條件。深層地震地質條件一般?？傮w來說，勘探區地震地質條件復雜。

2勘探技術難點

根據已有地質資料分析并結合現場情況，本勘探區的主要技術難點為：煤層埋藏深度變化大，需要設計不同的觀測系統進行數據采集；成孔難度大，需要找到適用于本區不同巖性地表尤其在厚層石灰巖出露區的成孔技術；激發條件變化較大，需要找出適用于本區不同巖性地層尤其在厚層石灰巖出露條件下的激發方法［3］；靜校正難度大，解決大比高復雜地形條件下的靜校正問題；鉆孔稀少，時深轉換難度較大。

3技術對策

3.1觀測系統設計依據面元邊長、最大炮檢距、線距、最大非縱距的理論計算公式，確定觀測系統參數：CDP網格為5m×10m、線距不大于57m、最淺目的層處最大炮檢距不大于370m，最深目的層處最大炮檢距不大于750m，最大非縱距不大于400m。結合現場的情況，選擇了10線10炮制束狀觀測系統，觀測系統參數為：接收總道數淺部600道、深部1000道，道距10m，線距40m，覆蓋次數25次，最大非縱距350m，CDP網格為5m×10m，中點激發。

3.2成孔方法試驗依據現場踏勘的情況，將勘探區劃分為松散層覆蓋區、灰巖出露區、灰巖與松散層混合覆蓋區3大類，成孔工具選擇洛陽鏟、風鉆。洛陽鏟在松散層覆蓋區成孔較合適，風鉆在灰巖出露區較合適，在灰巖與松散層混合覆蓋區應用風鉆成孔時，需要在風鉆內加入部分水霧才能保證風鉆順利通過薄層松散物。

3.3試驗工作在灰巖出露區，選擇3~6m的井深、用1~2kg藥量進行井深與藥量組合試驗；在風化巖腐殖土覆蓋區，依據低降速帶調查的結果選擇井深至降速帶內、藥量為1.5~2kg的井深與藥量組合試驗，在薄層灰巖與薄層黃土交互覆蓋區選擇藥量1.5~2kg、井深5m的單井與雙井組合試驗。通過試驗得出如下結論：在風化巖腐殖土覆蓋區，鉆孔深度降速帶內部2m，用藥量2kg激發時能得到較好的試驗記錄；在灰巖出露區，井深大于4m、藥量1~1.5kg激發時，能夠得到較好的試驗記錄；在薄層灰巖與薄層黃土交互覆蓋區試驗單張記錄較差。施工中應盡量避免變觀。

3.4資料采集測量過程中炮點進行加密測量，保證變觀時測量資料的準確性；檢波器采用堆放的形式進行接收，以避免道內存在高差而引起地震道的畸變；按束進行施工，遇見孤峰、懸崖、小山丘、村莊等障礙物時應以恢復性放炮技術，遇見大量丟道、炮點不能正常布置的區域，采用在障礙物附近加密炮點的方法進行數據采集。嚴格按照試驗結論進行施工，在資料品質變差時，進行補充性試驗?？碧絽^共完成施工線束13束，按照《煤炭煤層氣地震勘探規范》（以下簡稱《規范》）關于單炮記錄的評級標準進行評級，甲級品占總數的41%，乙級品占總數的57.7%，廢品占總數的1.3%，成品合格率為98.7%，滿足《規范》中的相關要求。

3.5資料處理由于山區地形復雜，基巖出露較多，松散層較薄且成分復雜，很難準確取得低速帶及降速帶的厚度與速度，常規的人工一次靜較正滿足不了反射波的同相疊加。經過多種靜校正方法的對比，本區最終采用分頻靜校正的方法。分頻靜校正技術是將常規靜校正后的地震記錄，利用小波分解或頻域濾波的方法分解成不同頻帶成分，不同頻率成分對靜校正的精度要求不同，低頻成分視波找較大，因此可以求取較大的剩余靜校正量，解決周波跳躍問題；而高頻成分對靜校正的精度要求較高，可以對靜校正量進行微調，因此可以采用疊代的方法逐步提高剩余靜校正量的精度。

