地震勘探法在山西省郭莊找煤勘探中的應(yīng)用

地震勘探法是勘測(cè)各種地下資源的重要手段。我國(guó)地形多樣，地質(zhì)條件復(fù)雜，地震勘探在煤田勘探方面發(fā)揮著更為重要作用，這對(duì)于緩解我國(guó)能源緊張，保證經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展有重要意義。

1、地震勘探原理概述

地震勘探法，就是利用地下密度的差異與介質(zhì)彈性，通過觀測(cè)和分析地質(zhì)對(duì)人工激發(fā)的地震波的響應(yīng)，采集相關(guān)數(shù)據(jù)，并推斷地下巖層的性質(zhì)和形態(tài)。人工激發(fā)的地震波在地下巖層中傳播過程中，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，其形態(tài)展現(xiàn)出某種動(dòng)態(tài)特征，如時(shí)間與空間的關(guān)系，以及振幅、頻率、相位等的變化規(guī)律。其中前者是地震波對(duì)地下地質(zhì)體的構(gòu)造響應(yīng)，后者則更多是地下地質(zhì)巖層的巖性特征。根據(jù)地震波的動(dòng)力學(xué)參數(shù)以及時(shí)間場(chǎng)理論和費(fèi)馬原理，就可以探究地下巖層的具體組成，并分析其結(jié)構(gòu)，如巖石彈性、巖性、密度、構(gòu)造歷史與地質(zhì)年代、埋藏深度、孔隙率和含水性、溫度和頻率等。將這些分析結(jié)果與煤田的固有性質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，就可以初步判斷煤田的埋藏深度、儲(chǔ)量、分布位圖等特征。目前常使用的勘探儀器是第三代勘探儀器即數(shù)字記錄地震勘探儀，它由地震檢波器、放大系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)等三部分組成。

2、地震勘探法在山西省郭莊找煤勘探中的實(shí)際應(yīng)用

2.1 地質(zhì)概括及地震地質(zhì)條件

郭莊煤礦位于太行山中段西側(cè)，長(zhǎng)治盆地西部，主體結(jié)構(gòu)位于武鄉(xiāng)一陽(yáng)城NNE向斷褶帶中段，晉獲斷裂帶西側(cè)，區(qū)內(nèi)主體構(gòu)造線向西緩傾，發(fā)育兩翼寬緩的褶曲。利用地震勘探法勘探的區(qū)域位于郭莊井田的北東部，底層走向?yàn)镹NW-SSE，傾向E，地層傾角一般小于10度，局部達(dá)到15度以上，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單。其地震地質(zhì)條件如下所述:(一)表層地震地質(zhì)條件。郭莊煤礦秉承太行山特色，地表少植物，土層為褐黃、棕黃色亞粘土。在較深處(5米)細(xì)砂層較多，空隙較大。在這種地表環(huán)境下，地震波的波速一般為300-700m/s，地震波損失較大，高頻信息嚴(yán)重衰減，因此該勘探區(qū)表層地震地質(zhì)條件較差。(二)淺層地震地質(zhì)條件。根據(jù)地質(zhì)資料及以往勘察結(jié)果，勘探區(qū)域?qū)儆诘谒南抵械闹懈陆y(tǒng)，其厚度大約在30m-150m，平均厚72.33m。巖土性質(zhì)較表層差別不大，主要由亞粘土構(gòu)成，同時(shí)夾帶中、細(xì)砂層，這構(gòu)成了一層較好的隔水層，且潛水面深度在18m-28m。根據(jù)小折射資料可知潛水層地震波速在1200-1800m/S之間。該層地震波衰減不嚴(yán)重，而且可以取得相對(duì)理想的目的層地震反射波組，因此該勘探區(qū)淺層地震地質(zhì)條件較好。(三)深部地震地質(zhì)條件?？碧絽^(qū)煤層埋深350-500m左右，其中煤層、砂巖、泥巖的地震波速分別為2000-2300m/S，3300m/S、2600’3200m/S，波阻抗較小，密度適中，地震地質(zhì)條件較好。

2.2 地震資料采集

地震勘探所使用設(shè)備如下:GQ Z240型地震儀，采樣間隔1ms，采樣長(zhǎng)度2S，采集道數(shù)128道，檢波器為kx60型垂直檢波器。另有淺層sWS-IAT_程數(shù)字地震儀1臺(tái)，無線遙控SDB2000爆炸機(jī)3臺(tái)，以及若干采集站、交叉站、電源站、地震電纜。采集過程如下:(一)獲取最佳激發(fā)、接收參數(shù)。由于地質(zhì)條件的不可預(yù)知性，需要通過實(shí)驗(yàn)獲取相對(duì)較好的激發(fā)以及接受參數(shù)。對(duì)于地震勘探法而言，激發(fā)孔深、藥量及組合孔數(shù)一般是最為重要的參數(shù)。郭莊煤礦地震勘探之前，設(shè)置了以下物理試驗(yàn)點(diǎn):激發(fā)孔深15m、18m、20m、25m、28m，激發(fā)藥量:1kg、2kg、2.5、3kg、3.5kg。對(duì)實(shí)驗(yàn)記錄進(jìn)行分析，確定須將激發(fā)點(diǎn)定在潛水層以下，避免有效波頻率的降低。為此將孔深定位于在18-28m.炸藥量2.5kg。其他主要參數(shù)如下:炮間距為20m，道間距為lOm，橫向覆蓋4次，縱向覆蓋4次，橫向最小偏移距5m，橫向最大炮檢距210m。(二)利用瞬發(fā)雷管和炸藥引爆后，采用SN388多道遙測(cè)地震儀512道全頻帶接收地震波信號(hào)。為了全面掌握勘探區(qū)內(nèi)表淺層低速帶的縱橫向變化情況，還進(jìn)行了低速帶調(diào)查工作。根據(jù)預(yù)測(cè)目的層的埋深和觀測(cè)位置等條件，利用公式求第一界面深度:其中為為折射波曲線的延長(zhǎng)線與時(shí)間軸交點(diǎn)之時(shí)間值。

