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塔拉壕煤礦精細(xì)三維地震勘探處理技術(shù)應(yīng)用

2021-01-07 02:58朱建剛
科技和產(chǎn)業(yè) 2020年12期
關(guān)鍵詞:信噪比校正勘探

朱建剛

(中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司,西安 710077)

塔拉壕煤礦位于鄂爾多斯市東勝區(qū)境內(nèi),屬黃土高原地帶。大部分地區(qū)為低矮山丘,植被稀疏,為半荒漠地區(qū),區(qū)域內(nèi)地形最大高差160 m,地貌條件復(fù)雜。由于表層的黃土厚度的變化,以及部分地區(qū)礫石等松散覆蓋,使得地震激發(fā)和接收受到極大影響,得到的資料信噪比低,有效信號(hào)頻率低,分辨率不高;高程的劇烈變化造成的靜校正問(wèn)題、以及強(qiáng)噪音發(fā)育等成為資料處理解釋的突出問(wèn)題[1]。綜合而言,本區(qū)域原始資料品質(zhì)較差,造成以往地震勘探成果與實(shí)際揭露情況出入較大,無(wú)法滿(mǎn)足礦井的巷道設(shè)計(jì)以及安全生產(chǎn)指導(dǎo)需要;因此需要急切提高本區(qū)地震資料的信噪比、分辨率,更好地提高勘探成果,并總結(jié)合適本區(qū)的勘探方法,為今后同一區(qū)域勘探提供依據(jù)。

塔拉壕煤礦位于鄂爾多斯市東勝區(qū)境內(nèi),屬黃土高原地帶。大部分地區(qū)為低矮山丘,植被稀疏,為半荒漠地區(qū),區(qū)域內(nèi)地形最大高差160 m,地貌條件復(fù)雜。由于表層的黃土厚度的變化,以及部分地區(qū)礫石等松散覆蓋,使得地震激發(fā)和接收受到極大影響,得到的資料信噪比低,有效信號(hào)頻率低,分辨率不高;高程的劇烈變化造成的靜校正問(wèn)題、以及強(qiáng)噪音發(fā)育等成為資料處理解釋的突出問(wèn)題[2]。綜合而言,本區(qū)域原始資料品質(zhì)較差,造成以往地震勘探成果與實(shí)際揭露情況出入較大,無(wú)法滿(mǎn)足礦井的巷道設(shè)計(jì)以及安全生產(chǎn)指導(dǎo)需要;因此需要急切提高本區(qū)地震資料的信噪比、分辨率,更好地提高勘探成果,并總結(jié)合適本區(qū)的勘探方法,為今后同一區(qū)域勘探提供依據(jù)。

1 勘探區(qū)地震地質(zhì)條件

勘探區(qū)位于黃土高原地帶,區(qū)內(nèi)地形切割較為強(qiáng)烈,樹(shù)枝狀溝谷縱橫發(fā)育,植被稀疏,表層松散,地形復(fù)雜。根據(jù)鉆孔資料及前期成孔方法試驗(yàn)的結(jié)果,區(qū)域一表淺層主要有黏土夾礫石、礫石黃土膠結(jié)物、第三系紅層,在沖溝中有基巖出露,區(qū)域二表淺層為黃土層,基巖出露較多。激發(fā)條件變化劇烈,造成資料間頻率差異大。同時(shí),本次勘探邊界緊貼3-1煤采空區(qū),采空區(qū)附近地表沉降裂縫明顯,給三維地震勘探數(shù)據(jù)采集帶來(lái)很大影響。

因此,表、淺層地震地質(zhì)條件為復(fù)雜區(qū)。

圖1 勘探區(qū)典型地表地貌特征

區(qū)內(nèi)煤層沉積穩(wěn)定,地層傾角小,一般小于3°,構(gòu)造簡(jiǎn)單,煤層與頂?shù)装逯g波阻抗差異較大,可形成較好的煤層反射波有利于地震勘探。但煤層埋藏深度較淺,煤層層數(shù)多、間距較小,上組煤層對(duì)下組煤有強(qiáng)烈的能量屏蔽作用;后期煤層成像困難較大,并且含煤地層由砂巖、泥巖和煤層形成互層,由于砂、泥巖之間波阻抗差異較小,砂泥巖層反射強(qiáng)度較弱,更增加成像難度。

綜上,深層地震地質(zhì)條件為一般區(qū),故綜合地震地質(zhì)條件復(fù)雜。

2 精細(xì)處理方法實(shí)踐

精細(xì)資料處理是在有效采集的基礎(chǔ)上,高保真的完成地下地質(zhì)成像。精細(xì)處理方法、流程的選擇依據(jù),建立在精細(xì)的原始資料分析之上,根據(jù)分析選取合適的方法提高資料的信噪比、分辨率。

