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产品知识

三维三分量采区地震勘探应用效果

发布时间:2021-04-15 10:40 人气:

  摘要:邢台矿业(集团)有限责任公司邢东矿首采区是该矿二今后几年的主采区。为了进一步探明该区的地质构造、主要可采煤层的赋存状况,从而给采区设计和工作面设计提供可靠的地质资料,邢台矿业(集团)有限责任公司决定对该区进行三维三分量地震勘探。

  关键词:三维三分量;地震勘探;S波;P波;采区设计;工作面设计

  一、概况

  邢东矿位于河北省邢台市的东郊,矿区中心距邢台市4km左右,隶属邢台县宴家屯乡管辖。

  本次地震勘探的地质任务为:

  1.查明区内主要可采煤层2、9煤层,底板标高及构造形态,解释深度误差不大于1%。

  2.查明区内落差大于3m的断层的性质及产状,其平面摆动不超过±10m,落差小于3m的断层也尽量给予解释。

  3.控制区内新生界的厚度及变化情况,深度误差不大于2%。

  4.控制区内直径大于25m的陷落柱。

  二、地震地质条件

  该区交通方便,京广铁路及京广公路从勘探区西侧通过,勘探区内地形高差变化很小,地形平坦。区内村庄较多,果园和菜地连片,给地震野外施工及获取连续地震时间剖面带来一定困难。

  本区潜水位6m左右,有利于成孔和炸药震源激发;地层多为耕作黄土,局部为砂地,检波器安置条件一般。冲积层上部和底部普遍存在的砾石层也使激发能量受到一定的影响,但总的来说,浅层地震地质条件比较简单。

  新生界第四系与下伏基岩呈角度不整合接触,第四系且以冲积相的砂土,粘土、砾石层为主,厚度200~300m之间,其岩性密度和速度与下伏基岩存在很大差异,为一个很好的波阻抗界面,形成的反射波TQ,在P波剖面上表现出一个相位,S波剖面上由于浅,处理时没有得到。P波剖面上To波能量较弱,但可连续追踪,频率较高,且与后面反射波呈角度不整合,为解释第四系提供了依据。

  首采区内煤系地层是由砂岩、泥岩、石灰岩、煤层等组成,从测井资料中还知道煤层密度约1.2~1.6g/cm3,速度约2000~2200m/s,因此与其它围岩形成一个较好的波阻抗介面,具备产生反射波的条件。尤其是2、8、9煤全区煤层较厚,且沉积稳定,与实际记录中可以看到两个强反射波,2煤层反射波定义为T2波,该波为本次勘探的主要标准反射波之一,且具备能量强,连续性好、波形稳定,全区普遍发育,易于追踪对比,是此次勘探的基础。8、9煤层反射波定义为T9波。现为一个强相位。此波也是本区主要标准波之一,能量强,波形较稳定,频率较T2波低。三个波的关系,TQ波除与T2,T9波呈角度不整合外,且与T2、T9为近平行关系。由此可见,深层地震地质条件良好。

  三、资料处理

  本区的三维三分量地震资料处理是在中国矿业大学信息处理与研究中心进行的。信息中心有地震数据处理所需的各种计算设备和软件,包括转换波处理模块,为三维三分量地震资料处理提供了有利的条件。结合本项目的地质任务及处理目标,采用了保真高分辨率处理手段。

  经反复试验确定最终处理流程为(三维纵波地震资料处理流程):

  目标勘探、目标处理是今后地震勘探工作走向系统工程化的主要标志,本次地震勘探实质上是按系统工程的设计思想来组织和进行的。因而针对所要达到的地质任务,按照项目设计的指导思想,把处理目标定位为:

  1.采用全三维多分量处理技术进行处理,处理网格为l0m×20m×1ms,最终成果网格5m×10m×1ms。

  2.数据处理中,在保证主要目的层的连续性的基础上,尽可能拓宽有效波的频带,以保证对小构造的分辨能力。

  3.处理过程中尽可能保证有效层位及辅助层位的反射波的动力学特征,即实现高保真处理。

  4.选好偏移速度场,确保反射层位的正确归位。

  四、资料解释

  经过处理所获得的三维地震时间剖面包含着丰富的地质信息,资料解释就是将其中一些信息识别出来,并将其转换成地质语言提供给地质工作者。

  (一)地震波的地质意义

  利用区内钻孔资料、井旁时间剖面,确定各组反射波与地层的对应关系。

  1.TQ反射波:在新生界第四系底界上部发育了一套平行反射波组,在P波剖面上有时表现为三个强相位,有时表现为一个相位、但与下部反射波呈角度不整合。即新生界第四系与下伏基岩呈角度不整合接触,但由于下伏基岩顶界面岩性横向变化大,且受风化剥蚀射波(组)能量一般,连续性一般,波形稳定性一般,但与下伏基岩呈角度不整合接触关系在全区容易识别出来。

