三维地震勘探

三维地震勘探（通用11篇）

三维地震勘探 篇1

1 山区三维地震勘探的特点

1)地形复杂、施工难点大。2)激发条件差。3)接收条件复杂。4)山区静校正难点多。

2 山区三维地震勘探施工方法

2.1 试验

试验点的布置原则为:在测区内均匀分布,重点掌握基岩出露区、沟谷堆积区等不同地段的地震激发条件和有效波的发育情况。试验内容主要包括波场调查、井深试验、药量试验、仪器因素试验等。

2.2 山区施工的技术难点及解决方法

技术难点:1)地表高差变化大,严重影响地震波的连续观测;同时也使成孔及检波器埋置的难度加大。2)由于地表高差起伏变化较大,且不同地段出露的地层岩性有较大差别,低、降速带变化剧烈,难以建立准确的表层结构模型,静校正值变化大、不易求准,导致静校正问题复杂化。3)地震波高频受松散层及上部煤层吸收衰减快,很难提高深层分辨率,将各煤层反射波可靠分离开。4)规则及次生干扰使原始资料的信噪比低,甚至淹没能量弱的有效反射波。5)成本高、生产效率低、风险大。

解决方法:1)做好采集论证工作,就高分辨率三维地震勘探解决山区煤层构造形态精度及厚度分辨能力进行理论预测。2)根据不同的地质特征,采用不同的观测方法,有针对性的逐一解决。合理安排试验点,充分做好试验工作,选择最佳施工参数。3)采用先进的地震数据成像系统,动态范围大,频带宽,抗干扰能力强,稳定性好,强弱信号均能同时记录,信号采集保真度高;并采用接收中高频信号的多个检波器组合方式,高覆盖次数,压制随机干扰,提高信噪比。4)做好低速带调查工作,为静校正提供可靠的资料,做好复杂地形校正。5)采用GPS定位系统,提供精确的炮、检波点坐标及高程。6)采用山地钻机打井和人工挖坑,高速柱型炸药沉到井(坑)底,药柱直径与孔径相同,满足耦合条件,然后密封,确保最佳激发能量。7)采用先进的处理软件,处理中始终注意对高频信息的保护,以提高分辨率。8)利用相干体水平切片和三维可视化技术,确定断层的平面组合及空间展布。与矿方技术人员密切合作,共同解释,提高解释的精确度与合理性。9)充分利用施工时的最新测量成果(按x坐标,y坐标,高程顺序)建立数据库,对离散数据拟合,并绘出地表模型,进行钻孔深度校正,求出精确的时深转换速度,绘制煤层底板标高构造图。10)应用解释软件,结合地质资料从数据体中提取地震属性,利用属性体识别技术进行岩性分析;利用地震岩性反演,绘制煤层厚度及对地质异常体的预测解释。

2.3 山区地震静校正工作

利用美国绿山公司折射静校正模块,对波的旅行时间进行分解,利用反演重建技术,并在经LMO叠加的数据体上拾取处置,运算速度快,效果明显。利用低速带的调查资料,建立近地表模型,以确定校正基准后,实现地下反射点的同相叠加。

3 山区三维地震勘探工程实例

以新疆某地三维地震勘探为例,该勘探区属于天山北簏的中低山区,地形复杂,山势陡峻,切割强烈。地形南高北低,南部基岩裸露,受近东西向白杨沟切割的影响,南部地形陡峻,向北地形逐渐变缓,形成近南北向的宽阔“V”字形冲沟。煤矿北部大都被第四系坡积物所覆盖,绿草植被发育。矿区标高为1 877.90 m～1 185.0 m,绝对高差692.90 m,相对高差一般为200 m～350 m。

3.1 山区三维地震野外主要采集参数

1)数据采集系统采用加拿大生产的ARISE数字地震仪。2)激发参数。井深:3 m～7 m;药量:2.0 kg～6.0 kg;震源:单井激发、成型柱状震源炸药。3)接收因素。实测炮、检点坐标和高程,点位要准确无误。按照三维设计观测系统图,要求每个炮点和检波点都有唯一的编号和位置,采用4个自然频率为60 Hz的检波器组合,挖井埋置。4)仪器因素。采样间隔:0.5 ms;记录长度:1.0 s;记录格式:SEG-D;记录频带:带宽0 Hz～512 Hz。

3.2 技术保证措施

1)由专门人员在现场进行质量监控工作,重点针对测量、井深及药量的监督,以确保原始记录质量。2)对现场记录进行初步处理、及时分析,反馈质量信息,指导野外施工。3)由施工员整理记录并进行初评,将施工记录本按爆炸桩号,接收桩号,x,y相对坐标、高程、井深的一定格式进行编排注册。4)由于测区地表结构复杂,速度变化大,为此开展低速带调查,以确定低速带变化。

3.3 资料处理

1)折射静校正处理。以海拔标高1 900 m为基准面进行静校正处理,替换速度为3 000 m/s。本区地形高差相对变化大,单炮记录的初至波到达时间长短不一,静校正前后单炮记录面貌变化较大。2)三维剩余静校正。首先在定义的视窗和倾角范围内确定计算自相关的同相轴,然后计算剩余静校正量。这样能够避免线束间的静校正差异,造成线束间同相轴不闭合的问题。这次资料处理时,进行了速度分析与剩余静校正的多次迭代工作,获得了较为满意的效果.

4解释

解释上充分发挥Goeframe软件的强大功能,利用解释工作站的多色彩显示及灵活快捷的优势,以垂向时间剖面解释为主,结合水平时间切片、方差体及三维可视化等技术,对测区内煤层形态及构造进行认真细致的分析研究,成功地将小层间距的煤层反射波准确分开。

5结论和建议

当前,煤炭三维地震勘探的重点已转入中部和西部的富煤省份,这些地区地表施工条件相对复杂,山地三维地震就是其中之一。只要在施工中严格采取相应技术措施,就能取得高质量的野外采集记录,为数据处理打下坚实基础,最终得到高质量的三维地震勘探成果。

参考文献

[1]张宁茹,徐秀力.综合静校正技术在山区地震资料处理中的应用[J].中国煤田地质,2005(2):10-12.

[2]马社坤,夏青,徐,等.山地大倾角地层三维地震资料处理研究[J].中国煤田地质,2005(20):11.

[3]陈双华.复杂山区地震勘探实践[J].中国煤田地质,2004(9):23.

[4]陆基孟.地震勘探原理[M].北京:石油大学出版社,1993.

[5]张爱敏.采区高分辨率三维地震勘探[M].徐州:中国矿业大学出版社,1997.

三维地震勘探 篇2

针对泌阳凹陷南部边界陡坡带复杂的地表及地下地质条件,提出了解决盆地边界构造破碎、断面倾角大、断裂带附近岩性横向变化剧烈等地质问题的办法,采取地质模型与数据采集、处理解释相结合的办法,通过计算机模拟实现观测系统的优化,利用微测井和小折射资料合理选择激发井深,在山前带采用钻孔埋置检波器.应用叠前深度偏移技术,使南部边界大断裂成像清楚,位置准确,小断层断点明显,地层接触关系清楚,便于地质人员分析解释.

作 者：余功铭 张永华 梁运基 李锋 赵雨晴 YU Gong-ming ZHANG Yong-hua LIANG Yun-ji LI Feng ZHAO Yu-qing  作者单位：余功铭,YU Gong-ming(中国地质大学,北京,100083)

张永华,李锋,ZHANG Yong-hua,LI Feng(中国石油,河南油田,勘探开发研究院,河南,南阳,473132)

三维地震勘探 篇3

关键词：三维地震技术 煤矿采区 宽方位角

中图分类号：P631.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（c）-0070-01

目前，在煤炭开采中会遇到各种各样非常复杂的地质问题，其中主要的地质断层的主要问题有如下几个方面：褶皱、岩溶水、采空区、接缝侵蚀区、含隔水层和陷落柱，以及导水裂隙等“地质环境”问题。在煤炭开采中就需要使用一定的技术对复杂的地质环境问题，进行探测，而高分辨率地震勘探技术在煤矿采空区解决上述问题方面发挥了重要的作用。

1 高分辨率三维地震技术

三维地震勘探技术作为煤目前炭勘探的主要技术手段，通过用三维地震勘探与钻孔技术相配合使用，能够更准确的探测到煤炭开采中的各种复杂地质环境，为煤矿开采确定井筒位置，巷道布局和工作面选择方面提供了理论依据，能够使钻探密度降低，进而大大降低勘探成本。而三维地震勘探技术具有一定的局限性，越来越不能适用于煤矿开采的需要，这就给高分辨率三维地震技术的发展提供了机会。