2.1 原始資料分析

通過(guò)淺、深地震地質(zhì)條件,以及原始記錄分析,資料處理中面臨以下幾個(gè)主要問(wèn)題:

1)工區(qū)地表起伏劇烈,造成少量炮點(diǎn)位置不準(zhǔn)確,部分地區(qū)障礙物、溝壑較大,使得丟道甩道較多,認(rèn)真做好錯(cuò)炮檢查和壞道編輯是所有工作的前提;

2)工區(qū)黃土層厚度橫向變化快,地震波能量衰減明顯,造成部分地區(qū)初至波缺失,并且低降速帶變化較快,如何精確拾取初至,并做好靜校正是基礎(chǔ);

3)反褶積測(cè)試工作,由于地形差異大,淺層激發(fā)層位明顯變化,單炮間頻率差異大,在兼顧信噪比的前提下,盡最大限度提高地震資料的分辨率;

4)本區(qū)目的層埋藏較淺,煤層間距小,為了確保資料的高保真度、高信噪比和高分辨率,應(yīng)盡可能在疊前做好去噪、速度拾取以及偏移成像等工作。

通過(guò)以上的精細(xì)分析,選取針對(duì)性處理方法和流程,做好資料處理工作。

2.2 錯(cuò)炮糾偏及復(fù)雜地表靜校正

工區(qū)溝壑縱橫,地表高程變化較大,野外變觀多,造成部分炮點(diǎn)位置不準(zhǔn)確,致使炮檢點(diǎn)空間屬性發(fā)生變化,致使靜校正效果不佳,也會(huì)導(dǎo)致假的地質(zhì)構(gòu)造。首先對(duì)炮檢點(diǎn)關(guān)系進(jìn)行錯(cuò)誤檢查,主要加載上單炮偏移曲線,偏移曲線與初至無(wú)錯(cuò)位時(shí)才正確。由于本工區(qū)目的層較淺,錯(cuò)炮檢查完后保證目的層的有效覆蓋。

工區(qū)低降速帶橫向變化快,對(duì)地震波的能量吸收和衰減效應(yīng)強(qiáng)烈,導(dǎo)致地震波的初至能量弱,不清晰,目的層反射波同相軸不連續(xù)、信噪比低,使得最終疊加和偏移成像效果差,限制了地震資料解釋成果的精度。因此如何消除地表降速帶在成的長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正問(wèn)題,是地震資料最終品質(zhì)好壞的基礎(chǔ)。根據(jù)層析靜校正調(diào)查,本區(qū)折射層位基本穩(wěn)定(圖3淺部區(qū)域?yàn)榈退賹?,全區(qū)基本穩(wěn)定,并且厚度變化不大),因此選定折射靜校正方法。此方法最大的優(yōu)點(diǎn)和前提是折射層穩(wěn)定,有大量穩(wěn)定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì),有效解決大部分的長(zhǎng)波長(zhǎng)靜校正量問(wèn)題。

圖3 低速帶情況

圖4 折射靜校正前后單炮資料

2.3 疊前去噪

地震勘探采集的單炮中包含有所有接收到的信號(hào)(噪聲和有效信號(hào))。噪聲大體主要?dú)w納為兩類(lèi):隨機(jī)噪聲和相干噪聲。相干噪聲包括線性干擾、交混回響和多次波,陸地地震資料的相干噪聲主要有多次折射、線性干擾、面波等[3-6]。

圖5 噪音壓制前后單炮資料

通過(guò)原始單炮資料分析表明,主要噪音為面波和與初至平行的強(qiáng)線性干擾。為此分別采用區(qū)域?yàn)V波與自適相干噪音壓制技術(shù),對(duì)面波以及強(qiáng)線性干擾進(jìn)行壓制。此種方法先在頻率域?qū)υ肼曨l率進(jìn)行分析,同時(shí)計(jì)算其視速度,根據(jù)準(zhǔn)確的頻率與視速度在其優(yōu)勢(shì)頻段內(nèi)建立初始模型,后將此噪聲模型與原始數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配,相似信號(hào)認(rèn)為其為噪音,將其壓制[7],壓制后單炮資料顯著改善。

2.4 綜合反褶積技術(shù)