2.3 資料處理與分析

郭莊煤礦地震勘探，是通過利用地震初疊時(shí)間剖面，結(jié)合疊加速度剖面判定煤層反射波位置，再通過資料處理人員進(jìn)行目標(biāo)性處理并進(jìn)行檢查、解釋、調(diào)整，最終獲得的成果用以指導(dǎo)煤田開發(fā)。(一)資料處理。郭莊煤礦勘探區(qū)域處于太行山區(qū)域，地形起伏較大，矯正難度大，而且由于地理?xiàng)l件限制，勘探區(qū)域內(nèi)單炮地震子波不一致，因此需做好振幅恢復(fù)和補(bǔ)償處理工作。首先需要對(duì)各種干擾波進(jìn)行有效地壓制，增強(qiáng)有效信號(hào)的能量，提高信噪比。在勘探區(qū)域內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)主要干擾源有面波、聲波、線性干擾、無線電干擾等，因此需要利用各種技術(shù)手段如數(shù)字濾波、陷波、內(nèi)切濾波除去干擾。另外，地震勘探法所采取的數(shù)據(jù)面較小，而由于太行山區(qū)斷裂構(gòu)造較復(fù)雜，采用疊前時(shí)間偏移可以有效避免NMO校正疊加所產(chǎn)生的畸變。因此本次勘探中采用了GEOcluster系統(tǒng)疊前克?；舴蚶@射積分法疊前時(shí)間偏移方法。(二)渡場(chǎng)分析。在本勘探區(qū)域內(nèi)，初至渡為直達(dá)渡、基巖面折射波、繞射波等的綜合反映。但是隨著炮間距的增大，能量有明顯衰減跡象。在非巖石地段，由于炮間偏移距較小時(shí)，直達(dá)波波速較低，能量較強(qiáng)，反射波受直達(dá)波干擾比較嚴(yán)重。有效地震波為T2、T6、T8等，其中T2波為黃色亞粘土底部砂巖地層界面的反射波，出現(xiàn)在T6波之前約450ms.大部分被干擾波干擾，能量若。T6波對(duì)應(yīng)于勘探區(qū)域的煤層，視頻率45-55Hz，其能量較強(qiáng)且連續(xù)性好，其近道出現(xiàn)的時(shí)間在700ms左右，顯示為二或三個(gè)正相位、兩個(gè)負(fù)相位的反射波形，是本區(qū)域地震勘探的標(biāo)準(zhǔn)波，也是主要目的波和最突出的反射波。T8波:對(duì)應(yīng)于石炭系太原組煤層，其有一定的聲波延遲，能量較弱，波形變化大，視頻率50-65Hz。最后是干擾波和聲波。聲波干擾不可避免，主要是炮井深度受到一定限制，不過經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采用悶井小藥量激發(fā)能有效降低聲波干擾作用。

3勘探成果及影響地震勘探的主要因素

利用地震勘探，本次取得以下成果:對(duì)煤層的層次構(gòu)造形態(tài)及煤層厚薄趨勢(shì)進(jìn)行了描述，特別是對(duì)郭莊東南300M處煤層變薄的情況做出了詳細(xì)解釋，分析了煤層中巖漿侵入情況，以及對(duì)疑似巖漿侵入異常進(jìn)行了解釋;在斷層和陷落柱的控制方面，發(fā)現(xiàn)陷落柱10個(gè)，差小于5m的斷層21條，小于10m的斷層74條，大于10m的斷層則有122條;煤層總體為單斜構(gòu)造.傾向NNE，走向NWW，地層傾角在2°-3°。但是影響地震勘探準(zhǔn)確性的因素仍然較為復(fù)雜。從野外數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)分析，影響地震勘探分辨率的主要因素之一是反射信號(hào)的帶寬，特別是信號(hào)的高頻成分的獲取。其中首要因素就是震源對(duì)分辨率的影響，因?yàn)檎鹪此ぐl(fā)出的地震波的波形和頻寬是提高記錄分辨率的基礎(chǔ)，炸藥震源被認(rèn)為是一種較好的震源，但是如何更好的對(duì)其進(jìn)行控制，并提高準(zhǔn)確率也一直是各方研究的課題。其次，地層特性對(duì)地震信號(hào)也有較大影響，因?yàn)榈卣鸩ㄔ诘貙又袀鞑ナ艿讲ㄇ皵U(kuò)散、吸收衰減效應(yīng)和界面反射等因素的影響。最后是檢波器對(duì)地震信號(hào)的影響，檢波器是人為的機(jī)械制造，其信號(hào)采集的精確對(duì)直接影響到地震勘探的準(zhǔn)確性。