2 高分辨率三维地震勘探矿区是专为资源开发设计

高分辨率三维地震勘探技术起源于三维地震勘探，但由于高分辨率三维地震勘探技术在地质勘探的时候，更注重数据的采集等，使得其和三维地震勘探技术在数据采集参数上的选择和数据处理方式等，都有很多的不同，例如：高分辨率率三维地震技术就注重空间—时间采样间隔更小、分辨率高、高信号信噪比、高保真度和准确归位反射波四个方面，这就比要求高分辨率地震勘探技术人机交互方面比三维地震勘探技术更先进。利用高分辨率三维地震勘探来勘探地质构造，通过提高信噪比和分辨率，能够有效改变原有数据采集误差较大的问题，通过精确度更够的数据量，以及三维可视化技术，能够灵活地显示在特定方向地质的轮廓线剖面图件等。

3 矿区采用高分辨率三维地震勘探技术的实际应用

目前，在我国几大矿区主要采用高分辨率三维地震勘探技术，达到提高了煤炭地震勘探环境的准确性。据不完全统计，截至2010年10月底，我国的煤矿采空区累计完成三维地震勘探项目150个，面积460平方千米，45万的物理点，取得了丰富的地质成果。实际验证结果显示，采用高分辨率进行地质问题勘探，其吻合率达80%以上。

4 高分辨率三维地震技术在矿区的面临的问题

目前，在我国煤矿区高分辨率三维地震勘探已处于勘探成熟期，但是三维地震勘探技术依然存在以下的的问题高分辨率三维地震勘探技术在矿区的应用仍面临许多挑战，从传统影响地质的幅度、能量和波阻抗的指标，直接变换透视研究复杂的采矿环境结构，需要分析研究裂缝区域中的差别，以及地下水的分布。进而从地震数据中索取更多岩性信息，这对于采集，处理和解释都提出新的问题。

5 高分辨率三维地震技术发展展望

笔者认为高分辨率三维地震技术，在解决面对数据收集等问题不能被限制在单波，数据接收问题使接收范围更宽角，数据解释也要突破多解。而技术的发展主要往以下几个技术方向发展。

5.1 不限制与单波，往反射纵波宽方位角观测技术发展

宽方位角采集在异性介质的条件下，采集数据更准确，宽方位角观测，其反射波振幅随偏移和方位角（AVOA），具有识别改变的方向多个裂缝的能力，以及更高的成像分辨率，更好的空间连续性，更有利于减轻相干噪声衰减和多波干扰。因此，反射纵波宽方位角观测技术的不断发展，能够为高分辨率地震勘探技术提供数据采集的基础，只有更精确的数据，擦能够提高收集效率，降低处理数据的成本。

5.2深部地质数据采集精度越来越高

深部地质数据对深度开采有着巨大的作用，原来观测系统设计的最大偏移距小，其主要勘探对象多针对浅、中层，使得不利于深层勘探目标资料获得，无论是SNR或分辨率都难以满足地质深构造的解释精度。对于深层采集，笔者认为，需要注意各种仪器的配合，通过宽频带、高覆盖率和检测器的优化组合，才能够获得更多深部地质数据。

5.3多波和多分量地震数据采集技术发展

多波指纵波、横波、转换波，而目前多组分检波器通常只能接收到的两个水平和一个垂直测量记录横波（S）和纵波（P），随着技术的不断发展，三组分垂直横波地震勘探技术相结合，能偶带来更多新的有用的信息，进而得以提高横波，转换波的有用信息，提高解决复杂的地质岩性分析的能力。

5.4 解释和处理技术的不断发展

由于云计算和大数据技术的不断发展，计算机的处理速度和计算能力得到充分提高，能够在处理的数据的时候，允许进行“叠前处理”和推迟到偏移后。例如：三维三分量地震数据处理需要使用转换波校正井，三维转换波抽道集，转换波动校正技术。计算机计算能力的提高，大大降低了解释和数据处理的工作量。

同时随着人们能够将采集到的大量的数据结合起来，利用计算机技术，将地质体的几何形状，拓扑结构和性能的定性和定量描述和通过层位标定，使地层、煤、储、块、陷阱和物业具有层状结构的元素，并通过缩放以及不同的网格配置为煤储层在不同的发展阶段提供可视化的数据解释。

6 结语

高分辨率三维地震技术是必不可少的地球物理勘探方法。它的发展和云计算技术，大数据信息技术，图像处理技术和相关学科的发展紧密相关。它的成功应用发展，使我们的煤炭开采精确到一个新水平，为未来的煤炭开采项目提供有效的方法和技术，现代化矿井巷道的开发建设以及采区工作面布置提供了可靠的科学依据。

参考文献

[1]丁在宇，罗振丽.高分辨三维地震技術在煤矿开采中的应用和发展[J].能源技术与管理，2004（4）：31-33.

[2]勾精为，崔宝兰，龚幸林.对进一步提高三维地震效果的几点构想[J].中国煤田地质，1997（S1）：1-6.

三维地震勘探 篇4

随着煤矿综采技术提高, 矿井生产对采区内地质条件掌握情况要求提高, 随之而来对勘探方法要求也越来越高。采区高分辨率三维地震勘探技术作为目前针对构造进行勘探的重要技术手段, 其在查明采区地质构造及主采煤层赋存情况, 给矿井生产提供有力地质保障的过程中具有重要促进作用, 被很多煤矿列为必须采用的地质勘探手段。

1 地质概况及地球物理特征

1.1 地质概况

本文以山西宁武榆树坡煤业有限公司中南部采区为研究对象进行具体分析。研究区域大面积为黄土覆盖, 基岩出露在沟谷山梁处, 为半裸露区。太原组为该区主要含煤地层, 各可采煤层均分布于该组, 太原组平均厚109.84 m, 含煤8层, 编号自上而下依次为2#、3#、4上#、4下#、5上#、5#、5下及6#煤层, 其中2#、3#、5#煤层为可采煤层, 其余为不可采煤层。其中2#、5#煤层为全区稳定可采煤层, 3#煤层为基本全区稳定可采煤层。本区总体为一轴向NE的背斜构造, 地层倾角变化较大, 为5°~20°。在此基础上发育着次一级的褶曲和断裂构造。

1.2 地球物理特征

1.2.1 表层地震地质条件

研究区域地处晋北山区, 呈现为黄土覆盖的丘陵地貌, 地形比较复杂, 最大相对高差174.9 m。地面坡度变化, 不仅使反射波双曲线形状发生畸变, 还造成反射点离散。区内有村庄及多条电力线、铁路线通过, 宁武火车站位于采区西南边界。这些地表条件给地震勘探野外施工测量、布线、成孔造成较大困难, 且给静校正参数测定及资料处理增加了难度, 村庄内各种机电、人文活动对数据采集产生干扰。

1.2.2 浅层地震地质条件

区内大部为黄土覆盖, 占全区面积60%以上, 岩性以含砂粘土和粘土为主, 不含水, 波速极低。黄土层结构疏松、速度低, 地震波吸收衰减严重、次生规则强干扰发育, 给地震波的激发、传播及接收带来极大困难, 并将产生强烈面波干扰。

1.2.3 中深层地震地质条件

2#、5#煤层为本次三维地震的主要勘探目的层, 埋深约150 m~500 m左右。可采煤层基本稳定, 与其围岩物性差异较大, 可形成较好波阻抗界面, 是本次勘探主要目的反射波和地质解释的主要依据。

综上所述, 本区表浅层地震地质条件较差, 中、深层地震地质条件较好。

2 三维地震野外施工方法

2.1 试验工作

施工前先进行低速带调查, 并进行各种参数试验, 具体参数如下:a) 基岩出露区用风钻钻进成孔, 孔深3 m, 药量选为1 kg~1.5 kg;b) 薄黄土覆盖区风钻成孔, 孔深至基岩面下1 m~2 m, 药量选为1 kg~1.5 kg;c) 厚黄土覆盖区机械钻 (机械钻到达不了的地方用洛阳铲) 成孔, 孔深至基岩面, 药量选为2kg~3 kg;d) 本区干扰波主要有面波、声波和一些随机干扰, 采取埋闷井和压土袋, 压制干扰较为明显。

