目前,我国西南地区煤层资源开发面临寻找煤层开发有利区和安全区两大挑战。滇东矿区地表是典型喀斯特地貌代表之一。矿区地表地形高差大、岩性变化大；地层倾角陡、煤层薄、地质情况复杂，是我国煤田勘探的难点之一。《滇东矿区喀斯特地貌高精度三维地震勘探技术研究》围绕影响喀斯特地貌条件下滇东矿区隐蔽致灾地质因素：小构造、煤层厚度、卡以头组砂岩富水性和煤层含气量，结合地震探测技术进行研究。以滇东矿区雨汪矿地震资料为基本素材，全面细致地介绍喀斯特地貌条件下的地震探测技术特征，重点分析滇东矿区野外采集、地震资料处理、地震解释方法的关键性步骤。同时，总结提升三维地震资料信噪比、改善静校正处理效果的技术流程和方法，结合支持向量机原理分析提高小构造解释精度的智能化解释方法，通过数值模拟和实际数据分析煤层厚度与地震振幅属性的关系并进行预测，通过岩石物理分析砂岩富水性和地震属性的关系，煤层气富集区的地震振幅随偏移距变化（AVO）响应特征，构建煤层含气量预测的技术方法。《滇东矿区喀斯特地貌高精度三维地震勘探技术研究》资料数据翔实、内容丰富，具有科学性、创新性、资料性和实用性。

第1章 研究概况
　　1.1 研究背景与研究意义
　　华能滇东雨汪井田位于富源县老厂煤矿区四勘探区西南部，属富源县十八连山镇及老厂镇管辖。井田范围呈北东向延展，东及东北部至4117勘探线，与白龙山煤矿毗邻，浅部（北及西北）以F1-19断层与地方煤矿为界，南东（深部）以F408断层为界，南及西部以四勘探区边界为界，井田走向长4.2～10.2km，倾斜宽1.8～7.1km。
　　雨汪煤矿一井地处十八连山山区，海拔1310～2018m，沿走向地势中间高两侧低，*低侵蚀基准面位于西南缘喜旧溪河谷，*大高差710m，地表植被较发育。地貌由高原剥蚀中山区与高原岩溶区两个地貌类型组合而成，受控于地质构造，山体延伸方向大致与地层走向一致，呈北东—南西向，山脊均由下三叠统砂泥岩及泥灰岩组成。地表永宁镇组（T1y）灰岩覆盖面积较大，灰岩覆盖区地貌上常表现为侵蚀、剥蚀峰丛、沟谷等。地层倾向与坡向基本一致，总体为同向坡地貌，属中山地形。原矿井地勘钻孔布置考虑地形因素影响施工，钻孔布置于山谷或地形相对平缓位置，钻孔间距大多大于500m，难以控制隐伏构造。以已施工的集中进风斜巷（贯穿101盘区2300m）为例，实际揭露地质构造复杂程度远超《云南省富源县雨汪井田煤炭勘探报告》所述，在中部约600m范围内揭露*大落差为57m的断层近10条，形成阶梯状地堑构造，地质情况相当复杂。
　　针对上述复杂的地质情况，围绕建设透明矿山、智慧矿井的要求，滇东矿区需要开展精细勘探。我国煤炭工业20余年的发展表明，采用先进的三维地震高分辨率勘探技术，是完成精细地质探查的一种有效手段。以往该区域仅做过地震勘探的探索和试验，受困于地质条件复杂一直未获得成功。该区域三维地震采集面临的主要问题有：①山区山高坡陡，沟壑纵横，地形起伏变化剧烈；②表层结构不稳定，地表地层岩性多变，低速层速度和厚度变化大。山区复杂的表层地震地质条件影响了地震波的激发和接收，因此各种干扰波发育，资料信噪比低。根据三维地震勘探技术的发展现状，通过低速带调查，分析起伏地表、浅层的速度横向变化；基于高分辨率的地震观测系统设计、高性能的数字检波器、先进的地震数据处理技术、大数据智能化的地震资料解译方法，滇东矿区开展高分辨率三维地震勘探成为可能。
　　针对研究区的复杂地震地质情况，通过开展高分辨率三维地震采集，可以获得高品质的原始记录；基于先进的三维地震处理技术，可以确保断层和褶*等地质构造准确成像与归位；基于支持向量机的智能解释方法，有效识别小构造；开展协克里金煤层厚度预测研究，预测主要煤层厚度变化；开展地震多属性精细构造解释，建立精细速度场，实现时深转换，获得主要煤层底板等高线；通过采用地震叠后反演获得波阻抗数据体，求得研究区内的速度、密度分布；通过建立煤层含气量与AVO属性之间的统计关系，预测煤层含气量；构建基于煤层起伏形态的资源量计算方法，计算得到煤层气资源量；基于地震资料的地质成果，开展煤层资源稳定性评价，分析主采煤层上覆异常富含水区域。
