黄土塬煤炭地震勘探技术方法研究及效果

朱芳香  王中锋  冯西会

（陕西省煤田地质局物探测量队西安710005）

黄土塬论文（2002年煤田地质与可持续发展研究）

摘要：众所周知，巨厚黄土层对地震波的吸收衰减极为强烈，故黄土塬地震勘探一直是地球物理工作者研究的课题。本文论述了黄土塬煤炭地震勘探技术方法研究的目的和意义，阐述了研究工作区的地震地质条件，概括了资料采集及处理的研究过程，详细介绍了攻关的最新成果及其地质效果。

关键词：煤炭；黄土塬；勘探方法

作者简介：朱芳香（1966-），女，副总工程师，高级工程师，1989年本科毕业于中国矿业大学，2002年在中国矿业大学获得硕士学位，多次被评为中国煤炭地质总局、陕西省煤炭系统优秀科技工作者，地震勘探。

    我国的黄土塬主要分布在六盘山以东、吕梁山以西、长城以南、渭河以北的广大地区，跨陕甘宁晋豫五省区，面积约15万km2。黄土之下，蕴藏着丰富的煤炭、煤层气以及石油、天然气资源。由于巨厚黄土层的影响，这些地区地震勘探一直无法施展，使地质资料全靠单一的钻探手段来取得，不仅勘探精度低，而且勘探周期长，费用高。
    黄土塬区一直被人们称为地震勘探的“禁区”。石油、煤炭地震勘探工作者，为闯“禁区”做了长期不懈的努力。前些年石油系统黄土塬攻关已初见成效，但煤炭系统收效甚微。近年，陕西省煤田地质局物探测量队在黄土塬区进行了攻关，取得了可喜的成果。

研究工作区地震地质条件

1.1 表层条件

    工作区选在陕西省韩城矿区乔子玄普查区。该区地处渭北黄土高原东北端，以黄土台塬为主要地貌形态，塬上及半坡农作物较多，且多为密集的、长满荆棘的花椒园和行距较小的苹果园，给地震施工带来诸多不便。

1.2 浅层条件

    塬上试验段（S2）黄土层覆盖140m左右，黄土层中间加有数层红土层，底部还有一层底砾岩。潜水面深55～140m，低速带调查结果表明，黄土层速度约800m/s，潜水面以下地层速度为1800m/s，基岩速度约3000m/s，潜水面和基岩面均为良好的波阻抗界面，易产生折射、反射及层间多次波，对煤层反射波造成干扰。另外，巨厚黄土层对地震波的吸收衰减极为强烈，对地震波的激发接收不利。因此，塬上浅层地震地质条件较差。然而在沟中，多为近代冲积、洪积、坡积物，成份为砂砾石及其混杂物，厚度0～50m，一般厚度6m，有些地段基岩直接出露。因此，沟中浅层地震地质条件较好。

1.3 深层条件

    石炭系上统太原组和二叠系下统的山西组为区内的主要含煤地层，主要可采煤层有三层，即4、5、11煤层。煤层埋深700多m，主要煤层厚度6～11m。根据对区内钻孔声波测井资料及VSP测井资料分析可知，区内煤层纵波速度约为2300～2500m/s，而其围岩速度约3800～4000m/s，即煤层与围岩存在较大的波阻抗差异，易于形成反射波。但是，各煤层间距较小，据已知钻孔揭示，4煤与5煤间距6.5m， 5煤与11煤层间距19m，因此各煤层反射波相互干涉，易形成复合波，不利于煤层的解释，本次以5号煤层为主。

2．资料采集方法研究

    首先选择了区内有代表性的三个地点进行了充分的点试验，试验内容包括：干扰波调查、波场调查、激发因素，接收因素等。重点是激发方式的选择，采用了多种形式的组合试验，在单井及多井井深试验时，还利用电测井解释成果有目的地选择激发层位进行试验。

点试验结论如下：

图1单井井深试验记录

A．井深试验最深83m，最浅22m，经对试验记录分析，认为井深越浅，面波和多次折射波、次生面波强度越大，有效波完全不能分辨；各波频率明显降低，而且面波波组数随井深变浅而增加。激发井深增加，干扰波强度减弱，频率升高；激发井深大于70m以上时，面波明显减弱，多次折射明显减弱(图3)。
B．炸药量分别试了2Kg、4Kg、6Kg、8Kg，从记录上分析认为，炸药量的变化不是主导因素。