  2.T2反射波:为2煤及2下煤层对应的复合波,为本区主要标准反射波之一,能量强,连续性好,波形稳定,频率较低,全区普遍发育,易于追踪对比,是本次勘探的最重要目的层。在P波剖面上,视周期为12~15ms,一般为13ms,主频大约为70Hz。在S波资料上,视周期为15~25ms,一般为18ms,主频大约为50Hz。在P波资料上基本为一个强相位,在S波资料上通常为一个强相位,有时也分开为两个强相位。

  3.T9反射波:为8煤与9煤对应的复合波,为本区主要标准反射层之一,也是本次勘探的重要目的层之一。能量强,连续性好,波形比较稳定,频率较低,全区普遍发育,易于追踪对比。在P波剖面上,基本上为一个强相位。在S波剖面上,该复合波有时能够分开。

  4.T2反射波与T9反射波在P波剖面上相距约为80~100ms,通常约为90ms;在S波剖面上相距约为128~140ms,通常约为130ms。T2波与T9波一起通常表现为一套波组,上、下两个强相位(分别为T2波与T9波),中间夹一个能量强的复合波(通常为相距较近的两个强相位)。这也是对比T2与T9反射波的重要依据之一。

  邢东矿首采区三维三分量地震资料(P波)解释是在插值为5m×10m×1ms网格数据体上进行的,采用在工作站LANDMARK上人机联作解释与手工解释相结合的方式完成的。

  (二)断层解释

  断层的解释是本次地震勘探的首要任务,从所获资料分析,本区断层较发育。

  1.较大断层的解释落差较大的断层,在时间剖面上断点反映比较清晰,主要表现为一个波系或一个波组突然错断,或强相位转换,有时还伴有断面波或绕射波出现。

  2.小断层的解释。落差较小的断层在时间剖面上断点反映不如大断层明显 ,主要表现为反射波同相轴的扭曲或能量突变等特征。

  3.断层的组合。将相邻时间剖面上位置相近、性质相同、落差相当或落差有规律变化的断点组合成同一条断层。

  五、勘探效果

  1.应用了三分量资料。解释中不仅使用了P波资料,而且还使用了S波资料。这在国内属于研究阶段的先进技术。目前在国内煤田勘探中应用这项技术还不多见。

  2.应用水平叠加剖面与叠加偏移剖面两套资料进行交互检查、认证与补充。这种方式有利于可靠地识别特殊波,确定褶曲及断层位置。

  3.利用三维三分量地震资料丰富信息能更准确地落实构造位置及形态,有利于准确确定断层(尤其是小断层)位置。三维地震资料数据丰富,CDP网格密度为5m×10m,远密于二维地震资料网格密度。三维地震采集了P波与s波信息,而普通二维地震资料只有P波信息。s波资料在确定断层位置(尤其是小断层)方面起到了较好的辅助作用。同时,利用三维地震资料可以在解释工作站上根据需要任意抽取不同方向的数据,加密数据网格,能够从更好的角度来观察断层或构造形态。

  4.能够发现断距较小的小断层。在解释出的构造图中,断层条数增加。三维地震叠偏资料经过三维空间归位处理,对绕射波、断面波等异常波有较好的压制作用。使得断面的反射波对断层下盘影响减小,因而能够更清楚地在叠偏剖面上识别断层位置,发现更多的断层。利用垂直剖面与水平切片相结合及放大功能等优势,能够发现落差少于1/4个相位的小断层,并且使得解释出的断层平面组合更趋合理。

  (1)查明了2煤、9煤底板标高及形态,并绘制了1:2000煤层底板等高线图,解释深度误差<1%。又发现多个次级褶曲,大吴庄一先于村背斜轴线被DFl5错断并扭曲,原北张村向斜在于煤被DF10分割成两个,进一步控制了2煤、9煤的形态。

  (2)查明了区内落差≥3m以上断层38条,落差大于等于3m,小于5m的断层8条;落差大于等于5m小于10m断层7条;落差大于等于10m小于20m的断层5条;落差大于等于20m小于40m的3条,落差大于等于40m的1条:修改原勘探断层9条,基本相符的5条。

  (3)查明了第四系厚度变化情况,即西北薄、东南厚,深度误差小于2%。

  (4)本区无有直径≥25m陷落柱。

  六、结论

  本次三维三分量地震勘探程序合理,方法正确,成果依据充分,煤层底板标高深度解释误差均小于1%,第四系厚度误差小于2%,断层平面摆动误差小于±10m,达到合同要求,完成了地质任务,给采区设计和工作面设计提供可靠的地质资料。

  参考文献:

  [1]何樵登,等.地震勘探原理和方法[M].北京:地质出版社,1986.

  [2]H.H.普济廖夫,等.横波和转换波法地震勘探[M].石油工业出版社,1993.

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