2.2 观测系统的确定

2.2.1 覆盖次数选择

覆盖次数选择取决于与信噪比有关的因数:随机噪声强弱、压制多次波、保证速度分析精度和表层静校正量求取质量[1]。本区地震勘探的覆盖次数选为4×5=20次。

2.2.2 最大炮检距Xmax选择

最大炮检距选择要考虑的因素包括:大入射角入射时对反射系数稳定性的影响、动校拉伸畸变对信号频率的影响、速度分析精度要求等。为防止大入射角入射时反射系数不稳定的影响, 最大炮检距应近似等于主要目标深度, 即:Xmax≈目标深度。

本次勘探的最大主要目的层5#煤层的深度约450m, 最大炮检距应在360 m~500 m附近较为合理, 这同时也避免了因动校正引起的拉伸畸变、接口曲率变化引起的反射点弥散现象。

2.2.3 镶边宽度

镶边宽度选择主要考虑:目的层埋深及勘探边界岩沿X、Y方向的最大倾角。

本区地层总体走向南北, 倾向西, 倾角一般为3°~10°。5#煤层在西部埋藏深度约480 m, 垂直西边界最大倾角10°左右, 其镶边宽度应为84 m, 本次镶边宽度为95 m。

2.2.4 检波器及组合选用

依据完成地质任务所需主频及频带, 由检波器频率特征分析, 选用自然频率为60 Hz的数字检波器可以兼顾。考虑本区地形复杂等特点, 拟采用3串组合检波器同坑、无组内距的检波器组合方式。

2.2.5 观测系统

观测系统参数见表1。

2.3 本区施工 技术难点及针对性措施

a) 由于本区表、浅层地震地质条件极为复杂———黄土覆盖层较厚及基岩风化岩出露, 为获得较好单炮记录、完成地质任务, 必须改善激发条件。根据在邻区的三维地震勘探施工经验, 采用不同成孔工具, 包括:机械钻、洛阳铲、风钻等。在区东南部黄土较厚地区, 井深达到30 m。在炮井下药后埋井闷井, 使震源药柱与炮井孔壁最佳耦合, 对于<5 m的炮井还在上面加压沙袋, 压制面波及声波干扰。针对本区刮风对记录有较大影响, 采用了挖坑埋实和去掉检波点周围附近杂物的方法, 保证检波器附近没有干扰源;

b) 本区施工过程中另一个不利因素是村庄等建筑物。测区内有多个村庄, 村庄部位采用三维观测系统变观软件进行变观, 具体方法为采用大排列接收, 增加炮点。检波器尽可能沿设计位置翻墙越户铺设, 遇到房屋可偏移布置, 但要通知施工员。对村内及周边所有炮点、检波点进行复测;

c) 三维测区内有多条电力线通过, 主要分布在西边界处, 西部边界附近有北同蒲铁路线, 车流量较大, 其方向与三维测线垂直。多种干扰同时影响地震采集工作, 对地震单炮记录有一定影响。针对此情况, 在该部位采取了以下应对措施: (a) 加强放炮时的背景噪音监控; (b) 增加接收道数, 提高该部分叠加次数, 保证叠加剖面质量;

d) 针对本区地表高差变化大, 地表地震地质条件复杂等实际情况所设计的10线8炮观测系统, 具有共面元道集内炮检距分布均匀, 反射方位角分布均匀等特点。既可保证同时接收浅、中、深各个目的层信息, 又能提高速度分析精度;同时, 均匀分布的较广反射方位角可真实显示三维地震反射波的射线特点, 提高成像精度;

e) 本次施工采用60 Hz高灵敏度检波器, 尽量提高高频反射信号。检波器挖坑埋置, 清除周边杂草, 以减少外界高频干扰。

3 地震资料处理和解释方法

3.1 资料处理

在本次数据处理中, 结合勘探区地质任务和勘探区浅、深层地震地质条件, 在试处理基础上, 选择了适合本区特点的处理模块及处理参数, 针对性地制定处理流程, 做好每一个处理环节的质量监控, 确保了处理成果的质量和效果。

主要流程包括:静校正处理、真振幅恢复和压制干扰波的处理、速度分析、剩余静校正处理及三维保幅叠加、叠后处理、偏移等。

3.2 资料解释

a) 搜集整理工区内钻井资料、测井资料、生产和测试资料等, 分析区内地质构造规律, 对所有资料归类、统计并建档, 以备随时调取使用;建立解释工作数据库, 加载所有必要资料;

b) 利用三维可视化 (旋转、光照、透视) 技术及动态演示功能, 了解工区构造特征及地层接触关系等背景;

c) 快速提取反射波属性, 对工区构造特征, 特别是断层展布规律作进一步认识;

d) 收集工区的井曲线及以往地震资料, 认识、分析并借鉴以往所标定的各主要目的层波组特征, 并应用于工区标定;

e) 资料解释时, 任意向时间剖面和水平切片、层拉平切片及各种属性分析相结合, 先用大网格进行层位闭合及大构造解释, 之后逐步加密作详细解释。同时运用三维可视化、水平时间切片、属性解释等技术进行综合解释研究, 最终形成精细解释方案[2];

f) 根据解释成果, 进行各种图件的制作。

4 勘探结果及验证情况

经过野外数据采集及室内资料处理、解释, 全区共揭露断层16条、陷落柱1个。该公司在勘探区范围内进行地面钻探, 对区内个别大断层进行了验证, 在生产过程中所揭露断层对勘探确定断层进行进一步验证。如在2#煤首采工作面掘进中, 遇见了地震所圈定的断层4条, 位置在允许偏移范围内。但落差小于5 m的断层在回采过程中有时没有, 该处仅有岩性变化, 且落差判断不准确。

5 结语

三维地震勘探对大于5 m的断层及主采煤层赋存情况探测起到很好效果, 根据地震勘探成果对原矿井采区设计进行了优化修改, 确保了煤矿投产后顺利施工。高分辨率三维地震勘探对于综采矿井是很有必要推广的一项探查手段。

参考文献

[1]熊翥.高精度三维地震 (I) :数据采集[J].勘探地球物理进展, 2009, 32 (1) :1-11.

三维地震勘探 篇5

以包含丰富地下信息的地震资料为基础,综合地质、地震、测井等各类信息,建立三维煤层特征模型,进行测井约束反演应用研究,提高了煤层分辨薄层的能力.测井约束地震反演的基本思想是依据地质模型及煤层地质特点来迭代修改反演的波阻抗模型,将优化所得合成地震道与原始地震道进行比较,残差最小的反演结果即为最终反演的波阻抗结果.通过对实际煤田反演的研究表明,该结果既包含了地震资料的`中频信息,又包含了测井资料的高低频信息,通过提取切片能够得到煤层的岩性信息,有效地提高煤田的勘探精度.

作 者： 作者单位： 刊 名：能源技术与管理 英文刊名：ENERGY TECHNOLOGY AND MANAGEMENT 年，卷(期)：2009 “”(4) 分类号：P631.4 关键词：煤厚   测井   波阻抗反演   三维地震  

三维地震勘探 篇6

[摘 要]勘探地震学是煤炭类高校地质专业必修的一门专业课程，现行教学方案基本照搬石油类高校地震勘探课程内容，并不完全适应煤炭行业地震勘探生产现状。为适应煤炭高校勘探地震学的课程教学，从课堂理论教学、实验教学和课程实践三个环节进行讨论，对教学方案进行优化设计，补充传统地震勘探课程内容，增加煤炭行业特有的矿井巷道中槽波地震勘探内容，探索更适应煤岩行业地震勘探的本科教学模式和方法。

[关键词]煤炭；地震勘探；教学；实验；实践

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）07-0145-02

一、引言

勘探地震学是煤炭高校地质工程等专业必修的一门专业课。该课程综合性强，包含了地质学、计算机、高等数学和大学物理等学科基础知识，具有概念抽象化、公式复杂化、应用具体化的特点，学习该课程具有一定难度。目前地震勘探教学，不管是教材还是辅导书，内容主要是针对石油系统。石油行业地震勘探只能在地面布置检波器，利用地震反射波或折射波进行构造探测，而煤炭行业地震数据采集方式有多种选择，既可以在地面进行地震勘探，也可以在煤矿井下巷道中布置检波器，利用地震槽波进行煤层厚度或者构造探测。可见，煤炭类高校不能完全照搬石油高校地震勘探教学模式。结合本校实际情况，我们将勘探地震学课程设定为三个部分：一是理论教学，二是实验教学，三是实践教学，三个环节紧密相连，综合培养学生的理论水平和动手能力。