　　基于高分辨率三维地震勘探，从三维地震数据体中提取有效信息，进行多参数多手段解释，不仅能提供丰富的地质细节，还能多角度、多层次地提供高***的可靠地质资料，将煤矿复杂的地质信息透明化，极大地促进了煤矿的安全高效生产。
　　1.2 喀斯特地貌条件下采区三维地震
　　国内外研究现状1.2.1三维地震采集技术研究现状
　　俗话说，“上天容易，下地难”，由于地下是一个实体空间，人们想了解地下介质的构造、岩性等情况时，总是面临多方面的困难（王言剑，2007；Peter et al.，2002；Vermeer，2003）。19世纪中叶，R.马利特（Mallet）曾用人工激发的地震波来测量弹性波在地壳中的传播速度，这可以说是地震勘探方法的萌芽。后续的研究表明，地面激发的地震波，向下传播遇到岩性界面，反射地震波携带着很多与地层性质有关的信息，利用这些信息就可以知道地下地层的高低起伏情况，如是硬地层还是软地层，厚度如何，孔隙中所含的是石油、天然气还是水等。该工作为人们探测地下介质提供了一种新方法，从而*终形成现在的地震勘探技术。
　　虽然地震波勘探具有如此多的优势，然而要得到这些陆续从地下返回的地震波并将其展示出来绝非易事，这*先需要到野外将这些信息采集回来，也就是野外地震资料采集（Sheriff and Geldart，1995）。地震资料采集包括测量炮点检波点位置→利用炸药等方式激发出震源→埋检波器→布置电缆线至仪器车几个工序。测量任务是定好测线及爆炸点和接收点的位置。激发震源的方式有多种，如炸药激发震源、电源激发震源、重力震源等，其中炸药激发震源因宽频带、能量大而被广泛使用。地震波遇岩层界面反射回来被检波器接收并传到仪器车，仪器车将检波器传来的信号记录下来，这就获得了用以研究地下地质构造和岩性情况的地震记录（Hoover and OBrien，1982）。
　　上述过程中，采集设备和观测系统的设计是*为关键的两部分。这里主要针对观测系统的国内外研究现状进行描述。观测系统的设计实质就是根据勘探区的范围，设置好检波点、炮点的位置。一个好的观测系统应具备经济上廉价、采集资料上高效的特征，从而有利于后续的构造和岩性处理、解释。*初，地震波的记录主要是靠照相方法，此时设计的观测系统主要是一次覆盖，一般采用24道检波器接收，地震波的信噪比和分辨率均较低，由于仪器的落后，很多处理技术都没办法实现，如不能回放地震记录，在记录上无法进行静、动校正；另外，由于地震资料只能对主要反射层位做一些简单处理，因此资料成果的分辨率较低，只能探测尺寸较大的地质体。随着科技的发展，直到1954年W.哈 梅恩（W.Harry Mayne）提出了共中心点(common midpoint，CMP)的概念，并于1955年实现了模拟记录的静校正和动校正，从20世纪60年代开始，中国地震采集设备引入电子计算机，为多次覆盖技术、静校正、动校正的技术发展创造了条件。多次覆盖就是对地下同一地段进行多次重复性观测，该技术大大提高了地震资料信噪比及解决地质问题的能力。中国从20世纪70年代开始使用数字记录接收仪，至80年代之前，该阶段的二维地震勘探实现了多次覆盖，仪器的接收道数也较以往更长，为48～120道。在80年代末，采集方法除继续沿用多次覆盖技术外还开发了提高勘探准确性的三维地震采集技术。三维地震采集的数据能更好地解决复杂地质构造问题（陆基孟，2008）。随着生产的发展和需要，人们对三维地震勘探的地质要求也越来越高，即三维勘探不仅要达到更高的分辨率，更需要准确的构造成像；而且希望通过利用三维地震技术来探测岩性气藏（尹喜玲，2010；冷广升，2010；熊宗宫，2003），同时分析储层的各种属性，对油藏进行精细描述。这些对三维观测系统设计的精细程度提出了更大的挑战。观测系统设计在以前的基础上加入了对炮检距大小及其分布、偏移孔径、分辨率、采集足痕等因素的考虑。随着地震装备的进步，地震勘探系统也变得越来越庞大，对观测系统的要求也越来越高，观测系统的设计也就变得越来越复杂（Mortice et al.，2001；王海燕，2009）。
