黃土塬梁區(qū)三維地震采集方法研究

0煤炭地區(qū)的地震勘探實(shí)踐鄂爾多斯盆地南緣的隆東高原分布著銅川、澄河、浦白、青城、黃陵、彬昌等十大礦區(qū)。這是陜西省重要的煤炭能源基地之一。長(zhǎng)期以來,黃土塬地震勘探一直是所謂“禁區(qū)”。20世紀(jì)80年代前,只能用地震彎曲測(cè)線找油、找煤[1~3],測(cè)線沿黃土溝布設(shè),呈樹枝狀沿平面展開,形不成閉合測(cè)網(wǎng),該類地區(qū)的地震工作進(jìn)展不大,找煤工作一直依靠鉆探。進(jìn)入20世紀(jì)90年代,隨著地震勘探裝備技術(shù)的更新,多道地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)普遍使用,石油系統(tǒng)已初步形成黃土塬區(qū)地震勘探技術(shù)系列方法,如高分辨率溝中彎線、黃土塬二維直線、黃土山地網(wǎng)狀三維等勘探方法[4~7],并已具工業(yè)化生產(chǎn)能力,但成本費(fèi)用很高,難于在煤炭工作中推廣應(yīng)用。本文基于黃土塬區(qū)沿溝彎線煤田高分辨率地震勘探的經(jīng)驗(yàn),提出了一種特殊的規(guī)則束狀接收、溝中彎線激發(fā)的三維地震勘探方法,并在國(guó)家重大產(chǎn)業(yè)技術(shù)專項(xiàng)“西部煤炭資源高精度三維地震勘探技術(shù)”依托工程彬長(zhǎng)礦區(qū)DFS煤礦首采區(qū)三維地震勘探中應(yīng)用,成功地解決了黃土梁峁區(qū)復(fù)雜地形條件下的煤礦采區(qū)三維地震勘探地質(zhì)小構(gòu)造問題,獲得了較好地質(zhì)效果,得到了信噪比較高的三維地震數(shù)據(jù)體,地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)、斷層反映清晰,為煤礦采區(qū)三維地震技術(shù)在黃土塬區(qū)應(yīng)用提供了一種新方法。1研究領(lǐng)域的總結(jié)1.1地震地質(zhì)條件研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地南緣,行政區(qū)劃隸屬陜西省彬縣管轄。研究區(qū)地貌為典型的黃土塬沖刷梁峁地形,地形十分復(fù)雜,溝深坡陡,高差在220m左右,交通非常困難,地震儀器設(shè)備全靠人拉肩扛。區(qū)內(nèi)黃土+紅土層厚度最大達(dá)215m,潛水面都在100m以上。黃土梁區(qū)段兩側(cè)黃土層厚且干燥疏松,厚度橫向變化劇烈,對(duì)地震波吸收嚴(yán)重,激發(fā)出的地震相干干擾、次生干擾、黃土諧振干擾極其突出,淺層地震地質(zhì)條件十分復(fù)雜,很難得到煤層反射波資料,單井井深60m方能得到隱約反射波(圖1)。本區(qū)開采的煤炭資源賦存于中生界侏羅系延安組,主要可采煤層一層,即4號(hào)煤層,煤層厚度在0~17.67m之間,大部地段煤層厚度大,與頂?shù)装宕嬖谳^大的波阻抗差,具備形成強(qiáng)反射的條件;區(qū)內(nèi)地層傾角小于10°,構(gòu)造比較簡(jiǎn)單,該區(qū)深層地震地質(zhì)條件較好。三維地震勘探需要查明區(qū)內(nèi)落差5m以上的斷層;查明主要煤層起伏形態(tài)和煤層賦存邊界,為優(yōu)化綜合機(jī)械化采煤工作面和采區(qū)提供精細(xì)的地質(zhì)構(gòu)造資料。1.2有效性激發(fā)波能量弱(1)黃土層厚度大,對(duì)地震波吸收衰減作用強(qiáng),導(dǎo)致激發(fā)和接收條件都很差。特別是梁峁斜坡地帶,干噪疏松黃土中激發(fā)出的有效波能量更弱。(2)區(qū)內(nèi)規(guī)則及不規(guī)則干擾,面波、多次折射、次生干擾、溝塬之間巨大高差形成的黃土塬邊緣側(cè)面波,淹沒了較弱的有效波,使單炮記錄信噪比很低。(3)復(fù)雜的地形造成空炮,使得剖面上出現(xiàn)空白段。(4)潛水面太深,難以做到在梁峁上潛水面下激發(fā)。(5)靜校正問題突出。2采樣方法2.1井深4.5m(1)激發(fā)。塬上采用3井線性組合激發(fā),內(nèi)距10m,井深15~20m,藥量2kg/井。溝中采用3井組合,內(nèi)距10m,井深1~4m,藥量3kg/井。