二、课堂理论教学内容设定

（一）课程教学安排及授课方式

勘探地震学主要讲授利用震源激发地震波，通过地震波传播特征进行构造探测的原理和相关概念。该课程实践性强，在油气、煤炭等矿产资源勘查领域应用广泛。由于本课程涉及多门基础学科，一般安排到基础课都讲授完的大三阶段来开设，否则很多理论概念学生理解起来相对困难。此外，该课程最好放到野外地质填图实习之后，学生经过野外露头考察地层及构造，认识到要想研究地下地质构造，必须借助其他专业知识。这样他们就有兴趣去学习如何对地下地质构造进行探测。

勘探地震学研究地震波在岩层中的传播规律和特征。由于地震波传播看不见、摸不着，概念比较抽象，学生理解起来困难大。这就需要充分利用好现代化的多媒体教学设备，通过声音、图像、动画、视频等方式，让学生能够更容易理解地震波的传播特征。或者通过类比的方式，用一些身边的例子来帮助学生理解，提高学生学习的兴趣。在课间可以播放生产单位野外数据采集工作录像，让学生获得更直接的现场感官认识。在理论课讲授的同时，要随时结合生产上面临的实际问题，扩充教学内容，让学生明白学了这门课，到底能解决什么生产上的问题，以此提高他们学习的主动性。

（二）理论教学章节的内容安排

地震勘探工作内容分为三个阶段，分别是野外数据采集、地震数据处理和地震资料解释。理论课程共分为八个部分。首先是绪论，主要讲授勘探地震学的相关概念，以及在生产单位的作用，目的是让学生明白这门课的重要性。第一章讲授地震波几何运动学。由于课时有限，课堂上只讲授地震波几何运动学，地震波动力学作为课下自学内容。第二章地震信号频谱分析。主要讲授信号频谱的相关概念，以及进行频谱分析的方法。第三章地震勘探数据采集。内容包括观测系统的设计、数据采集的方式、地震组合原理等。第四章共中心点叠加原理。本章是地震勘探的核心，重点是让学生明白进行共中心点叠加的目的及原理。第五章地震波的传播速度。速度是地震波的核心参数，可以从地震波速度概念、速度影响因素和速度之间的转换关系三个方面进行讲解。第六章地震勘探资料解释，主要讲授地震资料解释的相关概念和方法，包括层位的解释，构造的识别，构造图的制作等。第七章矿井地震勘探方法。主要讲解煤矿行业特有的槽波地震勘探技术，该方法只有煤炭行业井下巷道中进行地震勘探才有。

（三）煤炭与石油系统勘探地震学的差异

煤炭行业地震勘探既能够在地面进行数据采集，也可以到井下巷道中进行数据采集，也就是槽波地震勘探，这个技术在煤矿应用多年，效果良好。目前，国内多家煤炭企业都已购置相关仪器设备，并应用到实际生产中。对于矿井巷道中的采集方式，国内规划教材中都没有涉及，学生到了生产单位，还得重新学习为适应煤炭行业快速发展的井下地震勘探技术，在课堂理论学时中单独拿出四个学时讲解这种只有煤矿行业才有的数据采集方式，重点讲解和地面数据采集方式的区别，强调这种方式利用的不是地震纵波，而是煤矿中特有的“顶板-煤层-底板”组合条件下，在煤层中相互干涉形成的一种特殊波，既槽波。槽波地震数据采集方式分为反射法和透射法。反射法将炮点和检波器布置在矿井同一巷道内，接收来自工作面内的反射槽波信号，适用于对煤层内地质构造（断层、陷落柱等）进行探测；透射法将炮点和检波器布置在工作面不同巷道内，接收工作面内的透射槽波信号，适合煤层厚度和煤岩类型的探测。

（四）紧跟学科技术前沿重视软件操作

由于国内外石油公司众多，开展地震勘探技术服务研究的公司发展迅猛，很多新技术不断涌现，并很快应用到企业实际生产中。授课教师必须紧跟学科技术发展，以适应地震勘探领域信息快速发展的需求。在课堂中，教师可以穿插介绍国外最新地震勘探进展情况，把每年美国地球物理年会和中国地球物理年会上的研究进展和科研动态介绍给学生，以扩展学生的知识面。同时，这也有利于大四阶段的毕业设计选题。目前地震勘探许多技术都已经商业化，都有成熟的商业软件，在企业实际工作中，基本上都离不开专业软件的使用，如地震数据采集中进行观测系统设计的KLseis、Mesa，用于静校正的TomoPlus等。地震数据处理相关软件有Promax、CGG、Omega、Focus等，地震解释软件有GeoFrame、LandMark、Epos等。因此，在课堂上除了讲授相关专业理论知识外，还应该重点介绍相关的软件。如有条件，最好能够让学生都能动手操作，使学生能够快速上手，利用相关软件解决实际生产问题。

三、课内实验教学项目设计

教学安排理论课时与实验课时的比例约为7∶1或者8∶1，实验室课时相对较少，主要安排地震数据采集和地震资料处理两个项目实验。地震数据采集实验，包括地震波的激发和接收。由于实验室模拟矿井巷道中煤层槽波传播难以实现，所以仍以地面数据采集方式为主，利用实验室拥有的重庆奔腾仪器厂产的BTW24道工程地震仪，采用锤击震源进行激发，产生地震波，接收地震波。实验采用分组的方式，每组学生各自设计观测系统，布置检波器，并操作主机进行数据采集。这可以锻炼学生野外地震勘探数据采集水平，培养学生地震仪操作、观测系统设计、检波器布设、线缆连接、组织施工协调等能力。

地震数据处理内容庞杂，从抽道集、去噪、静校正、动校正、水平叠加到偏移成像，每一个环节实现起来都相当复杂。现有的商业地震处理软件基本上都运行在Unix或者Linux平台，需要有工作站硬件支持，而建设工作站机房成本高、维护困难，学校尚不具备条件。因此，地震数据处理实验项目可以利用现有的普通计算机机房，让学生动手编程实现地震勘探涉及的基本原理。为适应不同学生的编程能力，可自由选择C、C++、Fortran及matlab等程序语言，学生可以根据自身对编程语言的掌握程度随意选择。对于编程能力较强的学生，一般建议他们选择C、C++等编译性语言进行编写。如果编程能力一般，那么可以利用matlab这种相对简单的解释化语言进行编程。

四、课程设计实践环节设置

地质类专业的学生具有较强的地质理论基础，走上生产岗位后，更适合从事地震资料解释工作。为此，可以专门安排两周的课程实践环节，进行地震资料解释课程实习。选择某矿区典型地震资料，最好是构造相对简单，断层、陷落柱、采空区等有明显特征。学生自己动手，通过对煤层和断层的解释，可以让他们充分理解地震勘探资料解释工作的相关流程及方法。如有条件，可在工作站上进行，或者让学生采用手工方式进行地震剖面的构造解释，并完成两张构造图。可采用分组制，四五个学生为一组，每个学生负责不同的环节，每组分为组长，解释员和制图员等。组长总体负责地震资料解释工作，解释员1到2名，负责解释地震层位和断层。制图员负责将数据落实到图纸，并完成构造成图。这样既可以锻炼学生的专业知识，也可以培养学生的团队协助能力。由于地震资料解释多解性强，因此指导教师在实践环节只讲地震解释的基本流程和方法，剩下的完全交给学生，以培养学生的自我学习能力和创造性。构造图完成后，让每个学生写实习报告，并要求每个学生写本次实习的心得体会，以及地震资料解释中出现的问题和处理方法。

五、结语

勘探地震学是一门理论与实践相结合的学科，应充分利用现有的教学资源，从理论、实验和实践三个环节加强对学生专业能力的培养，以提高学生对地震勘探的理解，让学生适应快速发展的煤炭行业，为将来学生毕业后进入生产岗位能够直接将学校所学知识应用到实际工作奠定良好的基础。

[ 注 释 ]

[1] 云美厚.“应用地球物理学”课程整合教学尝试[J].中国地质教育，2013（87）：44-46.

[2] 杨双安.基于“卓越计划”的煤田地震勘探教学模式[J].大学教育，2015（8）：146-147.

[3] 冯磊.《应用地球物理》矿业类高校课程教学内容探讨[J].教育聚焦，2011（11）：22-23.

