基于高密度三维地震勘探技术的断层识别

基于高密度三维地震勘探技术的断层识别

付小虎,任小丽,孙灿

新疆维吾尔自治区煤田地质局综合地质勘查队 新疆乌鲁木齐 830009

摘要：高密度三维地震勘探，是指在较大程度上增加了炮点和接收点的密度，从而达到了更高的地震分辨率。在强干扰区，传统的3D-S地震很难获取到200ms以下的回波波形，特别是对小断裂、采空区、煤层厚度较大的煤层，很难获取到有效的回波波形。针对我国山西省宁武矿区北部的一座露天矿井，针对该地区存在的超浅层、高干扰、高密度、小间距，结合高分辨率、高保真、面元均化等信息处理方法，实现了该地区煤田的高密度、高分辨率和高分辨率的三维地震成像，为后续的地质体异常解释和预测提供了可靠的数据依据，对于识别小断裂、采空区、煤层变薄区等地质体异常具有重要的指导作用，对于保障我国煤炭资源的安全开采有着重要的现实意义。

关键词：高密度；三维地震勘探技术；断层识别

由于缺少地下各条测线的地震剖面，常规的2D地震勘探方法不能实现对地下各条测线的整体认识，从而产生的预测结果存在很大的人为误差，不能适应我国新时代“集约、高效、安全、高产”的建设发展需求，对油气、煤炭等地下资源的勘探开发造成了很大的制约。80年代以来，我国积极开展了三维地震探测技术的探索与实验，并将其应用于中日协作勘查工程，极大地提升了该技术的探测精度与分辨率，获得了大量的地质成果，为进一步优化油矿采区设计、合理布置巷道与回采工作面等提供了科学的地质基础。

1三维地震勘探关键技术

1.1数据采集

在野外收集地震数据资料，是指地面勘探人员在勘测地点用不同类型的地震数据采集设备进行测量、布线，如果要用到爆破震源，就必须打浅井，并埋设地震检波器。为了确保所收集到的数据的真实性和可靠性，以保证之后的数据处理的精确度，定好测线、爆点和接收点的位置、确定开钻的位置、开钻的浅井，并做好炸药的预埋工作。在爆炸的过程中，产生的地震波会在与岩石接触的地方被反射回去，然后被地震勘探设备接收，再将地震勘探设备发送到仪器车上，仪器车上对地震勘探设备的信号进行完整的记录。通过对这些信号的进一步分析，可以得到该区的地质构造、地层中的石油和天然气的储量、位置等信息。

1.2数据处理

相对于2D地震勘探，2D测线点的分布密度可达1km×1km（即1km×1km),3D数据体的分布密度可达12.5km×12.5km，因此，3D地震勘探图像的分辨率较2D图像要高，定位精度也较2D图像高，且具有较强的数据处理能力，不但可以得到各层的地震剖面，还可以通过3D技术对其进行处理，得到具有丰富三维地形地貌特征的地下矿床、河流、湖泊和高山等。

1.3资料解释

三维地震勘探技术资料的数据解释可以分成两个步骤，第一个步骤是将采集到的数据，利用计算机和相应的软件技术，对其进行计算处理，形成图像和图表。第二个步骤，地质学家可以像医生利用CT寻找病人身体内的病变一样，利用波动理论和地质知识，对获取的资料影像展开反复的研究和比对。第三个步骤，除了判断岩性地质变化和煤油气等物质是否存在之外，还要准确分析矿产、气含等物质处于地下某个地层和产量，并写出解释报告，使经过处理的构造、地层和岩性等信息变成地质成果，为开发工作奠定基础。

2应用实例

2.1地质概况

一个矿区是一个完全隐蔽性的二叠系华北部含煤岩系，从上至下依次发育了马家沟群、石炭-二叠系月门沟群、本溪组、太原组、山西组、石匣子群、淄博群三台组和第四系等。整个矿床处于鲁西南断块凹陷济宁地堑东缘，鲁西台状构造带和华北断块凹陷带。嘉祥支断裂横贯井田南北，其北为XF9断裂，南为F1断裂，西为FH1断裂，南为FH1断裂，形成了该地区的条带状块状结构。在区域断裂的作用下，该区次生构造主要为NNE向断裂，NNE向断裂占主导地位，部分地区还发育少量NE向断裂。

2.2资料采集和处理

为得到高信噪比的地震资料，在采集前，分别对采集参数、接收道距、最大炮检距、覆盖数等参数进行了测试。经论证，本项目拟在常规线束结构下，利用16-10-线的中点激发，2560条接收，检波线间距为100米，接收道间距为10米，全覆盖64倍，CDP网格为5米×5米，探测范围为17米。使用428XL数字地震仪，采集时间为2.0秒，数据格式为SEG-Y，取样时间为0.5毫秒，接收数据2560道。

通过对原始数据的分析，以及与该地区的地质数据相结合，我们可以发现，该地区的目标层埋深较深，有效反射信号较弱，与此同时，干扰波发育，波场复杂，因此，必须要进行叠前降噪，对上侏罗系之下的弱反射信号进行保护和强化。井下数据是一种典型的浅地层高分辨率数据，其数据对地层中的速度变化十分敏感，因此，必须提高地层中的速度分析的准确性；采用地震波偏移成像和地震波模拟相结合的方法，可以对构造型复杂的地下褶曲带进行有效、准确的识别，从而提高地震波成像的准确度。图1、2显示了资料处理前后的叠前时差曲线及资料处理后的叠前时差曲线。通过对地震数据进行处理，得到了更高的分辨率和更连续的同相轴，这对以后对断层的解释很有利。

图1 数据处理前的地震剖面图

图2 数据处理后的叠前时间偏移剖面

2.3断层识别

该高密度三维地震勘探在区域3煤层中发现了一条落差大于或等于3m的断裂。这些断裂的走向主要是北北东、北西、北西西和北东向为主，其中北北东向断层30条，北西向断层13条，北西西向断层8条，北东向断层7条，其它方向断层共计10条。图3至5所示为一条断裂在地震剖面中的表现。

图3 FF15断层在地震剖面上的显示

图4 FF27断层在时间剖面上的显示

图5 断层F530-4与F530-5在时间剖面上的反映

图4中的FF15断层为正断层，走向北北东，倾向北西西，倾角70°～75°，落差约0～75m，区内延展长度470m，为可靠断层。上述应用结果表明，断层在高密度三维地震时间剖面上具有明显的地震响应特征，利用高密度三维地震勘探技术有利于断层的识别。

结语

综上所述，本课题对三维高密度地震勘探的基本流程进行了阐述，并对其在断层识别方面的有效性进行了验证，得到三点认识：（1）高密度三维地震勘探具有面元小、覆盖数高、方位角宽等特点，与传统方法相比，可提高数据信噪比和分辨率，并可有效识别小断层。(2)经过目标明确的地震处理过程，所得的地震数据具有更高的分辨率和更连续的同相轴，对后续的断层解释有利；(3)实际数据应用结果表明：高密度三维地震勘探技术能够对小断层进行准确识别，为煤矿安全生产提供更加有力的地质保证。

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