　　随着地震勘探技术的发展，产生了一些垂直观测的特殊地震勘探技术（Liner et al.，1999；程增庆等，2004；Volker et al.，2005；赵镨和武喜尊，2008；Li，2005），该方法是在井中观测地震波场，将地震检波器置于井中不同深度来记录地面震源所产生的地震信号，被称为垂直地震剖面（vertical seismic profile，VSP）。例如，刘洋等对三维VSP观测系统设计进行了分析，认为VSP观测系统取决于地面炮数、井下可利用检波器个数、井源距、检波点深度、炮点分布和检波点分布等方面，设计合理的观测系统能够改善井孔附近地层的三维成像效果。通常可以通过覆盖次数和井源距等面元属性参数来衡量三维VSP观测系统设计的合理性（刘洋等，2002）。王建民等（2007）通过研究得出检波器个数、井源距和观测面积三者之间的关系，井源距随检波点深度的增加而减小，观测面积则随之增大；PS波观测面积小于PP波观测面积；当检波器个数和炮点分布不变时，可以通过适当增加检波点间距使覆盖次数达到均匀；当炮点呈环形分布或束状分布且炮点间距与炮线间距相当时覆盖次数较为均匀，PP波、PS波覆盖次数的均匀程度基本相当。
　　由于宽方位三维观测系统有利于采集到相近的全三维波场，冯凯等对宽方位的三维观测系统进行了研究（冯凯等，2006），发现该观测系统具有如下优点：尽可能缩小观测系统造成的面元间的偏移距与方位角分布差异所带来的振幅异常，进而通过全三维数据处理与偏移，得到地下介质的准确成像（凌云研究组，2003）。唐建明认为，宽方位三维三分量勘探综合了宽方位纵波勘探和转换波勘探的优势，对于解决川西深层致密裂缝性气藏的勘探开发问题具有良好的应用前景，而宽方位三维三分量地震采集设计是采集到高质量多分量原始资料的技术保障（孙歧峰和杜启振，2011；唐建明和马昭军，2007）。为此，根据储层埋藏深、岩性致密的特点，结合地质任务要求，分析宽方位三维三分量观测系统设计的难点；然后通过观测系统参数的分析论证，确定同时适合纵波勘探和转换波勘探的面元尺寸、*大和*小炮检距、接收线距、束间滚动距等；通过针对目的层深度和纵、横波速度比的观测系统模板分析，确定观测系统的类型。基于上述分析设计三种观测系统方案，通过对三种观测系统方案的玫瑰图、CMP面元和共转换点（common converted point，CCP）面元属性、*大炮检距分布等的分析，确定适合的宽方位三维三分量观测系统，并利用正演模拟对其进行验证。将该观测系统应用于实际地震资料采集，获得的三分量资料波组特征清楚，同相轴连续性好，反射信息丰富；PP波剖面和PS波剖面反射层次清楚，目标层反射特征明显，构造形态一致性好。狄帮让等（2007）则通过物理模型，研究了宽/窄方位三维观测系统对地震成像的影响分析，得出如下认识：在上覆地层相对平缓、速度横向变化不大的地质背景下，通过采用CMP叠加偏移处理，宽方位和窄方位三维采集都能对地下目标实现基本正确的地震成像，且两者的成像分辨率基本相当。在复杂地表条件下，地表干扰源、障碍物等广泛分布，造成野外采集作业困难，这时需要进行观测系统的变观设计，陈学强和张林（2007）针对这种情况进行了研究，讨论了复杂地表条件对地震资料影响程度的定量分析方法，包括干扰的衰减分析方法、给地震数据加载噪声的分析方法、信噪比比值法，并分析了障碍物引起的空炮或空道对地震资料的影响程度。
　　综上所述，目前实践中主要以典型的物理点为依据对地震采集参数进行分析，然后将局部点分析的结果用于整个勘探区，采用一种近似或者折中的方案；在观测系统设计方面，通过CMP分析获得地下有效反射信息，并且以此为基础对实际反射点进行近似的描述（Sheriff，1997）。
　　观测系统是地震施工中的向导，为地震勘探技术指明了方向，决定着*终的勘探成果。多年来，地震勘探技术发生了巨大的变化，观测系统的设计也伴随着地震勘探技术的发展得到了更大程度上的优化（李万万，2008；晁如佑等，2010；李佩等，2010；彭苏萍等，2008；尹成等，2005；郭恒庆等，2007；左建军，2010；狄帮让等，2003）。随着勘探区越来越复杂，对地震采集参数分析和观测系统设计的准确性、真实性提出了更高的要求。然而，喀斯特地貌条件下的三维地震采集一直是我国西南煤田地质勘探的难点。雨汪煤矿地处滇东矿区，是我国西南地区喀斯特地貌条件下的代表性煤矿。
