全数字高精度三维地震勘探技术

一、项目背景

据不完全统计，在煤矿重大事故中，与地质条件有关的各类重大事故占80%。

常规三维地震勘探技术存在4个方面的问题：精度不够，落差5 ～ 10米的小断层验证率44% ～ 67%，落差在3 ～ 5米的小断层验证率约为30%，直径大于30米的陷落柱准确率17% ～ 50%；大多数矿区在地震勘探中只取得上组煤层反射波，下组煤层反射波能量很弱，信噪比很低；难以细致辨别出煤层的厚度和顶底板岩性变化；煤炭瓦斯突出灾害、矿井水突出灾害、顶板陷落灾害已处于预测阶段，存在精度差、验证率低等问题。

基于常规三维地震成果存在的主要问题，物探研究院与淮南、淮北矿业集团合作，成功建立发展了一套崭新的适合煤矿采区精细勘探的全数字高精度三维地震技术。该技术可提升地震勘探纵、横向分辨率，有利于提高勘探精度和小构造识别能力；可提高资料信噪比，有利于提高下组煤层的成像精度；可实现宽方位角接收和高密度均匀采样，更有利于解决层间及顶底板岩性、瓦斯和矿井水预测等地质问题。

二、创新点及相关技术内容

1.创新点：形成了全数字高密度数据采集观测技术系列、全数字高密度煤炭三维地震高精度处理技术系列、“蚂蚁+”多属性融合的小断层精细识别技术系列。

2.技术内容

（1）高密度采集技术：研发多项采集专利技术，形成了全数字、宽方位、高密度煤炭三维地震采集技术。

（2）高精度处理技术：研发了多项处理专利技术，在静校正、去噪、叠前偏移等方面形成了一整套煤炭高精度处理技术体系。

（3）精细解释技术：以“蚂蚁+”多属性融合为核心的小断层精细探测技术；以谱距法反演、神经网络反演、波阻抗反演等为核心的煤厚预测技术。

（4）岩性反演技术：以叠后多属性反演精确预测顶底板岩性技术；以拟电阻率孔隙度反演、震电融合等为核心的煤层富水性及导水通道预测技术；以地质统计学反演、多属性反演和井约束下聚类分析技术为核心的火成岩侵入区探测技术；以叠前四参量弹性反演为核心的瓦斯富集区预测技术。

三、技术的先进性和实用性

1.采集

数字检波器灵敏度高、频带宽、动态范围大、相位延迟小、干扰能力强、层间信息丰富。

高密度采集采用16线×10炮×160道接收64次叠加三维观测系统，方位角较宽，炮检距横纵比为0.95。有利于小断层识别及复杂地质体成像；炮检距远、中、近分布均匀，有利于精确的速度分析，确保高频反射的叠加成像；从空间分布来讲，面元间的炮检距方位角一致性好，采集脚印小。

2.处理

全三维地震数据处理新技术包括：非网格层析静校正技术，FAMNDE高能噪声分频自适应模型法压制技术、F-x-y-o域最大似然准则L1模4D随机噪音衰减等特色去噪技术，宽带Butterworth子波反褶积、优化串联反褶积技术等特色反褶积技术，倍频子波压缩技术，OVT域五维叠前面元数据规则化技术，叠前深度偏移技术。

在地震地质条件较好的东部地区，可查出落差大于3米的断层，准确率可达85.71%，煤层厚度预测误差小于10%，可准确识别井下巷道、塌陷带位置，进一步提高煤层及围岩岩性、物性特征等预测精度。

3.解释

煤层厚度的地震预测方法：地震叠后反演技术（曲线多），谱距法反演煤厚技术（钻孔多），神经网络融合反演煤厚技术，利用地震沉积学+地震反演预测煤层厚度（方向）。

煤层及围岩岩性预测方法：地层岩性组合特征预测—估算地层的砂泥比。

煤与瓦斯突出高危带三维地震预测新技术：随着煤体结构破坏程度增加，煤层的体积密度、速度降低，自然伽玛减弱，声波时差增大，采用叠前弹性参数反演结合测井曲线约束预测煤体结构潜力很大。

4.应用

淮南矿区：施工常规三维地震勘探59个区块，面积305.226平方千米，主要针对C组煤层进行处理解释。通过多个煤矿33个区块内156个综采工作面的实践验证，上部13-1煤层三维地震解释成果，对于落差5米以上的断层解释的准确率达到66.67%，对于落差3～5米的断层解释的准确率达到51.67%；11-2煤层中3～5米断层解释的准确率为34.21%。2007年开始在丁集矿开展了煤矿高密度三维地震勘探，该技术成果在丁集矿7个工作面进行了验证，落差2米以上断层准确率达80%，遗漏的占20%。在顾桥矿北二采区1312（1）工作面，落差2米以上断层准确率达72%，遗漏的占28%。由此可见，高密度三维地震勘探可较好地提高小断层的解释精度。

淮北矿区：近20年来，常规三维地震控制面积551平方千米，2014年开始淮北矿业集团在孙疃、临涣、桃园、朱仙庄等矿实施了面积151.17平方千米、总物理点80多万个的全数字高密度三维地震勘探，取得了较好的应用效果。其中，临涣煤矿1061工作面经全数字高密度三维地震勘探后，解释落差2米以上断层26条，经巷道验证，准确断层21条，解释断层验证准确率达到80.77%，大幅提高了小微断层的验证率。

四、社会经济效益及技术推广

全数字地震勘探技术系列，即以全数字宽频高密度采集技术为核心，以特色“三高”处理技术（特色静校正、去噪、提频和叠前深度偏移）为基础，以属性解释和叠前反演为手段的综合技术方法和措施，是解决煤矿复杂地区问题的最好方法和技术。这仅仅是一个开始，全数字高密度三维地震技术将从我国东部向中西部以及其他构造类似地区进行大范围推广和应用。

全数字高密度三维地震勘探针对目标层具有高分辨率、高信噪比、高保真成像的技术优势，是识别小构造、多煤层和矿井下地质灾害（水、瓦斯）预测等的主要技术手段，也将为煤矿向智能化、数字化发展提供地质保障服务。

五、主要成果及奖项

全数字地震勘探技术系列共获得16件专利（4件发明、12件实用新型），取得5件软件著作权，发表论文16篇；2020年度荣获中国煤炭地质总局科技进步特等奖。