综合物探方法在岩盐矿普查中的应用_张晓丽.pdf

2023 年 2 月Feb.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.01.046综合物探方法在岩盐矿普查中的应用张晓丽（江苏煤炭地质物测队，江苏 南京 210046）摘要 为了满足日常生活和工业生产领域钠和氯的需求，岩盐矿的开采量日益增大，对勘探精度的要求也日益提高。但是由于物探方法存在多解性，仅仅采用单一的物探方法对岩盐矿进行普查，存在着一定的局限性。在对目的地区域地质、地震地质条件进行分析后，选用了纵波地震勘探与可控源音频大地电磁法相结合的方法对岩盐矿进行了普查，且 2 种方法相互验证，从而提高了勘查精度，避免了单一物探方法的多解性。最终基本控制了区内岩盐顶底界面赋存形态及赋存深度和区内主要断裂构造，为后期的开采奠定了坚实的基础。关键词 岩盐矿；纵波地震勘探；可控源音频大地电磁法；波组特征中图分类号P631文献标识码B文章编号1672-9943（2023）01-0149-040引言岩盐是化学工业领域大宗原料，它是民用和工业上众多产品要用的钠和氯的来源。故岩盐勘探技术的发展随着岩盐需求量的增大，在日常工业生产、生活中显得尤为重要。为了开拓市场，扩展二维地震勘探的应用领域，江苏煤炭地质物测队承担了山东省单县杨楼地区岩盐矿普查综合物探勘探工作。本项目结合了二维地震和可控源音频大地电磁测深 2 种物探手段，开展了岩盐矿的普查工作，2种方法相互验证，最终基本控制了区内岩盐顶底界面赋存形态、岩盐层顶底界面赋存深度和区内主要断裂构造。1勘查区概况1.1构造、地层勘查区中心位于山东省单县县城东南。本区大地构造位置位于华北板块（）鲁西隆起区（）鲁西南潜隆起（）菏泽兖州潜断隆（）黄岗潜凹陷（）的东北部。地层隶属华北地层大区（）晋冀鲁豫地层区（4）鲁西地层分区（410），为黄河冲积平原，被第四系所广泛覆盖。区内岩盐矿赋存层位为古近纪官庄群大汶口组，其盖层为新近系和第四系。下伏古近系呈单斜产出，走向北西，倾向南西，倾角 0.83.5，较缓。断裂构造较发育，主要为北西西向的龙王庙断裂、莱河-蔡堂断裂。矿层赋存于莱河-蔡堂断裂以西的断陷盆地内，矿层总体呈单斜产出，产状稳定，与地层一致，走向北西，倾向南西，倾角 25。1.2地球物理特征1.2.1地震地质条件含盐段之上主要岩性为泥岩与粉砂岩互层，含盐段之下主要岩性为砂岩，含盐段以石盐岩、含盐膏泥岩及硬石膏多旋回互层为主。石盐矿层的密度（2.38 g/cm3）比泥岩的密度（2.5 g/cm3）略小，但是其平均速度远大于泥岩，因此在含盐段顶部、底部能形成多组反射波1。在含盐岩内部，由于岩盐层间距小、地震信号波长大，分辨薄层能力差，仅当岩盐组间距大于地震信号一个波长以上时，才可能分别形成该岩盐层组顶、底界面的反射波。1.2.2电性地质条件纯的石盐层为高视电阻率，但经部分溶解即是强电解质。由于在岩层孔隙或裂隙水中石盐存在一部分水解为钠离子和氯离子游离在泥岩、砂岩等地层中，因此，一旦有盐岩存在时，钠离子的强导电性会使地层视电阻率呈现极低值2。从垂向上表现为“二高夹一低”的变化特征。2数据采集2.1测线布置方案为了更好地相互验证，勘查区二维地震测线与电法测线在同一位置布设，以 2 km2 km 网距布设，共 15 条。其中，主测线 10 条，近北东向；联络线5 条，近北西向。2.2采集前试验为得到高品质的原始单炮记录，在正式施工前需对激发井深和激发药量进行对比试验。通过不同井深和药量试验单炮记录的反射波主频、干扰波影能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.11492023 年 2 月Feb.,2023张晓丽综合物探方法在岩盐矿普查中的应用响、反射波能量、连续性、信噪比等因素的对比研究，最终确定最佳激发井深为 16 m，最佳激发药量为 1.5 kg。