　　2008年，中国煤炭地质总局施工队伍在雨汪煤矿井田选取三个点放了三次炮，进行三维地震试验，认为需要16m井深，5kg药量才能取得有效波，三维地震勘探成本巨大。2014年上半年来自安徽、河北、陕西、山西的多家煤田地质局物探测量队等科研院所到滇东矿区，进行三维地震可行性研讨

目录
前言
第1章 研究概况1
1.1 研究背景与研究意义1
1.2 喀斯特地貌条件下采区三维地震国内外研究现状2
1.3 研究目标9
1.4 研究内容10
1.5 研究方法与技术路线13
第2章 雨汪煤矿地质特征与规律18
2.1 研究区概况18
2.2 基于地勘资料的地层框架及构造认识23
2.3 煤层35
2.4 含煤地层沉积环境37
2.5 卡以头组砂岩特征37
2.6 矿区瓦斯地质条件38
2.7 地震地质条件40
2.8 小结43
第3章 雨汪煤矿三维地震数据采集技术45
3.1 采集难点与对策45
3.2 观测系统设计与采集参数50
3.3 试验情况55
3.4 技术指标完成情况91
3.5 喀斯特地貌条件下的地震资料质量分析92
3.6 小结156
第4章 垂直地震剖面探测技术159
4.1 VSP探测项目概况159
4.2 雨汪矿区J1、J2、J3井VSP原始资料分析165
4.3 J1井零偏VSP资料处理172
4.4 J2井零偏VSP资料处理183
4.5 J3井零偏VSP资料处理196
4.6 J2、J3井VSP资料解释与综合分析209
4.7 小结228
第5章 高分辨率三维地震资料处理229
5.1 处理任务229
5.2 处理难点与流程230
5.3 静校正计算231
5.4 叠前噪声压制234
5.5 振幅补偿237
5.6 反褶积239
5.7 速度分析与自动剩余静校正241
5.8 偏移处理244
5.9 小结245
第6章 喀斯特地貌条件下三维地震勘探构造解释247
6.1 支持向量机二分类与粒子群算法原理247
6.2 层位标定及主要反射特征258
6.3 地震属性改进及优选261
6.4 断层识别272
6.5 基于支持向量机的地震构造解释成果平面成图277
6.6 构造解释成果280
6.7 小结296
第7章 基于波阻抗反演的雨汪煤矿含煤地层岩性分析297
7.1 煤层顶底板岩性测井统计297
7.2 基于测井约束的含煤地层波阻抗反演299
7.3 基于交会图分析地层岩性与波阻抗的关系321
7.4 卡以头组砂岩富水性趋势预测323
7.5 导水裂隙带发育规律326
7.6 C2、C3、C7+8、C9煤层合并分叉分析329
7.7 C2、C3、C7+8、C9煤层密度分析331
7.8 小结332
第8章 基于地震AVO技术的煤层含气量分布规律334
8.1 AVO反演原理334
8.2 基于地质模型分析AVO属性的影响因素340
8.3 AVO反演及效果分析354
8.4 C2、C3、C7+8、C9煤层吨煤含气量分布规律377
8.5 小结386
第9章 煤层资源稳定性及煤层气资源潜力评价388
9.1 煤层稳定性定性、定量评定388
9.2 煤层气资源潜力的计算方法389
9.3 基于地震数据的已知量的计算390
9.4 基于地震成果的可采煤层稳定性定量评价396
9.5 基于地震成果的煤层气资源潜力405
9.6 小结408
第10章 结论409
10.1 喀斯特地貌条件下高精度三维地震采集技术研究409
10.2 喀斯特地貌条件下高精度VSP勘探技术410
10.3 高分辨率地震资料处理技术研究411
10.4 基于机器学习的多属性地质构造解释技术研究412
10.5 含煤地层岩性分析413
10.6 煤层含气量的地球物理预测技术研究414
10.7 基于地震资料的煤层资源稳定性、煤层气资源潜力评价分析415
参考文献416