山地复杂地形三维地震勘探方法 篇7

而山区地震勘探由于受到各种条件的制约, 二维地震勘探近几年才在山区普遍开展。山区由于地形复杂, 交通困难、浅层地震地质条件较差等因素的影响, 要解决山区三维地震勘探, 首先要解决的是三维观测系统的设计、地震波的激发及接收系统设备轻便化的问题, 其次要研究山区地震波的波场及其传播的规律。

1999年以来, 黑龙江省煤田地质物测队在鸡西矿务局正阳煤矿和二道河子煤矿开展了两个区块的山区三维地震勘探, 开山区地震勘探之先河, 勘探面积约为3km2, 取得了良好的地质效果。2001年以来, 我队在山西各大矿务局开展了众多的山区三维地震勘探工作, 对山区三维地震的野外数据采集, 资料的处理和解释积累了丰富的经验。

1 施工方法的研究

1.1 地球物理特征

1.1.1 地质条件。

由于勘探区属于典型的侵蚀作用形成的山区, 因此地形极为复杂, 沟谷发育, 且多为沟深坎陡, 区内的相对高差较大, 且常见施工无法通过的密集林带。

1.1.2 地震地质条件。

表层多为黄土、风化岩和乱石、流沙、砾石等山洪冲积和坡积物、除少部分沟谷处地震激发层位含水外, 大多地段地震激发层位不含水。沟谷处多以山洪冲积的流沙、砾石和乱石为主, 山坡多以黄土覆盖, 从下至上黄土覆盖层厚度激剧变薄, 山岗上多以风化岩覆盖, 或风化岩与基岩相间分布, 基岩裸露区风化十分严重, 坡积地段随处可见, 坡积物成分复杂, 结构松散。这些均给地震波的激发带来了很大的困难。

1.1.3 地震地质条件。

由于正阳煤矿和二道河子煤矿属于鸡西煤田火成岩不发育的地区, 煤系地层沉积较稳定, 煤层发育, 煤层和围岩之间的物性差异十分明显, 目的煤层的反射波在全区内可以连续追踪。而山西属石炭、二叠海相地层, 沉积环境稳定。因此, 深层地震地质条件属良好。

1.2 方法。

针对山区地形复杂, 浅层地震地质条件差的特点, 在成孔时采取了多种手段, 不同的地段采取了不同的成孔方法。在山脚和沟谷地段、流沙;砾石层覆盖地段, 采用车载钻机用螺旋钻钻进, 下药叉下药的方法进行施工;在山坡黄土直接覆盖在基岩上的地段, 采用空压机进行成孔;在基岩直接出露地表的地段, 采用凿岩机、手搬钻机等工具, 通过大量的成孔方法的对比试验工作, 取得了一套较为完善的山区成孔方法, 解决了山区地震波激发的难题。

1.3 系统的设计及采集参数的选定

1.3.1 观测系统设计。

山区地形较为复杂, 且常见野外施工无法通过的密集林带。因此, 在野外观测系统的设计过程中, 在个别地段采用特殊的方式进行野外施工, 如双“L”型观测系统、蛛网状观测系统、咖C爆炸观测系统等。在特殊观测系统设计时, 是通过激发区映像, 根据反射的一致性, 以人机交互的方式进行设计, 这样可以实时清晰地看到炮点和检波点, 并可以根据其对反射区的影响随时修改炮点和检波点, 以便确定炮点、检波点和反射点的合理分布。

1.3.2 采集参数的选定。

三维采集参数的选择, 主要涉及到道距的选择、炮点距的选择、最小炮检距的选择、最大炮检距的选择、最大非纵距的选择和空间采样间隔的选择等。其中道距和炮距的选择和二维数据采集相同, 当排列一定时, 炮距的选择和叠加次数有关。而三维地震勘探对叠加次数的要求并不高, 主要视区内多次波和噪音的发育情况及所采用的压制方式来确定。最小炮检距的选择和二维地震勘探类似, 既要考虑近炮点道所受干扰程度, 又要考虑到最浅目的层的埋深。最大炮检距的选择与共面元内弥散半径、反射系数、动校正拉伸、速度等分析精度等有关;最大非纵距的选择与测区的地层倾角, 地层速度、目的层埋深等多个参数有关, 其关系为:Ymax= (2ToAΔT) 1/2V/sinf

式中Ymax——最大非纵距;

f——地层倾角;

V——平均速度

TF——双程旅行时间。

空间采样间隔的选择, 既要使其不产生空间假频, 又要满足探测精度。因此, 根据测区的已知地质资料和波场调查所得结论, 本区采用了如下采集参数 (以山西阳泉煤矿三维地震为例) :

道距/m 10

线距/m 40

叠加次数 18

纵向最大炮检距/m 614

纵向最小炮检距/m 60.83

横向最大炮检距/m 310

横向最小炮检距/m 10

CDP网络/mxm 5×10

观测系统采用了便捷的12线6炮制束状测系统和特观相结合的方式进行施工。

1.3.3 检波器及组合形式的选择。

通过对自然频率为40Hz、60Hz、100Hz和加速度检波器的对比试验, 最后选择了6个自然频率方60Hz的检波器。由于属山区勘探, 地形变化较大;地表物质不均匀, 采用纵向、横向或面积组合都不适宜, 特别是受地形影响, 无法将检波器组合图形放在最佳耦合, 并且检波器的埋置必须保证在实测的检波点上, 这样确保了野外地震采集的质量。

2 施工方法

由于山区地形复杂、基岩出露, 山区地震勘探存在诸如无法成孔, 或炮孔浅, 干扰波大等诸多因素的影响, 针对这一情况采取了如下方法来克制这些困难, 以确保野外资料的采集质量。

2.1 采用规则观测系统和特殊观测系统相结合, 尽量满足叠加次数, 保证共反射点在全区内的均匀分布。

2.2在基岩埋藏较浅地段, 采用空压机成孔, 尽量保证在岩石中激发;在基岩出露地段, 用凿岩机成孔;在孔浅处采用组合井进行施工, 避免了大药量引发干扰大的影响。

2.3 针对山区面波干扰大的情况, 在理论允许的情况下, 尽量选择最大的最小炮检距, 以控制面波干扰。

2.4由于山区施工产生的飞石, 岩石碎片对设备和人员的威胁较大, 因此我们在尽量选择最大的最小炮检距之外, 采用了端点下倾发炮的方式进行施工, 来避免飞石和岩石碎片对设备和人员的伤害。

结束语

由于山区地形变化较大, 低速带变化剧烈, 无法查清;且井深变化较大。因此在资料处理时, 特别注重了井深校正和地形校正工作, 并利用初至折射静校正手段, 很好地解决了低降速带对地震资料的影响。在正阳煤矿, 二道河子煤矿和山西个大煤矿均取得了良好的处理效果, 查明了勘探区内5m以上的断层, 并对2~5m的断点进行了定性的分析, 查明了直径大于20m的陷落柱, 为矿区矿井工作面的布置和安全生产提供了翔实可靠的地质资料, 取得了良好的社会效益。同时也为复杂山区运用三维地震勘探技术提供了宝贵的经验。

参考文献

[1]张爱敏.采区高分辨率三维地震勘探[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1997.[1]张爱敏.采区高分辨率三维地震勘探[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1997.

[2]郝均.三维地震勘探技术[M].北京:石油工业出版社, 1992.[2]郝均.三维地震勘探技术[M].北京:石油工业出版社, 1992.

