高密度三维地震勘探技术在褶曲识别中的应用

高密度三维地震勘探技术在褶曲识别中的应用

蒋召静

中煤新集能源股份有限公司板集煤矿236744

摘要：作为隐蔽致灾因素的一种，褶曲的存在不仅会对煤层的完整性和连续性造成破坏，影响煤炭资源储量，也会影响开采区域、井田和矿井开拓方式的合理布置，增加开拓成本和降低生产效率，还会在其附近引起煤层顶板冒顶、突水、瓦斯突出等煤矿安全事故。目前，煤矿采区三维地震勘探技术已能够查明幅度大于10m的小褶曲。但是，随着地质勘探目标的复杂化和勘探要求的精准化、细致化，传统的三维地震勘探技术已逐渐难以满足高精度地质任务的要求。而高密度三维地震勘探技术通过高密度采样间隔、全数字信号接收，避免了高频成分衰减及空间采样间隔不足带来的假频和分辨率不足等问题，对小构造探测有着重要意义。

关键词：高密度三维地震勘探技术；褶曲识别；应用；

引言

在煤矿企业的煤田开采生产过程中，高密度三维地震勘探对煤田的地质勘探工作意义非常重大，尤其是煤炭资源埋藏较深，地质构造相对复杂的地方，更需要时时进行煤田的三维地震动态解释。通过详细的数据对比分析，对煤田周围的地质构造进行专业性分析和归纳，为煤田的安全开采提供可靠的地质保障。

一、高密度三维地震的概念讨论

HD3D与传统的3D地震勘探一样，属于3D地震勘探的范畴。但是，HD3D技术概念在勘探领域、历史发展时期和不同地区都有其独特的技术特征。“精度”、“高分辨率”或“密度”三维地震勘探，最终目标一致。也就是说，勘探地质体的高分辨率和解释的地质成果的精度是一致的，因此对地质体的精度是HD3D技术的最终要求，“密度”是主要技术特征。除了通过提高采集密度和提高空间采样率来实现之外，还可以整合常规三维地震勘探中的一些高级技术成果，包括宽方位设计技术、单点高密度数字检波器技术和室内组合噪声消除技术、高精度静校正技术和反褶积技术、叠前偏移技术(叠前时间偏移、叠前深度偏移)。

二、高密度全三维观测系统

煤矿区高密度三维地震具有CDP面元大小更小、目的层深度更浅、地质目标勘探分辨率更高的特点。三维地震密度采集的均匀性意味着观测系统CDP面要素的各种属性分布必须均匀。其中包括重叠次数分布均匀、炮检距离分布均匀、方位角分布均匀等。CDP面元内炮检距从小到大均匀分布，可以同时探测浅、中、深目标层，有助于观测系统确保各目标层的有效反射信息，并对后续地震数据的各种处理进行分析。因此，在确立和采集煤矿区全三维观测系统高密度三维地震勘探的指导思想时，应统一全方位、恰当性、均匀性和对称目标，获得理想的三维波长。因此，高密度观测系统必须满足整个三维观测系统(纵横比一般大于0.8)。

三、宽频带

高密度三维地震勘探使用数字检波器，数字检波器的突出特点是频率带宽。实验表明，数字检波器在0-350Hz频率范围内的振幅能量比其他模拟检波器大，在高频范围内更为突出。处理阶段需要进行低频去噪处理、低频能量提高、频谱美白、Q校正、振幅保证和叠前深度偏移等宽方位、宽带支持处理。当然，考虑到表面波、多波衰减，充分保留低频和高频信息，同时高频有助于解释煤层的小结构。

四、高密度三维勘探设计方案

合理的勘探设计方案是勘探成功的前提，通过现场走访，结合地质环境，并结合原有的地震勘探经验，对三维地震方案进行了优化设计，选择合理的观测系统。地震波的激发方式采用中间激发，选择32线4炮制规则线束状三维观测系统进行施工，线距40m，道距10m，炮线距10m，炮点距60m，纵横比达到0.9，在接收过程中，每束与上一束接收移动1条线。这种观测系统的主要优势是高覆盖次数、宽方位角和小面元，覆盖次数192次，面元为5x5m，它在每一个CDP点上各叠加道方向特性和炮检距分布较均匀，能够识别各个走向的构造识别，高覆盖次数有利于提高信噪比，同时小面元利于提高小构造的勘探精度及横向的分辨率。