3.6煤層底板等高線的制作方法第一步，通過層位解釋的t0值，用計算機的解釋軟件自動生成各煤層的等t0圖件；第二步，根據鉆孔資料、巷道揭露資料、資料處理提供的速度文件生成各煤層的平均速度平面圖；第三步，求取各煤層的相對埋深；第四步，求取各煤層底板標高。式中：H煤為煤層底板標高，m；H0為資料處理過程中的基準面標高，m；H為各煤層相對埋深，m；V為各煤層的平均速度，m/s。從以上步驟看，底板標高的精度取決于煤層平均速度的精度。對于鉆孔資料、巷道資料較豐富且均勻分布的區域來說，平均速度的精度一般較高；但對于鉆孔資料、巷道揭露資料較少的區域，其精度會大幅度降低，最終影響煤層底板標高的精度，本勘探區就屬于此種情況，所以需要尋找高精度的平均速度求取方法。資料處理過程中速度分析的精度較高，它可以提供豐富的疊加速度，可以應用疊加速度、層速度、平均速度之間的關系，將資料處理的各點疊加速度最終轉換為平均速度。但這個平均速度與鉆孔求取的平均速度會存在一定的差異，需要將疊加速度轉換得到的平均速度進行校正，最終采用校正后的平均速度生成平均速度平面圖，最終得到各目的煤層的底板等高線圖。

4地質效果

4.1處理成果評價勘探區覆蓋次數基本均勻，淺層目的層反射波連續性較好、信噪比較高、斷點清晰，如圖1所示。受上分煤層的影響，深層目的層反射波連續性一般，按照《規范》中時間剖面的評級標準，勘探區內的I類剖面與II類剖面之和占總評級剖面長度的86.38%，滿足《規范》不低于80%的要求。

4.2地質成果查明了4、5、9、13煤層的底板起伏形態；解釋出1條落差大于50m的斷層，3條落差大于20m的斷層，7條落差大于10m的斷層，10條落差大于5m的斷層，4條落差小于5m的斷層；全區共解釋孤立斷點11個；沒有發現直徑大于20m的陷落柱和無煤帶。

4.3驗證情況報告提交3a后，收集了礦方的采掘資料，總體驗證情況如下：①煤層底板標高相對誤差最大為3%（離最近鉆孔的距離為800m），煤層底板標高相對誤差最小為0.8%。②巷道揭露了落差大于10m的斷層3條，落差大于5m的斷層4條，落差小于5m的斷層8條。③其中揭露的2條落差大于10m的斷層與地震資料解釋的落差大于10m的斷層基本一致，揭露的另1條落差大于10m的斷層與地震資料解釋的落差小于5m的斷層位置偏差20m。④揭露的2條落差大于5m的斷層與地震資料解釋的落差大于5m的斷層基本一致，1條與地震資料解釋的落差大于20m的斷層位置、產狀基本一致，另1條落差大于5m的斷層地震資料沒有解釋。揭露的3條落差小于5m的斷層在地震時間剖面上解釋為孤立斷點，另外5條落差小于5m的斷層地震資料沒有解釋；另有1條地震資料解釋的落差大于5m斷層、2條落差小于5m的斷層沒有揭露。綜合來看，煤層底板標高誤差相對較小，落差10m以上、5m以上、5m以下斷層的準確率分別為66%、50%和20%。

4.4提高勘探精度的設想目前，相對于中東部地區而言，石灰巖出露區的勘探精度較低，不能完全滿足高產高效礦井安全生產的需要。提高此類區域的勘探精度可能需要采取如下技術措施：首先應盡量選擇在冬季施工、選擇深孔大藥量激發，這樣可以避免很多干擾，提高野外資料的品質；其次，加大地震資料的有效覆蓋次數，提高地震資料的信噪比，施工過程中應盡量避免變觀施工；最后，采用先進的疊前深度偏移進行資料處理、高精度的靜校正與速度分析技術。

5結論

從目前的實際應用效果看，石灰巖出露區的煤田三維地震勘探精度不能完全滿足煤礦安全高效生產的需要，但地震資料解釋的煤層底板起伏形態、落差大于10m的斷層勘探精度相對較高。如果加大野外工作的投入，應用先進的疊前深度偏移技術，三維地震勘探技術可以成為石灰巖出露區煤礦采區構造勘探的主要手段。

作者：田根國單位：中煤科工集團西安研究院有限公司