2.3采集参数本次地震采集采用 428XL 多道遥测数字地震仪，检波器型号为 PS-60A、接收频率 60 Hz，3 个检波器串联堆放。根据区域地质特点、目的层埋深情况和试验对比，本次勘探最终确定采集参数为：10 m道距、144道接收，炮距 30 m，中间激发双边接收；24 次叠加的观测系统，CDP 间距 5 m，采样率 1 ms，记录长度3 s；单井 16 m、药量 1.5 kg，地震勘探震源药柱，爆速大于 6 000 m/s。本次电法采集使用的是 GDP-32多功能电法仪，采集参数为收发距 6.07.0 km，发射电流 20 A，发射频率 0.1252 048 Hz；叠加次数为 1281 024次，每点 3 次重复观测，最大叠加次数达 4 096 次。3资料处理方法3.1地震资料处理方法勘查区地震测线资料品质总体良好，但面波和高频随机干扰偏大。资料处理要求是：消除面波和随机高频噪声干扰；以保真和提高分辨率为目的。主要有以下 3 个步骤：第 1 步，预处理。该过程包括对野外原始资料的解编、道编辑和剔除不正常道、去噪处理（消去面波、线性干扰、高频干扰等）、静校正、振幅恢复、反褶积、动校正等处理。通过这一系列处理过程，使地震资料在叠加前具备较高的信噪比和较宽的频带及较高的主频。第 2 步，试处理。该过程是根据测区地震资料特点及目的地质体的构造特征，在总体处理流程框架内，用测区中有代表性的测线进行试处理，检验流程中处理模块的类型及参数，达到模块和参数与地震资料处理效果相适应。通过试处理对处理流程中模块参数进行修改，同时对模块的搭配、增减、顺序调整做出最优的安排。第 3 步，批处理。这一个过程是建立在预处理和试处理基础之上，根据测试参数和处理流程对测区全部资料进行统一处理，使处理的结果在有效波能量、信噪比、分辨率等方面基本一致。3.2电法资料处理方法本次电法野外采集的数据质量较高，经过室内处理去除干扰因素，经反演计算形成视电阻率断面图。它可以较为直观地描述地下电性的变化情况。主要进行了以下处理：对野外采集的数据首先剔野值、去噪；编辑 STN文件，确定收发距以及发射和接收之间的相对关系；对编辑好的数据进行预处理，生成.AVG文件；静态校正及近场校正等处理；进行一维、二维反演成像处理。4资料解释方法4.1地震资料解释方法4.1.1层位标定本区反射波地质层位的确定，首先是根据对区内钻井的声速测井数据进行人工合成地震记录，如图 1 所示；然后再与过孔地震时间剖面进行对比，标定出时间剖面上反射波组与地质层位的对应关系，赋予地震时间剖面上反射波地质含义，从而完成层位标定。图 1钻孔合成地震记录4.1.2波组特征对比追综的目的层反射波主要有 3 组，如图 1所示。（1）TQ+N波：来自新近系底界面与下伏地层顶界面附近的反射波。新近系埋深较深，与下伏古近系地层为不整合接触，其波阻抗差较大，是良好的反射界面，可获得能量较强、可连续对比追踪反射波。（2）T顶波：来自古近纪官庄群（EG）大汶口组（E2-3d）上段底界面和中段顶界面附近的反射波。由于其反射界面附近岩性相似、波阻抗差异较小，致使反射波能量较弱，基本可连续追踪。本次解释以对 T顶波同相轴对比追踪，完成对岩盐顶界面赋存形态、构造的解释。（3）T底波：来自古近纪官庄群（EG）大汶口组声波曲线反射系数地震子波合成记录地震剖面TQ+NT顶T底1502023 年 2 月Feb.,2023（E2-3d）中段底界面和下段顶界面附近的反射波。由于其反射界面附近岩性差异、波阻抗差异较大，致使反射波能量较强，可连续追踪。本次解释以对 T底波同相轴对比追踪，完成对岩盐底界面赋存形态、构造的解释。通过对上述 3 组地震反射波的对比追踪，实现对地质界面的解释。4.1.3波组对比在完成时间剖面上目的层位标定之后，采用强相位和波组综合对比的解释方法，结合已知钻孔和地质资料，通过合成地震记录在地震时间剖面上对赋予地质含义的反射波进行对比解释。对比解释的原则是按照从已知到未知、由浅到深及交点闭合的前提对同一特征波组进行连续对比追踪。