复杂山区三维地震勘探技术应用 篇8

勘探区位于宁夏北部贺兰山北段。勘探区属中低山地形,地形起伏较大,冲沟较发育,部分地段悬崖峭壁,区内基本没有道路,地面标高在+1 670～+1 420 m,最大相对高差约250 m。

勘探区大地构造位置属晋冀鲁豫地区华北西缘地层分区贺兰山地层小区,区内出露地层自老而新有:寒武纪呼鲁斯台组、石炭纪土坡组、石炭纪太原组、二叠纪山西组、石盒子组及石千峰群、第四纪等。

勘探区为一北北东向的向斜构造,区内地层出露较好,褶皱平缓,断裂构造不甚发育。褶皱主要有沙巴台向斜、正义关背斜;断裂构造主要有正义关断层和登奴斯沟断层。勘探区主要含煤地层为山西组和太原组。太原组含煤10层,煤层自上而下编号为九煤层—十八煤层,十六煤层和十八煤层仅局部地段存在,其中可采者4层,为九、十、十四和十七煤层,其他煤层不可采。该组地层厚度约109.65 m,煤层总厚约8.79 m,含煤系数8.00%;山西组含煤8层,煤层自上而下编号为一煤层—八煤层。其中主要可采煤层为五煤层和七煤层,四煤层为局部可采煤层,其他煤层为不可采煤层。该组地层厚度约103 m,煤层总厚约6.72 m,含煤系数6.25%。

五煤层与其下七煤层间距6.7～29.2 m,平均17.8 m,煤层厚度0.26～2.13 m,属较稳定煤层,埋深250～450 m;七煤层与其下九煤层间距46.9～68.9 m,平均54 m,煤厚0.45～4.82 m,平均厚1.37 m,全区分布,结构较复杂;九煤层与其下十四煤层间距46.3～73.0 m,平均60.3 m,煤厚0.38～2.53 m,平均厚0.83 m,结构复杂;十四煤层与其下十七煤层间距19.65～40.00 m,平均27.70 m,煤厚0.19～1.45 m,平均厚0.67 m,厚度较不稳定。

2 宁夏西北部山区采集条件分析

(1)浅表地震地质条件复杂。

①地表起伏高差大,山高谷深坡陡,道路稀少。②复杂山区表层结构复杂多变。少数山区为半风化掩盖区,掩盖物主要由砾石层及砂砾石层构成,多数山区基岩出露地表,成孔困难并且记录的有效波能量弱,干扰严重,信噪比低。③大部分山地表层岩性横向变化剧烈,低降速带不稳定,速度横向变化大,从而没有一个稳定的折射界面或者不存在折射界面。难以建立准确的表层模型,静校正量变化大,且不易求取,静校正问题复杂。④煤组较多,有10多层煤,间距小,煤层反射波多以复合波出现。

(2)成孔激发问题突出。

在复杂山区,由于地表、浅层条件复杂,需要用多种成孔方法。在山地地震勘探成孔工序中,有以下难点:①复杂山区道路稀少,设备运输极为不便;②山区出露岩层变化大,山顶陡峭区多为坚硬的岩石,较平缓地带,常遇到疏松的风化层,形成坡积物,在沟谷区常见砂砾层,成孔极其困难;③水源难以解决。故对钻机要求较高,既能适应不同岩层的快速成孔要求,又要求轻便、易于搬迁。

(3)资料干扰严重。

复杂山区地震勘探产生的主要干扰波有:面波、浅层折射波、次生干扰波、声波、高频干扰波、散射波、侧面波、回转波等[1]。

3 勘探设备选择

复杂山地地震勘探在资料采集工序上有以下难点:①数据信噪比低,有效反射往往被各种干扰和噪声所淹没;②山地通行困难,仪器车很难找到合适的停车位置;③山区通信困难。因此,要求采集仪器既要有较大的动态范围,还要轻便。目前的勘探市场上较先进的新型数字地震仪器有:I/O SYSTEM II、Aries、SN408和SN428,它们都采用了24位的A/D转换器,瞬时动态范围达120 dB。这几种仪器均可满足山地勘探对仪器系统动态范围的要求[2]。

4 复杂山区勘探方法

(1)观测系统设计。

复杂山区由于地表及浅层条件的限制,对观测系统设计的要求相对较高,主要要求:①三维地震勘探中,针对山区铺设检波线困难的问题,尽量采用宽线束,在满足最大偏移不大于目的层深度的情况下,尽量拉大线距,减少铺线次数。②三维地震勘探中,山区地表及有的地段激发条件较差,针对这种情况,可采用三维灵活的变观加以解决,为保证叠加次数,可用专业的观测系统设计软件。目前,比较成熟、实用方便的有绿山设计软件和克浪设计软件。③可根据工区地形及表层结构条件对检波器进行一定的组合[3]。

(2)成孔点位选择。

在复杂山地成孔,首先要选择好激发点位置,按“五避五就”的原则进行选择,即“避干就湿、避高就低、避碎就整、避土就岩、避虚就实”。

(3)成孔及施工方法选择。

成孔方法:①风钻。适用于泥岩、砂岩等基岩直接出露地表的地方。风钻较为轻便,便于移动,适合地形复杂的山区成孔。②人工挖坑。在山半坡或山区向平原区过渡地带,会遇到乱石或乱石和土层形成的坡积物,用钻机无法成孔,采取挖坑的方法,可取得较好的效果。施工方法:考虑到山区成孔效率低和放炮时野外施工的安全,山区野外施工采取异步施工的方法,即先成孔、后放炮[3]。

5 宁夏矿区勘探施工

宁夏北部某矿区属中低山地形区,海拔标高在+1 670～+1 420 m,该区地形起伏较大,冲沟发育,部分地段悬崖峭壁,区内交通不便,基本没有道路。区内砾石层及砂砾石层约占全区面积的3/5,基岩裸露区约占全区面积的2/5。

(1)施工及成孔方法。

采用异步施工的方法,先成孔、后放炮,基岩出露区用风钻成孔,坡积物区用人工挖坑的方法。

(2)使用仪器及采集参数。

野外数据采集使用法国408UL数字地震仪,采样间隔0.5 ms,记录长度1 s,前放增益12 dB。

(3)观测系统。

观测系统采用8线10炮制,接收线距40 m,道距20 m;激发线距20 m,炮间距:40 m(目的层小于250 m)和60 m(目的层大于250 m)。接收道数:48×8=384道。激发方式:中间点、不对称。CDP网格:10 m×10 m。覆盖次数:纵向6次,横向4次,总覆盖次数为6×4=24次。

(4)孔深及药量。

基岩裸露区用风钻,孔深2.5～3.0 m;砾石层及砂砾石掩盖区采用坑炮,孔深1.5～2.0 m。风钻药量1.5 kg,坑炮药量2.0 kg。

(5)检波器。

60 Hz检波器,为减少风吹草动等高频干扰,检波器全部挖坑埋置,在裸露的基岩上采取石膏固定检波器的方法。

6 资料处理

在大静校正量和严重干扰波情况下,按照常规方法进行山区地震资料处理,难度大,成功率较低,为此,确定了以提高信噪比为主,同时兼顾分辨率的处理方法。资料处理与常规处理有所不同:

(1)静校正处理。山区地表起伏变化大,低速带速度变化复杂。通过试验,采用美国绿山软件中的初至折射静校正流程,并根据山区地震资料的特点进行了改进,资料处理效果有了明显提高。

(2)干扰波去除。过去干扰波去除主要是根据干扰波频率、速度等特征,在频率域里去除,虽然有一定效果,但会对目的层波组产生影响,降低资料信噪比和分辨率。此次干扰波的去除在时空域中进行,通过多道识别、单道去除的手段,干扰波得到了有效去除,对目的层波组影响非常小,效果明显。

(3)速度分析。针对该区复杂的地形和地震条件,速度分析时速度分析点尽量选在地形起伏较小、反射波品质优良及波阻抗齐全的地段,并适当加密。

(4)叠后偏移。勘探区目的层倾角较大,为使反射波更好聚焦归位,提高水平分辨率,还要作叠后偏移。采用三维一步法偏移,可完成三维空间归位,使侧面波、绕射波、回转波准确归位,构造特征清晰,真实反映地下地质构造情况,方便资料解释[4]。

7 成果解释

由于该区采煤层层数较多,在资料解释中通过已知资料首先确定反射波所对应的地质层位,在确定了反射波所对应的地质层位后进行了三维解释并引进地震属性技术,利用8种地震属性进行精细解释,使得解释成果更加可靠。

8 地质效果

区内主要可采煤层6层(五、七、九、十、十四、十七),形成4组反射波,其中五与七、九、十煤层间距较近,形成复合波,4组反射波特征明显,能量强,连续性好,断点清晰(图1、图2、图3),薄煤区反映明显(图4)。

此次三维地震勘探共解释断层24条,正断层16条,逆断层8条,其中22条断层为新发现的断层,原有的2条断层其平面位置有所变化;新发现薄煤区6块;原有的2个褶皱(正义关背斜和沙巴台向斜)轴部位置有所变化。

报告提交后,矿方施工了8个钻孔,8个钻孔验证了3条断层和1块薄煤区以及钻孔处的煤层赋存情况,钻探揭露与地震解释的煤层底板标高最大误差6 m,断层最大平面摆动误差4.5 m,薄煤区位置基本没有变化。

9 结语

宁夏西北部山区地形复杂,浅表层地震地质条件也较复杂,进行三维地震勘探时,野外数据采集、资料处理和解释所采取的方法与常规三维地震勘探也有所不同。从勘探区的具体情况出发,充分分析了采集条件,采取了一系列技术措施和方法进行野外数据采集、资料处理和解释,所提交的地质成果经与后期钻探验证,其吻合度较高。

参考文献

[1]刘迪新.山区三维地震勘探采集方法研究[J].河北煤炭,2001(6):53-55.

