二维地震在陕北侏罗纪煤田大海则勘查区中的应用

二维地震勘探在大海则煤炭普查中的应用

郭建军，李小伟，王永明

（陕西省核工业地质调查院，陕西西安 710199）

摘要：在陕西省陕北侏罗纪煤田大海则勘查区煤炭资源普查过程中，采用二维地震勘探等手段在查明覆盖层的厚度及其变化情况，了解地震测线上煤系地层断层性质、产状，及确定煤层的顶底板和构造形态方面取得了一定的成果。

关键词：普查；二维地震勘探；断层；构造形态

1 勘查区地质概况及地震地质条件

1.1 地质概况[2]

勘查区地表绝大部分被第四系松散沉积物覆盖，地层主要为上更新统萨拉乌苏组（Q3s），中更新统离石组（Q2l）黄土出露。根据以往地质填图及钻孔资料揭露，勘查区地层由老至新有三叠系上统瓦窑堡组（T3w），侏罗系下统富县组（J1f），侏罗系中统延安组（J2y）、直罗组（J2z）、安定组（J2a），白垩系下统洛河组（K1l）及第四系。含煤地层为侏罗系中统延安组（J2y），厚度约在230米左右，岩性主要为一套河流～湖泊三角洲～冲积平原环境沉积的砂泥岩沉积建造。含煤地层中含煤最多达19层，主采煤层主要为2、3号，为全区可采的稳定厚煤层。勘查区大地构造位置处于鄂尔多斯盆地中部次级构造单元陕北斜坡中部。中生界地层向西微倾伏，平均倾角0～3°，未发现规模较大的断层或褶皱，无岩浆活动，构造简单。

1.2 地震地质条件

勘查区地处塞外，位于毛乌素沙漠东南缘，以沙漠滩地及半固定沙丘地貌为主,地表大部分为风成沙丘，且覆盖厚度达40～210米左右，地震波速度较低（一般为150～600m/s），对二维地震勘探有效波的衰减强烈、干扰较大，不利于地震波的接收，因此表、浅层地震地质条件较差。

根据以往地震及测井资料表明：煤系地层围岩与煤层的密度及速度均有明显差异，围岩密度一般为2.20～2.60g/cm3，而煤层密度平均为1.33 g/cm3，围岩速度是煤层速度1.5倍左右，围岩相对煤层的反射系数为0.33～0.35，勘查区内延安组（J2y）的2、3号煤层结构简单、厚度大、分布稳定，能够形成较强的地震反射波，因此，本区深部地震

作者简介：郭建军（1982-），男，陕西省蓝田县人，陕西省核工业地质调查院地球物理探矿所工程师。E-mail:jianjunguo2001@https://www.wendangku.net/doc/9a644769.html,。

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地质条件较好，适合进行地震勘探。

2 野外工作方法

2.1 试验工作

试验工作是地震勘查的首要工作，也是后续工作的基础。本次试验工作是在参考以往邻区地震勘探工作经验的基础上，针对其中存在的问题及本区地震地质条件开展的，遵循单一因素变化的原则，从简单到复杂，分别进行了井深、药量、接收因素、观测系统等各参数[1]，最终确立本勘查区孔深4～8米左右，激发药量1～2kg，检波器100Hz、3串组合、0.5米组内距、线性排列。观测系统如下[3]：接收道数：48道，道距：10米，偏移距：20米，覆盖次数：12次，炮间距：20米，激发方式：端点激发；

2.2 仪器设备和接收参数

本次二维地震勘探采用德国DMT公司生产的SummitⅡplus数字地震仪，该仪器动态范围大，抗干扰能力强，适合各种环境作业，其接收参数如下：采样间隔: 1ms，记录长度：1K，记录格式：SEG-2。

3 地震资料处理

3.1 资料处理目标及要求

根据此次勘探的地质任务要求，通过对原始资料的分析研究，针对该区资料信噪比较高的特点，处理过程中以提高分辨率为处理宗旨，确定地震数据处理是在压制干扰波、保证高保真度的前提下，通过处理来提高煤层反射波的分辨率，它是地震资料解释的基础。针对勘查区地质特点和地质任务的要求，确定如下处理目标及要求：①在确保资料高保真度的前提下,努力提高有效波的信噪比和分辨率。②通过试验处理确定合理的处理流程及参数，为批处理提供依据。③做好静校正工作，并建立合理的初始模型进行叠前时间偏移处理。④做好剔除坏道、炮检点位置检查（QC）、速度分析等基础工作。