图2 炸药种类比较的单炮地震记录

C．进行了两种爆速炸药试验：⑴TNT高爆速成型炸药；⑵硝胺炸药锯末。在单炮记录上可见后者低频干扰严重，信噪比明显不如前者(图2)。

图3井组合试验记录

D．组合爆炸分别进行了井深、组合个数、组合形式、组合内距等试验，经分析认为，当井组合个数越多井深越深，单炮记录质量越好(图3)。
    a、H=22m n=13井；b、H=22m n=7井；c、H=12m n=13井,E．用速干水泥封井对地震记录无明显改变。
    通过试验，最终确定该区的最佳施工因素为：5～7个深井组合激发，药量每井2～4kg，激发层位选择在相对致密的红土层中；采用18个自然频率100Hz的检波器，9串2并，沿测线线性组合；采用单边放炮，道距10m，偏移距200m，60道接收的观测系统。利用点试验确定的施工因素作了一条试验线，覆盖次数30次，测线长度5.34 km,剖面长度4.725km。时间剖面如图4。

图4试验线时间剖面（局部）

3．资料处理方法研究

    针对黄土塬区地形起伏大，低速带、降速带纵横向变化都十分剧烈，且部分原始资料能量不均、干扰严重的特点，资料处理时主要进行了各种静校正、去噪模块试验，最终确定静校正采用（绿山）初至折射静校正，去噪采用RNA随机噪音衰减。此外还采用了精细的速度分析、球面扩散补偿、地表一致性振幅补偿、宽带滤波、零相位反褶积、统计子波反褶积、谱白化等处理手段，获得了信噪比较高的时间剖面。资料处理流程如图5。

图5 资料处理流程

4．地质效果

    对于段试验时间剖面，经VSP测井资料进行层位对比解释（图6），认为煤层反射波突出，波组特征明显，信噪比高，且断点清晰，真实地反映了地下地质构造。该试验线成果用于乔子玄普查地震勘探地质解释，取得了很好的地质效果。其推断的煤层底板标高及断层成果均经钻孔验证，深度解释误差为4.19m，其解释的断层也经钻探证实。

图6乔14孔VSP—CDP与过井剖面对比图

5. 结论

5.1研究的主要特点

1、野外资料采集方法研究方面，重点突出激发方式的选择。采用了多种形式的组合试验，在单井及多井井深试验时，还利用电测井解释成果有目的的选择层位进行试验。可以说，资料采集方法研究是一个从理论到实践的过程，试验目的明确，针对性强。
2、针对黄土塬区地形起伏大，低降速带纵横向变化剧烈，存在严后果的静校正问题这一特点，处理时先用多域迭代静校正方法来解决野外静校正量，再用交互分析静校正方法来解决较大的剩余静校正量，从而很好地解决了这一问题。
3、针对黄土塬地震资料的主要特点：信噪比低，干扰严重，将处理重点放在去噪上。去噪方法选择适当，去噪效果明显。
4、将科研成果应用于生产项目中，检验了其有效性和实用性。

5.2 主要研究成果

1、取得了黄土塬区的地震资料采集方法与参数，获了信噪比较高的单炮记录，而且解决了沟塬间地震资料的连接问题。
2、通过精细的静校正方法及参数选择，获得了较理想的时间剖面，基本解决了黄土塬区严重的静校正问题。
3、通过多种去噪方法试验，选择了合适的去噪模块，经合理搭配使用，达到了提高资料信噪比的目的，获得了反射波能量强、信噪比高、连续性好的时间剖面。
4、本次研究成果成功地应用于生产项目中，其解释成果经钻孔验证，精度较高。

6．结束语

    黄土塬煤炭地震勘探试验取得成功，获得了煤炭系统第一条可用于地质解释的时间剖面，说明对于试验区的地质情况，用地震反射方法勘探煤层是可行的。今后应进一步加强试验研究，力争使地震勘探能在黄土高原所有地区均获得好的效果，彻底解决黄土塬地震勘探这一世界性难题。

参考文献

蒋加钰、乔春生、刘永昌.黄土塬地震勘探方法攻关初见成效[A].复杂地表地区地震勘探实例.[C].北京.石油工业出版社.1994.

Hales.F.W and Edwards T.E. Some theoretical considerations on the use of multiple geophones arranged linearly along the line of traverse Geophysical prospecting . 1995.Vol 3、NO.1、1995.

凌云.模型初至地表一致性静校正[J].石油地球物理勘探.1992. 27(3).

李庆忠.地震高分辨率中心误区与对策[J].石油地球物理勘探.1997.32(6)。

Study and Effect on Seismic Exploration Techniques in the Loess Plateau

Zhu fangxiang ; Wang zhongfeng ; Feng xihui

( Geophysical Prospecting Team, Shaanxi Coalfield & Geologic Bureau, Xi'an710005)

Abstract:It is well known that,thick loess layer and wane the sismal wave very intensity.So seismic exploration in the Loess Plateau always is the subjet of the geophysicists studying.The paper has discussed the purpose and purport apon study on seismic exploration techniques in the Loess Plateau,expounded the seismolgeological condition of the study area,abstracted the study couse of field data picking and processing,introduced the last word and the effect in detail.

Key words: coal; the Loess Plateau; exploration methodology