(2)接收。采用10個(gè)檢波器(60Hz)串聯(lián)矩形面積組合,組內(nèi)距2m。2.2觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理根據(jù)研究區(qū)的勘探難點(diǎn),考慮到在黃土梁峁上及兩側(cè)坡上激發(fā)不可能得到有效波資料以及區(qū)內(nèi)地形起伏十分復(fù)雜等特點(diǎn),本次研究在梁峁區(qū)采用了束狀接收、黃土溝中彎線激發(fā)的三維地震觀測(cè)系統(tǒng)。依據(jù)區(qū)內(nèi)地震地質(zhì)模型,按照三維地震觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本公式,設(shè)計(jì)野外采集參數(shù)。為提高束狀接收彎線激發(fā)三維觀測(cè)系統(tǒng)中炮點(diǎn)分布的合理性,使地下目標(biāo)區(qū)得到滿足要求的覆蓋次數(shù)和炮間距分布。施工前對(duì)區(qū)內(nèi)每條溝進(jìn)行調(diào)查、踏勘,并繪制在地形圖上,使用地震采集軟件人機(jī)交互設(shè)計(jì)方法,通過映像區(qū)分析等手段,使設(shè)計(jì)者實(shí)時(shí)清晰地看到炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)設(shè)計(jì)和修改時(shí)對(duì)反射區(qū)的影響,以確定較佳的炮檢點(diǎn)分布,力求使本觀測(cè)系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)滿意的水平。圖2為研究區(qū)梁峁地段三維地震炮檢點(diǎn)分布圖。3應(yīng)用效果3.1地震地質(zhì)條件(1)單炮三維地震記錄質(zhì)量明顯提高。圖3為研究區(qū)生產(chǎn)線束所放單炮地震記錄,經(jīng)精細(xì)靜校正后,初至波對(duì)齊,主要反射波清晰可見。(2)高精度精細(xì)處理所獲三維地震數(shù)據(jù)體,信噪比較高,煤層反射波組特征突出,圖4為三維數(shù)據(jù)體,圖5為三維地震時(shí)間剖面。(3)查明了研究區(qū)內(nèi)落差5m以上的斷層及其空間展布;查明了地質(zhì)構(gòu)造形態(tài);解釋了主采煤層厚度變化趨勢(shì);控制了主采煤層的隱伏露頭(南部)。3.2重建采區(qū)、調(diào)空工作面DFS礦在本次三維區(qū)外自西向東施工403采區(qū)的巷道時(shí),發(fā)現(xiàn)了1~13m落差的斷層十多條,致使工作受阻,工作面報(bào)廢。陜煤物測(cè)隊(duì)的技術(shù)人員經(jīng)過對(duì)三維成果分析后,建議避開三維地震測(cè)區(qū)北部約290m構(gòu)造帶,向南重新布置新的采區(qū)(403采區(qū))。在40104工作面的回風(fēng)順槽、運(yùn)輸順槽、泄水巷等的施工過程中,除在地震解釋的DF2斷層尖滅點(diǎn)附近發(fā)現(xiàn)兩條落差0.5m和1.5m的小斷點(diǎn)以外,再?zèng)]有發(fā)現(xiàn)任何斷點(diǎn)。由此證明本次三維地震解釋的成果可靠,使礦方在設(shè)計(jì)和施工40104工作面時(shí),成功地避開了斷裂帶,確保了該工作面的成功建成。4地震井深觀測(cè)系統(tǒng)在地形十分復(fù)雜的黃土梁峁區(qū),采用溝中激發(fā)束狀直線接收的三維地震采集方法,勘查煤礦地質(zhì)小構(gòu)造是有效的。該方法技術(shù)要求高,對(duì)野外工作要求嚴(yán)格,選擇好的激發(fā)條件和激發(fā)點(diǎn)位置以及合適的爆炸井深是本方法的核心,數(shù)據(jù)處理中的關(guān)鍵是作好靜校正與動(dòng)校正。在黃土梁峁區(qū)采用束狀接收彎線(河溝中)激發(fā)三維觀測(cè)系統(tǒng),具有以下優(yōu)點(diǎn)。(1)激發(fā)點(diǎn)選在黃土溝中,則至少減小了幾十米至一百多米的黃土對(duì)地震波傳播能量的吸收,加強(qiáng)了記錄有效反射波的能量,壓制了干擾,且激發(fā)條件好,溝中常