黄土塬梁区三维地震采集方法研究

黄土塬梁区三维地震采集方法研究

0煤炭地区的地震勘探实践鄂尔多斯盆地南缘的隆东高原分布着铜川、澄河、浦白、青城、黄陵、彬昌等十大矿区。这是陕西省重要的煤炭能源基地之一。长期以来,黄土塬地震勘探一直是所谓“禁区”。20世纪80年代前,只能用地震弯曲测线找油、找煤[1~3],测线沿黄土沟布设,呈树枝状沿平面展开,形不成闭合测网,该类地区的地震工作进展不大,找煤工作一直依靠钻探。进入20世纪90年代,随着地震勘探装备技术的更新,多道地震数据采集系统普遍使用,石油系统已初步形成黄土塬区地震勘探技术系列方法,如高分辨率沟中弯线、黄土塬二维直线、黄土山地网状三维等勘探方法[4~7],并已具工业化生产能力,但成本费用很高,难于在煤炭工作中推广应用。本文基于黄土塬区沿沟弯线煤田高分辨率地震勘探的经验,提出了一种特殊的规则束状接收、沟中弯线激发的三维地震勘探方法,并在国家重大产业技术专项“西部煤炭资源高精度三维地震勘探技术”依托工程彬长矿区DFS煤矿首采区三维地震勘探中应用,成功地解决了黄土梁峁区复杂地形条件下的煤矿采区三维地震勘探地质小构造问题,获得了较好地质效果,得到了信噪比较高的三维地震数据体,地质构造形态、断层反映清晰,为煤矿采区三维地震技术在黄土塬区应用提供了一种新方法。1研究领域的总结1.1地震地质条件研究区位于鄂尔多斯盆地南缘,行政区划隶属陕西省彬县管辖。研究区地貌为典型的黄土塬冲刷梁峁地形,地形十分复杂,沟深坡陡,高差在220m左右,交通非常困难,地震仪器设备全靠人拉肩扛。区内黄土+红土层厚度最大达215m,潜水面都在100m以上。黄土梁区段两侧黄土层厚且干燥疏松,厚度横向变化剧烈,对地震波吸收严重,激发出的地震相干干扰、次生干扰、黄土谐振干扰极其突出,浅层地震地质条件十分复杂,很难得到煤层反射波资料,单井井深60m方能得到隐约反射波(图1)。本区开采的煤炭资源赋存于中生界侏罗系延安组,主要可采煤层一层,即4号煤层,煤层厚度在0~17.67m之间,大部地段煤层厚度大,与顶底板存在较大的波阻抗差,具备形成强反射的条件;区内地层倾角小于10°,构造比较简单,该区深层地震地质条件较好。三维地震勘探需要查明区内落差5m以上的断层;查明主要煤层起伏形态和煤层赋存边界,为优化综合机械化采煤工作面和采区提供精细的地质构造资料。1.2有效性激发波能量弱(1)黄土层厚度大,对地震波吸收衰减作用强,导致激发和接收条件都很差。特别是梁峁斜坡地带,干噪疏松黄土中激发出的有效波能量更弱。(2)区内规则及不规则干扰,面波、多次折射、次生干扰、沟塬之间巨大高差形成的黄土塬边缘侧面波,淹没了较弱的有效波,使单炮记录信噪比很低。(3)复杂的地形造成空炮,使得剖面上出现空白段。(4)潜水面太深,难以做到在梁峁上潜水面下激发。(5)静校正问题突出。2采样方法2.1井深4.5m(1)激发。塬上采用3井线性组合激发,内距10m,井深15~20m,药量2kg/井。沟中采用3井组合,内距10m,井深1~4m,药量3kg/井。(2)接收。采用10个检波器(60Hz)串联矩形面积组合,组内距2m。2.2观测系统设计原理根据研究区的勘探难点,考虑到在黄土梁峁上及两侧坡上激发不可能得到有效波资料以及区内地形起伏十分复杂等特点,本次研究在梁峁区采用了束状接收、黄土沟中弯线激发的三维地震观测系统。依据区内地震地质模型,按照三维地震观测系统设计基本公式,设计野外采集参数。为提高束状接收弯线激发三维观测系统中炮点分布的合理性,使地下目标区得到满足要求的覆盖次数和炮间距分布。施工前对区内每条沟进行调查、踏勘,并绘制在地形图上,使用地震采集软件人机交互设计方法,通过映像区分析等手段,使设计者实时清晰地看到炮点、检波点设计和修改时对反射区的影响,以确定较佳的炮检点分布,力求使本观测系统达到一个满意的水平。图2为研究区梁峁地段三维地震炮检点分布图。3应用效果3.1地震地质条件(1)单炮三维地震记录质量明显提高。图3为研究区生产线束所放单炮地震记录,经精细静校正后,初至波对齐,主要反射波清晰可见。(2)高精度精细处理所获三维地震数据体,信噪比较高,煤层反射波组特征突出,图4为三维数据体,图5为三维地震时间剖面。(3)查明了研究区内落差5m以上的断层及其空间展布;查明了地质构造形态;解释了主采煤层厚度变化趋势;控制了主采煤层的隐伏露头(南部)。3.2重建采区、调空工作面DFS矿在本次三维区外自西向东施工403采区的巷道时,发现了1~13m落差的断层十多条,致使工作受阻,工作面报废。陕煤物测队的技术人员经过对三维成果分析后,建议避开三维地震测区北部约290m构造带,向南重新布置新的采区(403采区)。在40104工作面的回风顺槽、运输顺槽、泄水巷等的施工过程中,除在地震解释的DF2断层尖灭点附近发现两条落差0.5m和1.5m的小断点以外,再没有发现任何断点。由此证明本次三维地震解释的成果可靠,使矿方在设计和施工40104工作面时,成功地避开了断裂带,确保了该工作面的成功建成。4地震井深观测系统在地形十分复杂的黄土梁峁区,采用沟中激发束状直线接收的三维地震采集方法,勘查煤矿地质小构造是有效的。该方法技术要求高,对野外工作要求严格,选择好的激发条件和激发点位置以及合适的爆炸井深是本方法的核心,数据处理中的关键是作好静校正与动校正。在黄土梁峁区采用束状接收弯线(河沟中)激发三维观测系统,具有以下优点。(1)激发点选在黄土沟中,则至少减小了几十米至一百多米的黄土对地震波传播能量的吸收,加强了记录有效反射波的能量,压制了干扰,且激发条件好,沟中常