4.1.4速度的研究和利用地震勘查时深转换过程中的速度研究是十分重要的环节。为取得时深转换速度，以已知钻孔资料为基础，结合地震叠加速度进行速度分析后得出各目的层的平均速度，作为时深转换的依据。（1）新生界（Q+N）底界面平均速度变化范围为1 7501 800 m/s，其速度变化范围较小。（2）岩盐层顶界面上覆地层平均速度变化范围为 2 0002 200 m/s，岩盐层顶界面上覆地层平均速度变化范围为 2 3202 500 m/s，其速度变化范围也较小。4.1.5构造解释本次构造解释是依据地震叠加时间剖面资料。首先根据解释结果绘制完成目的层等 T0平面图，然后根据速度模型，按时深转换技术进行物探语言与地质语言的互换，完成各目的层等高线构造图。构造解释一般分为褶曲解释、断点解释与断层组合2 个部分。4.1.5.1褶曲解释完成对时间剖面上的同相轴标定以后，相应的同相轴便赋予了特定的地质层位的含义，通过对它对比追踪，实现地震对各目的层的构造解释。目的层同相轴的起伏变化，表明目的层埋深的起伏变化，反映出地层或地质层位的产状变化。4.1.5.2断点解释与断层组合（1）断点解释。时间剖面上的断点解释是依据地震时间剖面上 5 个标志来确定的：反射波同相轴错断；反射波同相轴数目突然增减或消失、波组间隔发生突然变化；反射波同相轴产状突变；反射波同相轴分叉、合并、扭曲、强相位转换等；特殊波的出现，如断面波、绕射波等。（2）断层组合。同一断层在相邻剖面上的断点性质一致，断点落差接近或有规律变化；同一断层在相邻剖面上的表现特征相似；断层连接和组合应符合区域构造规律；对落差不大、无法组合的断层，在地震线上标出断点位置、倾向及落差。从时间剖面上各波组的时差变化和相位连续性分析来看，勘探区内断层构造相对比较简单，总体断裂不甚发育，都为正断层。本次勘查通过对全区15 条地震、电法资料综合对比解释后，共解释断点25 个，组合断层 7 条，孤立断点 2 个。其中莱河-蔡堂断层为本区北部边界断层，走向为 NWW、落差大于 1 000 m，是全区控制落差最大的断层，为含岩盐层的分界断层，断层北部无含岩盐赋存，南部为含岩盐地层。在地震时间剖面上分别表现为 T顶、T底波组错断明显、特征清晰、控制可靠。4.2电法资料解释方法利用本区共布设的 12 条 CSAMT 测线的资料并结合钻孔进行层位标定与解释。解释过程中，根据地质任务中各项精度要求，重点对含盐地层反映极大的断层等地质现象进行分析。本区纵向电性分布由浅至深总体表现为高、中、低、中、高的电性结构。本次电法解释是以 Y4-2线上 YZK1 钻孔为出发点，得出其各电性层与其对应地层的组合关系，并以此为特征对其它线进行解释。Y4-2 线断面如图 2 所示。图 2Y4-2 线断面该断面纵向上从上至下可分为 5 个电性层：第一电性层：第四系地层，岩性主要有砂质粘土、粘土，粉砂、细砂、含砾中粗砂，自上而下颗粒由细到粗。电阻率值在 1220 m，厚度约为 150 m。第二电性层：新近系（N），岩性以褐黄、棕灰色粘土、粉质粘土为主。电阻率值在 412 m，厚度约 500 m。第三、第五电性层：古近系（E），上部和下部为YL1YL4YZK10-200-400-600-800-1 000-1 200-1 400-1 600-1 8003248648096112128144160176192208224240256272288304320336352道号含盐段标高/m能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.11512023 年 2 月Feb.,2023粉砂岩、泥岩不等厚互层，夹少量薄层泥灰岩，电阻率值在 24 m；中部为灰紫色泥岩、白云质泥岩、含沥青质钙质泥岩与灰白色、浅灰色硬石膏岩不等厚互层及石盐岩。电阻率值一般2 m，厚度约 400 m。由于含盐地层电阻率值普遍偏低，故无法详细划分含盐段位置。从钻孔柱状