黄土覆盖区极浅煤层三维地震勘探研究

孙希杰

（中煤科工集团 西安研究院有限公司，陕西 西安710077）

1 勘探区概况

1.1 勘探区地貌

陕北某矿区地表地形切割强烈、呈沟壑梁峁地貌，山梁、缓坡大部分被第四系黄土覆盖、厚度较大。 沿沟谷两侧阶地及山梁广为第四系黄土、褐黄色土、棕红色亚粘土覆盖，基岩局部出露，且风化程度较高。

1.2 勘探区地质条件

勘探区内沉积层序由老至新有：三叠系上统永坪组（T3y）、侏罗系下统富县组（J1f）、侏罗系中统延安组（J2y）、新近系（N2）及第四系（Q）。侏罗系中统延安组（J2y）为该区主要含煤地层。

为查明勘探区内的地质构造格局煤层赋存状态及采空区分布范围，为矿井采掘工程布置和技术决策提供依据，在区域内进行了三维地震勘探。 该次三维地震勘探目的层共有两层52、52上煤，主采煤层52煤煤厚2～2.5m，埋深30～70m。

2 技术难点

受地形、地质条件限制，主要存在如下技术难点：

（1）地表大部分地区为黄土区，黄土结构松散、干燥、孔隙度大,地震波速度低,有强烈的吸收和衰减作用[1]。

（2）地形复杂，沟壑纵横，高差变化较大，接收条件横向变化较快，近地表低(降)速带横向变化剧烈，静校正困难。

（3）区内目的层埋藏极浅（30～110m）。 初至波与目的层反射波搅在一起，比较难分开，需要做好资料处理工作。

给解释带来一定困难，针对上述问题，采取了一系列应对措施，以确保该次三维地震勘探成果准确、可靠。

3 技术措施

3.1 资料采集

综合考虑勘探区地表、煤层埋深及试验、低速带调查情况，采用束块状10 线5 炮观测系统，20m 线距、10m 道距， 炮排60m，48 道接收，保证足够的覆盖次数，并视现场施工情况决定是否加大排列至72 道。

井深因地制宜，厚黄土区深井为主；基岩埋深较浅区以浅井为主；沟底、河滩区域可考虑采用浅井组合结合坑炮。 在规程允许的纵横向偏移的范围内，在不影响覆盖次数相对均衡

的前提条件下，精选炮点位置，以提高激发效果。为提高地震资料的分辨率，数据录制参数上选择宽频带接收，最大限度的保留反射信号中的高频成分[2]。

3.2 资料处理措施

勘探区为典型的沟壑梁峁状黄土丘陵地貌，地表切割剧烈，高程变化剧烈，最低高程+1160m，最高高程+1240m，高差变化为80m。

静校正是该区地震资料处理中的关键环节，在正式处理之前进行了多次折射静校正，最终选择了最佳的静校正参数取得了很好的结果[2]。 通过静校正前后处理效果对比，如图1 所示，可见静校正后初至和反射双曲线光滑、连续，很好的消除了地形的影响。

初至波切除是该次地震资料处理的又一重要环节。初至是由能量很强的直达波和浅层折射波组成，对于浅层资料，初至对于最终资料的影响很大，因此必须进行处理。在尽量保留反射的情况下，应该对除至进行切除，因为切除是最不伤害有效波的去除方法。当然，对于浅层反射，单炮上的切除工作一定要慎之又慎。 初至与反射波间距很小的情况下，可以在单炮上不进行切除，而改到动校正后进行切除，因为动校正后远炮点的反射波与初至比动校正前更容易分开。从图2 中可看出切除初至波后的剖面目的层突出、连续性有明显改善。

图1 折射静校正前后的原始单炮对比

图2 切除初至折射波前后单炮对比

采用叠前三维地表一致性补偿、 三维地表一致性反褶积技术，最大限度地提高了地震资料的分辨率[3]。

3.3 资料解释措施

地震资料解释利用GeoFrame4.3 软件， 使用人机交互解释系统。利用已知钻孔声波测井资料制作人工合成地震记录，与井旁实际地震资料进行对比，确定反射波地质层位，从而将地震波与地下地质目的层联系起来，在整个三维数据体中进行追踪解释采用地震属性分析技术，更直观地解释采空区，如图3、图4 所示。 以垂直剖面结合水平切片进行资料解释，配以相干体技术对地质构造进行细致、客观的解释[2,4]。 在资料解释过程中，地震资料解释人员与矿方地质人员密切配合、及时沟通，使地质成果符合矿井构造规律[5]。

图3 小断层在时间剖面上的表现

图4 采空区在52 煤顺层切片的表现

4 地质成果

该勘探区三维地震勘探共施工线束5 束，施工面积2.39km2，满覆盖面积1.47km2。 由于施工方案合理，资料处理处理流程、处理参数选择合理，获得了品质较高、目的层齐全的三维数据体，再经过精细的资料解释，取得了丰富的地质成果。

（1）查明了勘探区内主采煤层落差＞5m 的断层，全区共解释断层9 条，均为正断层，其中10m≤落差＜20m 的断层1 条，5m≤落差＜10m的断层5 条；落差＜5m 的断层3 条。

（2）查明了勘探区内煤层的总体构造格局为一东高西低的单斜构造；

（3）区内发现采空区一处（图5），与地表实际情况对应较好。

图5 采空区在时间剖面上的表现

5 结论

在复杂黄土覆盖煤层埋深极浅区进行的本次三维地震勘探，是首次应对黄土覆盖复杂地表与极浅煤层埋深情况的一次探索研究，取得了较好的地质成果。 地震剖面显示与钻孔揭露对应关系吻合较好，为类似地区及相似条件下的三维地震勘探技术积累了一定的经验。

［1］关继凯,桂杉,关仁祥.三维地震勘探技术在山地黄土塬区的应用[J].科技创新导报,2012,25：108-110.

［2］牛跟彦.复杂条件下三维地震勘探技术应用[C]//煤炭学会矿井地质专业委员会2011 年学术论坛文集.

［3］王晓亮,赵禄顺,王千遥,刘芳晓.三维地震勘探技术在山西复杂山区的应用[J].能源技术与管理,2014,39(1)：162-163.

［4］张作伟,张壮.复杂地区三维地表资料折射静校正处理的应用[J].能源技术与管理,2013,38(1)：10-12.

［5］朱书阶,李林元,牛跟彦,等.永城矿区复杂条件下的三维地震勘探技术[J].煤炭技术,2008,27(2)：123-124.