3.2原始单炮的频谱分析及干扰波的衰减

为了充分了解有效反射波的频率分布特征，首先对本区的有效波进行了频谱分析。原始单炮记录的干扰波主要为面波、声波、浅层折射多次波等。通过去噪处理使原始记录的分辩率有了大大的提高。

3.3振幅恢复

振幅恢复是迭前处理中较为关键的一步，其目的就是补偿地震波在传播过程中的能量损失，保持地震信号的相对振幅和反映地层界面特征的其它动力学特点。通常采用

的方法是球面扩散补偿，见图1。

（a）振幅补偿前 (b) 振幅补偿后

图1 振幅补偿前后单炮监视记录对比

Picture.1 The comparison of single shot monitoring records before and after amplitude compensation

3.4反褶积测试

本区主要进行了两种反褶积方法测试，即多道预测反褶积与地表一致性反褶积。对于反褶积来说，其主要参数为预测步长和算子长度。在同时考虑分辨率和信噪比的前提下，对预测步长和算子长度进行了测试，最终选用分辨率、信噪比均较高的地表一致性反褶积，预测步长为10ms，算子长度为100ms。见图2。

（a）反褶积前（b）反褶积后

图2反褶积前后单炮监视记录对比

Figure.2 The comparison of single shot monitoring records before and after deconvolution

3.5野外静校正

勘查区地形以沙漠滩地及半固定沙丘地貌为主，地势较平坦，相对高差不大。结合本区实际情况，采用美国I/O公司GMG-MESA（绿山）处理软件进行初至折射静校正。山地校正模型的主要参数为：低降速层的速度为800m/s.替换层速度为2800m/s,基准面为1280m。经过校正后，单炮记录的初至波平滑，校正效果明显。（如下图3所示）

（a）静校正前（b）静校正后

图3 静校正前后的单炮监视记录对比

Figure.3 The comparison of single shot monitoring records before and after static correction

3.6速度分析

速度分析是地震资料处理中的基础工作之一。本区按照10个CDP间隔抽取CDP 进行速度谱分析并解释。本次处理进行了二次速度分析：

第一次：对预处理后的数据进行速度分析，其速度作为初迭速度。

第二次：将预处理后的数据，代入初叠速度，进行二次速度分析。对照初叠剖面，按照地震反射层位和构造特征解释速度谱，其速度作为叠加速度。

3.7 剩余静校正

处理过程中采用了剩余静校正与速度分析反复迭代，以获得最准确的速度和精确的剩余静校正值。

3.8叠加

迭后采用随即噪音衰减模块去噪，去噪效果见图4。

图4 叠加剖面去噪前（上图）后（下图）对比

Figure.4 The comparison of stack section before and after denoising

3.9处理质量评述

本区采用先进的处理软件，经过测试试验处理确定处理流程，本着提高“分辨率、保真度、信噪比”的原则对资料进行处理。

通过处理，大大提高了反射波的分辨率和信噪比。处理结果表明，在400ms～500ms 有一组特征明显、能量强、同相轴连续性好的反射波，经与地质资料对比为2号煤层和3号煤层的位置。证实了本次地震资料处理结果的准确性。

4 地震资料解释

4.1 解释方法及过程

4.1.1 地震地质层位的确定

根据区域资料及勘查区现有的钻孔资料，本区2号煤和3号煤均为厚煤层，其地震反射波能量较强，而厚煤层对其它煤层的屏蔽作用使之在时间剖面上反映并不明显，因此本次地震勘探仅对区内主要可采的2号和3号煤层进行确认和追综。

根据区内现有的钻孔资料，通过地震资料计算出2号煤及3号煤层的平均速度及时间间距，结合地震时间剖面上反射波同相轴特征确定出地震地质层位。本区主要反射波

有两个：T2波（2号煤层）和T3波（3号煤层），如图5所示。

图5 煤层反射波特征示意图

Figure.5 The schematic diagram of coal seam reflection potter

4.1.2构造解释

地震资料解释的关健是时深转换，其过程是通过分析时间剖面上各层位反射波的特点，充分参考已往地震地质资料及现有的钻孔资料，正确识别目的层（煤层）及其它反射层位，建立适合本地区资料解释的模型，求取目的层（煤层）反射波的t0值，把时间剖面从时间域转换到深度域，实现时深转换。