五、资料处理

（一）处理措施

通过三维地震勘探技术勘探后，数据处理会受到多种因素干扰影响。首先是信噪比影响。在勘探过程中，如果背景噪音比较大，会对三维地震勘探激发层位稳定性造成影响，进一步对单炮声波与面波造成影响，降低被测层面数据的准确度。如果信噪比影响比较强烈，会导致勘探数据偏差加大，此时需要重新采集数据。在处理三维地震勘探数据时，必须注意以下问题：首先，数据静校正处理；地势起伏比较大法人地区，会导致低速带速度变化比较激烈，此时就会增加校正量。静校正属于重要处理环节，联合自动统计剩余静校正技术，通过修正软件可以降低地表高差与低速带影响。其次，干扰波去除处理；干扰波主要包括声波和面波，在去除干扰波时，首先应当压制低频，之后通过高频干扰。采用内切滤波法压制低频干扰，进一步压制低频面波，可以全面提升资料的信噪比，避免损害信号。勘探数据不仅要进行静校正和去除干扰波处理，还应当进行地表一致性处理。

（二）处理难点

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。

（三）处理思路及步骤

针对以上重点和难点，确定资料处理思路如下：①试验对比不同静校正方法，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。

图1高密度与常规三维地震时间剖面对比

六、合理控制煤层小断面及起伏形态

在三维地震勘探时，根据三维地震勘探区域的地质特点，要将起伏形态中目的层的深度误差需要控制在1%以内，幅度范围尽量控制在5m以外的小曲面内。这样才能确保煤田起伏形态勘探的精确度达到相关要求的标准，在85%以上，有效控制煤层小断面及起伏形态。我国近年来在煤田勘探技术方面取得了巨大的进步，通过勘探人员不断的实践和创新，现如今已经良好掌握了反射点的实际归位，但就现阶段的勘探精度而言，煤田勘探的精确度水平仍有待提高。根据相关调查显示，在3m到5m的小范围煤田层断面进行勘探，精准度的平均值在50%左右，如果在地质情况更为复杂的地区进行勘探，那么煤田层的断面勘探精确度更低，在20%以下。

在煤层起伏形态变化解释的过程中，尤其是注意褶曲的解释，褶曲解释的准确与否对煤层起伏形态变化的解释具有重要作用。在以往的解释工作中，褶曲在三维偏移数据体上相对来说比较容易识别，反射波在时间剖面上表现为同轴下凹、上凸。结合本次三维资料结果显示为在时间剖面切片上表现为反射波同相轴走向发生弯曲，如图2所示，左侧为下凹、右侧为上凸，弯曲的曲率左侧较右侧大，表明左侧褶曲较紧闭；右侧褶曲较开阔。

图 2向斜、背斜在时间剖面上的反映

七、断层及裂隙发育带解释

褶曲的识别离不开断层及裂缝的精细解释，对依靠32线4炮正交宽度方位观测系统，进行高密度三维地震勘探，最大限度地确保各方位高度的集中度，均匀分配炮检距离和覆盖次数，从而开展分析。充分保证地震P波方位各向异性特性分析结果的有效性。将高密度三维地震数据中包含的16个面元数据组织成一组超级CMP道集，并根据方位角增量30进行方位集提取。通过一般地震数据处理方法处理不同方位道集，得到合适的方位偏移数据体。利用不同方位的偏移数据体，可以对勘探区不同走向的断层进行分别解释，也能更有利用识别不同走向的褶曲。

煤矿生产中断层一般分为正断层、逆断层、平移断层三类，断层上下盘发生上下错动，抬升或下降，造成地层不连续。在时间剖面表现为反射波同相轴错断、强相位转换、相位突然增多或减少。

八、褶曲识别与结果分析

通过以上煤层起伏形态解释、断层及裂缝的精细解释，对褶曲的准确识别更加有利。

褶曲的形态从时间剖面、水平切片上可直观地显示出来。在时间剖面上，主要依据反射波同相轴所反映的褶曲形态，在新生界厚度及速度变化不大的情况下，三维偏移剖面真实反映了时空域中的褶曲形态，如图2所示。

结束语

高密度三维地震勘探技术通过加密空间采样，采用小面元、高覆盖次数、宽方位的观测系统，提高了三维地震资料的信噪比和分辨率，可以为褶曲识别提供高质量的原始数据。以高质量原始数据为基础，经过一系列精细处理后，在偏移后的数据体上，褶曲形态可以被清晰地识别出来。在时间剖面上，反射波同相轴可以反映褶曲形态；在数据体连续水平切片上，褶曲会有直观的显示。

参考文献

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