合適反褶積方法和參數(shù)的選擇,可以有效壓縮子波,提高資料分辨率。由于淺部激發(fā)層位的變化,單炮間頻率差異明顯。如何有效消除差異是選擇合適反褶積方法和參數(shù)的目的。針對(duì)其特點(diǎn),選取單道預(yù)測(cè)反褶積有效提高單炮自身頻率,優(yōu)化頻寬,同時(shí)使用地表一致性反褶積調(diào)整整個(gè)工區(qū)單炮主頻趨于一致,提高整體分辨率。

在反褶積處理前(圖6a)激發(fā)層位好的區(qū)域,記錄品質(zhì)較高,頻率較低,激發(fā)層位差區(qū)域,頻帶寬度窄(圖7a),頻帶相較更低;通過(guò)上述反褶積處理后(圖6b)反射波組的同相軸連續(xù)性變好,主頻提高,激發(fā)層位較差區(qū)域,頻帶寬度明顯增加(圖7b),同時(shí)突出了中、深反射波地震信號(hào)質(zhì)量,資料主頻明顯提高,整體資料頻率趨于一致。

圖6 激發(fā)層位較好記錄去噪反褶積前后單炮、頻譜

圖7 激發(fā)層位較差記錄去噪反褶積前后單炮、頻譜

2.5 速度分析及成像

精確的速度場(chǎng)拾取和模型的建立,成為高分辨率成像的基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)前期處理過(guò)后的單炮,分選至CMP道集,將其應(yīng)用于速度譜計(jì)算,得到能量矩陣、超道集以及疊加段的數(shù)據(jù),對(duì)速度譜進(jìn)行準(zhǔn)確的初始速度拾取。其拾取前提是保證拾取的速度能夠?qū)MP道集拉平[8]。

圖8 速度譜分析圖

初始速度場(chǎng)建立,進(jìn)行疊加以及剩余靜校正處理,疊后剩余靜校正是為了解決剩余短波長(zhǎng)靜校正問(wèn)題(尤其在頻率低區(qū)域單炮記錄),后重新循環(huán)至速度拾取,直至速度拾取變化不大,為疊加和偏移提供準(zhǔn)確的速度[9]。

圖9顯示為最終偏移成像剖面,截取斷位于東區(qū)中部,解釋斷層為DF59,地震時(shí)間剖面上錯(cuò)斷了3-1、4-1、5-1和6-2中煤層,落差0~5 m,延展長(zhǎng)度約555 m。采掘巷道揭露落差4.9 m,驗(yàn)證準(zhǔn)確。

圖9 斷層DF59在時(shí)間剖面顯示

3 解釋成果及揭露情況

依據(jù)地震資料巷道成像的結(jié)果,在疊加時(shí)間剖面上巷道區(qū)域存在明顯的繞射波,地震時(shí)間剖面上本組和下組煤層反射波出現(xiàn)的錯(cuò)斷與扭曲及其下組反射波出現(xiàn)延時(shí)現(xiàn)象解釋巷道(圖10),在相干屬性平面圖上表現(xiàn)為線條狀的異常條帶(圖11),與實(shí)際巷道位置一致。

圖10 3-1煤層巷道在CL_NB時(shí)間剖面上的反映

本次勘探區(qū)共解釋斷層35條,可靠斷層16條,較可靠斷層6條,未評(píng)級(jí)斷層13條。按落差大小分類(lèi):落差≥10 m斷層1條(F8),落差≥5 m的斷層4條(DF47、DF53、DF59、DF87),落差<5 m的斷層30條。

在已采掘的3煤巷道中揭露的斷層情況與資料進(jìn)行對(duì)比,已驗(yàn)證5條,落差范圍0~5 m范圍之內(nèi),通過(guò)驗(yàn)證對(duì)比分析,各斷層產(chǎn)狀、位置與最終解釋成果吻合率82%以上。綜合認(rèn)為,本區(qū)勘探成果成像精度較高,能夠達(dá)到指導(dǎo)煤礦安全生產(chǎn)的需求。

圖11 3-1煤層巷道在相干屬性平面上的反映

4 結(jié)論

塔拉壕煤礦三維地震勘探精細(xì)處理證明:有效的炮偏糾錯(cuò),合適的靜校正方法,適用的疊前去噪,以及合適的預(yù)測(cè)反褶積加地表一致性反褶積方法和參數(shù)的選擇,有效消除單炮頻率之間差異,精細(xì)的速度拾取,能有效的保證資料信噪比,并極大的提高地震資料的分辨率,為后期資料成像打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),并得到可靠的解釋成果,為礦井安全生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用和實(shí)踐,形成了適合本區(qū)域的處理方法,為以后相似特點(diǎn)區(qū)域勘探工作的開(kāi)展提供一定的依據(jù)。

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