[2]介伟.煤田复杂地区地震勘探研究[D].徐州:中国矿业大学,2005.

[3]陆基孟.地震勘探原理[M].北京:石油工业出版社,1987.

三维地震勘探中的优势方位研究 篇9

煤炭三维地震勘探始于1978年, 相对于二维地震勘探而言, 三维地震数据量大, 准确可信, 有长期的保存价值;偏移归位准确;横向分辨率高;有利于复杂构造和小构造的研究;地震反射波对振幅有更大的保真度, 有利于地层岩性的研究;资料解释的自动化及人机交互系统的发展, 有利于资料解释精度的提高。三维地震勘探的观测系统的设计要综合考虑地质任务、工区的地形地貌、人文条件和所要使用地震仪的情况[1]。由于三维地震勘探是基于二维勘探发展起来的, 在观测系统的设计中不免借鉴了二维观测系统的方法及相关的设计思路, 对于二维勘探中的方法是否可以直接移植到三维地震勘探中, 在三维勘探中是否有更好的方法以提高勘探的精度, 这些问题都值得我们探讨。本文主要研究三维地震勘探中的方位选择方法, 提出传统方位选择的不足, 并引出优势方向与之比较。

1 基于优势方向观测系统的提出

三维地震勘探被认为是勘探精度最高的勘探方法, 有一个一致的说法就是观测方向要求全方位。当采用线束状观测时, 根据《煤炭煤成气地震勘探规范》要求“线束方向一般宜垂直地层走向或主要构造走向”。但目前基于共中心点 (面元) 叠加原理的三维地震技术, 其基本要求就是地表水平, 地下均匀, 也就是要求地下反射界面水平, 否则叠加效果就会受到影响, 而且随着角度的增加影响也愈来愈大[2]。

在图1 (a) 中:反射点的分散性模糊了小构造和岩性的分析;而在图1 (b) 中:反射点的分散度随界面的埋深而减少, 随着偏移距的增加和倾角的增大。

当h=1 000 m, θ=30°, D=1 000 m时, d=433 m。当h=500 m, θ=15°, D=500 m时, d=125 m。由此可见, 把分散在一百米甚至几百米范围内的资料进行相加, 自然会使断层断点模糊, 虽然, 通过叠前偏移能使问题有所改善, 但目前煤田叠前偏移尚不过关, 没有达到实用化程度。

若沿着断层走向布置测线束:如图2所示, 线束1集中反映了断层下盘的情况, 而线束4集中反映了断层上盘的情况, 综合线束1、2、3和4的资料, 可以较好地反映整个断层的情况。

对于大的构造特别是大断层, 沿垂直方向地下反射点情况更复杂, 甚至在接收到的反射波中存在穿过断层上下盘的, 对于分析断层的具体情况更加困难。相比较而言, 如果采用沿断层走向布置, 效果更佳。

2 龙东21煤试采区三维测线布置比较

龙东21煤试采区勘探面积2.45 km2, 其构造如图3所示。目的层埋深较浅, 地层倾角较缓, 地下地质条件较好。下面比较一下沿构造走向和垂直构造走向布置线束的优劣。

2.1 沿构造走向布置线束

本次设计的主测线方向为北西方向, 与图中所示断层走向一致。断层断面倾角70°, 落差70~110~0 m, 倾角南西, 若垂直断层布置主测线, 会造成在巨大的断层面附近大面积的断层一侧激发另一侧接收, 因断层面的屏蔽作用, 最终造成断层两侧大面积地震波信噪比偏低, 对大断层位置解释误差偏大, 同时对该区域小断层无法有效控制。线束布置图如图4所示, 有关控制参数如表1所示。

2.2 垂直构造走向布置线束

为便于比较, 垂直构造方向布置线束的控制参数如表2所示。

从上面的比较可以看出在同样的物理点的情况下, 沿地层走向可以的控制面积比垂直地层走向要大的多, 施工面积还小一些。这也有利于野外施工。当然, 这与该探区的形状亦有一定的关系。

3 结论

三维地震勘探技术的发展应用使地震勘探的精度和分辨率大大提高, 取得了丰富地质成果, 解决了一些影响煤矿生产建设矿井地质问题[3]。而地震勘探观测系统的选择很大程度上影响了勘探的精度。由上述的研究可得到以下结论:

(1) 在煤矿地震勘探条件下三维地震不宜盲目使用全 (宽) 方位观测, 宜采用优势方位观测;

(2) 沿地层走向或主要特别是大构造走向布置线束, 并且叠加次数多于横向叠加次数;

(3) 线束布置优先考虑地层走向。

参考文献

[1]陆基孟.地震勘探原理[M].泰安:中国石油大学出版社, 2006.

[2]王念民.浅谈煤炭三维地震勘探技术[J].煤矿天地.2007, (12) .

浅层煤矿采空区三维地震勘探技术 篇10

关键词：地震地质条件,浅层采空区,三维地震勘探

0 引言

由于煤炭资源的开采, 各个矿区及小煤窑在生产过程中留下了越来越多的采空区, 这些采空区的存在给现代煤矿安全生产带来了日益严重的威胁。如果对其勘查不明、了解不透, 会造成透水、坍塌、瓦斯爆炸等重大矿难。尤其是地震地质条件复杂的地区, 因煤层较浅、开采无序, 查明煤矿采空区的位置和范围就显得尤为重要。

目前, 利用三维地震勘探技术探测煤矿采空区的位置和范围在我国东部地震地质条件简单的平原地区已经得到广泛应用, 并且已经取得显著成效[1]。地震勘探理论前提是各向均匀介质, 实际地质条件在横向上都是变化的。对于沙丘和厚黄土丘陵地区而言, 由于地形复杂、沟梁交错, 地震勘探的静校正、替换速度等参数选择不合适, 可能导致采空区、断层、巷道解释出现多解性、误判等。再者由于表浅层介质结构疏松, 对地震波吸收衰减严重, 激发接收条件差, 加之煤层被采空, 煤层上覆岩层垮落, 地震波能量被严重吸收、高频衰减强烈, 获得的地震资料频率极低, 不利于采空区等地质现象的识别, 所以仅依靠单一常规方法解释采空区的位置和范围难度比较大[2]。文章旨在把常规三维地震时间剖面和属性解释结合起来对采空区进行综合解释, 大大提高采空区解释的准确性、可靠性。

1 采空区的地质特征

煤层及煤系地层由于成因不同而表现出不同的分布状态, 多呈现为层状沉积。当煤层被开采后形成采空区, 破坏了原有的应力状态, 使原有地层错动、产生裂缝、发生塌陷等。一般情况下, 采空区表现为两种形式:开采时间较短或支护措施较充分时, 其煤层顶板为塑型岩石并保存完整, 采空区以不充水或充水的空洞形式保存下来;当采面较大或开采时间较长时, 采空区在重力和地层应力的作用下, 上覆岩体失去支撑, 采空区顶板岩层冒落, 依次形成冒落带、破裂带和弯曲下陷带, 地面也随之下沉, 出现鞍状凹陷。

2 采空区的地震响应特征

由于采煤造成地下一定范围的采空区, 上覆岩体向下弯曲甚至垮落, 破坏严重, 整个层状介质的地震反射条件已不复存在, 地震波在此产生了大量的散射, 致使这一区域内不能形成反射波, 而在采空区的边界附近, 地震反射波同相轴发生明显弯曲甚至错乱[3,4,5,6]。煤矿采空区及其附近的地震反射波表现特征如下: (1) 反射波同相轴变弱甚至中断或者杂乱无章; (2) 反射波振幅减弱; (3) 反射波信噪比降低; (4) 反射波明显下拉, 出现速度变低效应; (5) 属性分析中, 振幅表现异常。