根据钻孔处的反射波时间及煤层埋藏深度求得钻孔处的时—深转换的t0，经过换算获得了T2、T3波的两个地震层位的速度平面图。求得速度之后，即可按公式：H=h0-(v×t0)/2 （h0为基准面标高）进行时深转换，得到煤层底板等高线图，见下图6。

图6 2号煤层底板等高线图

Figure.6 The floor contour map of number 2 coal seam

4.2 取得的地质成果

(1)基本查清了区内主要煤层2号煤层及3号煤层的走向、延伸及起伏变化情况。地震资料表明，2号煤层及3号煤层反射波反映清晰、连续性好，煤层厚度较大，一般在5～7米，沿地震勘探线可连续追踪。

(2)基本查清区内构造总体上为一走向呈SE～NW向倾伏的单斜构造，倾角变化不大，为1～3°左右，无落差大于100米的断层，仅发现与解释两处落差较小的断点（F1、F2）。

①褶皱

通过对地震时间剖面的对比追踪，过地震测线2号煤层和3号煤层的反射波同相轴明显呈东高西低，南高北低，反映为区内地层呈SE～NW向倾斜，倾角变化不大，为1～3°左右。煤层最低点位于测线最西端，2号煤底板标高为560m，3号煤层底板标高为590m；煤层最高点位于勘探区东部，2煤层底板标高为700m，3煤层底板标高为690m。总体来说，煤系地层特征为SE～NW走向的单斜构造，局部发育有规模较小的宽缓褶皱。

②断点

通过对地震时间剖面的对比追踪，本区没有发现落差较大的断层，仅在X28线453、1859两处发现2、3号煤层反射波同相轴有错断现象，经推断解释为2处落差并不大的断点，构造较简单。

(3)查明了本区覆盖层厚度及其变化情况。本区由于地表浅部主要为第四系松散沉积物覆盖，因其对地震波的衰减比较强烈，浅层地震波干扰较大、反映比较零乱，因此参考钻探资料结合地震资料对其进行了划分，结果较准确。

5 结束语

本次地震勘探工作，本着地震配合钻探的原则，结合本区的地形特征、煤层赋存情况及构造特点，制定了切合实际的地震地质任务；最终对该区地质构造形态、煤层埋深厚度、以及覆盖层厚度等特征有了定性、定量的解释。解释依据充分，方法正确，精度较高，结论可靠。本次勘查成果也说明了在地表绝大部分被第四系松散沉积物覆盖的黄土塬地区，利用二维地震勘探方法找煤是可以实现的。

参考文献：

[1]余丽．二维地震勘探在实际中的应用[J]．煤炭技术.2012，31(1)( Yu Li. 2 d seismic exploration in the actual application [J]. Journal of coal technology. 2012, 31 (1))

[2]李平，金秀芹，杨娜．二维地震在延边凉水煤田勘查中的应用[J]．吉林地质.2010，29(2)( Li ping, Jin Xiuqin, Yang Na. 2 d seismic application in Yanbian cold water coal field exploration [J]. Journal of Jilin geology. 2010, 29 (2))

[3]钟绍华．山区二维地震勘探多次覆盖灵活观测方法[J]．石油物探.1991，(4)( Zhong Shaohua. Mountain 2 d seismic exploration multifold flexible observation method [J]. Journal of petroleum exploration. 1991, (4))

陕西省陕北侏罗纪煤田大海则勘查区煤炭资源普查项目是2009年陕西省第一批地质勘查基金项目，工作时间为2009年—2010年，二维地震工作于12月正式向陕西省地勘基金办提交成果，并通过了省地勘基金办专家的验收。

The Application of 2 D-seismic Exploration in Da Haize Coal Field

Guo Jianjun，Li Xiaowei，Wang Yongming

Shaanxi Nuclear Industry Geology Surveying Institue, Shaa nxi Xi’an 710199

Abstract:During the process of the coal resources census in Shaanbei Jurassic coal field in shaanxi province, they have made certain achievements in the following ways by adopting the means of 2 D-seismic exploration. Firstly,it finds out the thickness of the coating and its changes.Secondly,it helps to understand coal measures strata seismic line fault characteristics and occurrence. Lastly,this determines coal seam roof and floor and structural form. Keyword:census; 2 D-seismic exploration; Fault; Structure form

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