采空区在地震时间剖面上的反映如图1所示。其中图1 (a) 为黑白变面积显示, 图1 (b) 为变密度显示, 图中标定的T2是目的层反射波。从地震时间剖面上可看出, 煤层被采空之后没有形成地震反射波, 而且上覆岩体向下垮落导致地震反射波时间下拉现象发生。采空区在地震时间剖面上的反射特征如图2所示。由图2可以看出, 采空区边界附近煤层反射波振幅减弱、频率降低, 在采空区内部反射波同相轴杂乱无章。

3 不同条件下三维地震采空区研究效果

3.1 表浅层为沙丘的陕北地区

井田位于神府矿区的西南部, 煤层埋深约100 m, 勘探区内为地层倾角平缓的单斜构造。井田内有数个小煤窑, 并且处于开采中。煤系地层稳定, 对比可靠, 目标层是延安组的3-1煤层和4-2煤层, 煤层平均厚度分别为3 m和1 m, 间距约为40 m, 顶板为细粒砂岩、粉砂岩, 底板主要为粉砂岩、细粒砂岩。地表为沙丘地, 介质结构疏松, 对地震波有较强的吸收衰减作用, 大大降低了地震波的能量和频率。

勘探区最浅的3-1煤层被采空之后, 上覆岩体垮塌破碎导致地震波在能量传播过程中衰减剧烈, 引起地震波速度和密度的变化, 在地震时间剖面上表现为反射波同相轴频率降低, 速度降低, 出现如图3所示同相轴下拉现象, 并且影响下组4-2煤层的地震反射波。在解释过程中, 采用方差体技术和地震属性分析技术对3-1煤层做了研究, 图4分别为采空区在方差体顺层切片和均方根属性上的显示。经过地震时间剖面、属性平面分析可以看出:图4 (a) 中黑色区域表明该区内3-1煤层完好无损, 灰色表明该区域内煤层已经被采空;图4 (b) 均方根振幅切片中灰色区域表明3-1煤层没有被采空, 黑色表明3-1煤层已经被采空, 采空区在沿层方差体和均方根属性平面上显示为异常, 面积约为1 km2。后经钻探验证, 准确率较高, 效果较好。

3.2 表浅层为厚黄土丘陵的晋西地区

井田位于晋西北的黄土高原, 黄河东侧, 属于黄土丘陵沟壑地貌, 区内地形复杂, 冲沟、陡坎十分发育, 相对高差200 m。区内构造简单, 煤系地层稳定, 目标层是山西组的2#煤层, 平均厚度为6.2 m, 顶板为细粒砂岩、粉砂岩, 底板主要为粉砂岩或泥岩。

区内解释了两处面积较大采空区, 2#煤层采空区2和采空区3在地震时间剖面上的显示如图5所示。这两处采空区在地震时间剖面上表现为地震反射波同相轴消失, 上下围岩的地震反射波同相轴出现错断或者扭曲, 其频率和振幅发生明显变化;2#煤层采空区2和采空区3在顺层属性切片上的显示如图6所示。

从图6分析可知, 采空区在顺层属性切片上反映明显, 黑色表明2#煤层没有被采, 灰色表明2#煤层已经被采空, 而且得到了验证, 验证效果理想。

4 结论

采空区对煤矿安全生产至关重要, 因此地震地质条件复杂地区的煤矿采空区的探测势在必行。通过对煤矿采空区的理论与三维地震实际应用的分析研究, 利用常规三维地震时间剖面解释和顺层属性解释相结合的方法, 在该类复杂地区圈定采空区的位置和分布范围有一定的理论价值和实际意义。

参考文献

[1]张广忠, 张运成, 李长河, 等.煤矿采空区下组煤三维地震勘探技术[J].煤田地质与勘探, 2009 (1) :66-67.

[2]牛跟彦.超浅层地震勘探技术在小煤窑采空区中的应用研究[J].中国煤炭, 2012 (6) .

[3]王德民, 王瑞杰, 程增庆, 等.利用三维地震资料解释煤层采空区的方法研究[J].中国煤田地质, 2007, 19 (4) :61-63.

[4]马丽, 刘江, 贺正东, 等.地震勘探在采空区探测方面的应用[J].陕西煤炭, 2008, 27 (2) :90-92.

[5]王建文, 孙秀容, 王宏科, 等.综合地震勘探方法在陕北煤田采空区探测中的应用[J].中国煤炭地质, 2010, 22 (9) :48-54.

三维地震勘探 篇11

一、资料采集方法

(1) 勘探区成孔困难, 且吸收本区原二维地震时的教训, 本次采用美国产M27型可控震源激发, 以确保工程质量、降低勘探成本。

(2) 由于地震勘探的后续工作中, 地震波的接收和一系列的资料处理都依赖于地震波激发品质的高低。因此, 地震波的激发就显得尤为重要[1]。经过充分的试验, 可控震源激发参数为:在农田区, 扫描频率20～104Hz, 震动台数2台, 震动次数3次, 扫描长度12s, 驱动电平75%;在砾石区, 扫描频率20～104Hz, 震动台数2台, 震动次数4次, 扫描长度12s, 驱动电平80%。

(3) 为了压制干扰, 但又不降低资料分辨率, 接收采用主频为60Hz的检波器, 检波器组合为2串2并堆放。

(4) 从试验记录上看, 公路上川流不息的车辆对记录影响较大, 故在公路附近施工时, 加强警戒、在保证目的层反射波不产生畸变的前提下加大接收排列并适当增加炮点, 使获得更多的有效资料。

勘探区采用的观测系统及其参数为:束状观测系统, 10线8炮制, 每束重复5条测线;

840道 (84道/线×10线) 接收;接收线距40m;接收道距20m;横向炮距20m;纵向炮距120m;地面采样间隔20m×40m;面元网格10m×10m;叠加次数28次 (纵向7次×横向4次) ;中间点激发;束距:200m。

二、资料处理技术

对FZ矿探区而言, 要求地震资料具有高信噪比和高分辩率。而最终地震资料分辨率同时取决于采集因素和处理因素[2]。因此, 把提高资料空间位置的准确性, 压制干扰波, 突出有效波, 作为高精度处理的关键。在地震资料处理中, 着重解决以下几个问题:

(1) 厚砾石层对地震波的强吸收作用使得地震信号能量相对较弱, 给初至的拾取造成一定难度。进行精细的神经网络与手工交互拾取初至的工作, 最大限度地获取有效信息。

(2) 考虑工区内遍布采石场生产过程中形成的深坑造成的频繁的地表起伏、低降速带影响, 要做好本区静校正工作。在精细拾取初至时间的基础上, 对比折射静校方法和层析反演静校正方法 (图2、图3、图4) , 通过测试, 用层析反演静校正对原始地震记录进行了野外一次静校正。

(3) 本区构造相对比较复杂, 偏移工作至关重要。偏移有很多方法, 经过对比后决定选择有限差分偏移方法。首先用人工剔除奇异值, 采用机器平滑;其次对速度的百分比进行偏移试验。经对比, 最终认定90%偏移效果较好。

三、资料解释技术

本区资料比较复杂, “去伪存真、去粗取精”是贯穿本区资料采集、处理、解释过程的主导思想。这个思路在资料解释的过程中尤为重要。

使用交互解释工作站是处理大量3D数据体的一个普遍方式。交互环境也能提供改善解释的能力, 能实现层位拉平、标准层位与断层的相互关系和一些增强数据中的某些特征的图象处理工具[3]。

以三维偏移数据体为基础, 交互解释工作站为桥梁, 同时考虑以往地质资料揭示的地质规律, 结合煤层的层数、厚度与间距等组合特征, 综合利用地质、测井、地震等多种信息, 从宏观地质规律把握最终成果的精度和可靠性。

四、效果分析

在处理中, 我们坚持“三高”的处理原则, 使得剖面的信噪比和分辨率较高, 波组特征明显, 断点清晰可靠, 全区基本能较好地追踪目的层, 解释出勘探区内煤层落差大于5m的断层9条, 其中6条断层为修正勘探前已知的断层。图5中红色断层为修正的断层, 绿色断层为新发现的断层。

五、 结束语

本文在分析FZ矿砾石区地震资料特点的基础上, 有针对性地研究了该区地震资料采集、处理、解释方法, 这些方法在实际应用中取得了良好的效果, 同时, 该方法对其他类似地震地质条件的地区也同样适用。

参考文献

[1]宋玉龙著.地震勘探采集手册.济南:山东省地图出版社, 2004, 10

[2]杨汝超, 王晓华等.如何制定高分辨率地震勘探中的技术指标, 石油物探, 2001, 40 (1) , 121-126