高分辨地震技術(shù)在煤田勘探中的應(yīng)用

侯杰

（東方地球物理公司遼河物探處物探方法研究所，遼寧 盤(pán)錦 124010）

高分辨勘探無(wú)論從地質(zhì)效果，還是儀器設(shè)備、方法技術(shù)都已取得很大的進(jìn)展，人工激發(fā)的彈性波在地下不同介質(zhì)中的傳播，野外采集可以獲得更高分辨率和保真度的地震資料，能反映出不同波速和密度界面的地下構(gòu)造，及與圍巖有差異的異常體的分布位置。

1 煤田勘探現(xiàn)狀與問(wèn)題

經(jīng)過(guò)十幾年的大力發(fā)展，中國(guó)煤炭地震勘探從無(wú)到有，從二維到三維，地震采集、處理和解釋技術(shù)有了大幅度提高，成為煤炭資源綜合勘探不可或缺的重要手段，特別是三維地震勘探技術(shù)的推廣應(yīng)用，地震勘探的精度和分辨率大大提高，三維地震取得的地質(zhì)成果得到了廣大煤炭企業(yè)和社會(huì)的一致認(rèn)可，成為我國(guó)煤炭生產(chǎn)、建設(shè)、安全所必須的重要手段。但是受地質(zhì)報(bào)告精度的影響，一些礦井工作面布置不合理、個(gè)別礦井遇地質(zhì)構(gòu)造后，巷道、礦井突水被淹，安全效益差。因此提高新建礦井及生產(chǎn)礦井地質(zhì)勘探的精度，成為煤田地質(zhì)勘探迫在眉睫的課題。

1.1 常用勘探方法

地震勘探主要應(yīng)用于細(xì)小構(gòu)造、采空區(qū)、老窯巷道、陷落柱；地面電磁法主要用于工作面及相鄰區(qū)域水文地質(zhì)條件探查、老窯勘察、采空區(qū)探查、煤礦水文地質(zhì)補(bǔ)充勘察、含水陷落柱勘察、火燒區(qū)勘察；礦井全方位電磁法用于掘進(jìn)工作面超前探測(cè)、巷道頂?shù)装搴畬由疃燃案凰秶綔y(cè)、回采工作面頂?shù)装甯凰畢^(qū)域探測(cè)。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中仍有許多問(wèn)題沒(méi)有解決，不能很好地滿足煤礦生產(chǎn)安全及高產(chǎn)高效的要求，同時(shí)煤炭生產(chǎn)企業(yè)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)又提出了更高的要求。這就需要我們繼續(xù)進(jìn)行深入研究。為此提出了精細(xì)地震勘探技術(shù)，以滿足煤炭資源勘探和煤礦建設(shè)、生產(chǎn)、安全日益增長(zhǎng)的需求和地震勘探技術(shù)發(fā)展的需要。

1.2 煤田勘探的技術(shù)需求

（1）預(yù)測(cè)煤層埋深、厚度及厚度變化趨勢(shì)。

（2）分辨褶皺、向斜、背斜及煤層的分叉、合并區(qū)域形態(tài)。

（3）識(shí)別和描述小斷層，小斷塊及其構(gòu)造形態(tài)。

（4）探測(cè)地下老窯、廢棄巷道位置。

（5）識(shí)別采空區(qū)、巖溶塌陷區(qū)、陷落柱。

1.3 煤田勘探存在的問(wèn)題

（1）觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題。觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)不充分，套用或延用固定的觀測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)象較多，野外變觀隨意性強(qiáng)，炮檢距分布不均勻。

（2）測(cè)量資料的準(zhǔn)確性問(wèn)題。施工炮檢點(diǎn)位移較多，后續(xù)成孔激發(fā)、接收工作跟不上，最終測(cè)量資料的準(zhǔn)確性值得思考。

（3）激發(fā)點(diǎn)布設(shè)及成孔問(wèn)題。很多勘探區(qū)工農(nóng)業(yè)較發(fā)達(dá)，工農(nóng)矛盾突出，各種障礙物影響激發(fā)點(diǎn)合理布設(shè)和實(shí)施。

（4）縱、橫向分辨率問(wèn)題?？v、橫向分辨率低，小斷層、小陷落柱等構(gòu)造存在遺漏現(xiàn)象。

（5）偏移成像問(wèn)題。有些地區(qū)構(gòu)造、煤層復(fù)雜多變，煤層傾角大，共中心點(diǎn)道集反射點(diǎn)散射問(wèn)題嚴(yán)重。

我國(guó)聚煤盆地類型多樣、構(gòu)造十分復(fù)雜，煤田地質(zhì)工作的難度很大，而對(duì)地質(zhì)報(bào)告精度的要求卻日益提高。

2 高分辨地震技術(shù)在煤田勘探的應(yīng)用

根據(jù)地震勘探原理，地震數(shù)據(jù)的頻率決定了縱向和橫向分辨率。菲涅耳帶的直徑?jīng)Q定了偏移前的橫向分辨率，而菲涅耳帶厚度決定了偏移前的縱向分辨率。

地震勘探數(shù)據(jù)的頻率對(duì)分辨率起著決定性作用。頻率越高分辨率越高，反之則越低。頻率的高低也決定著地震采集觀測(cè)系統(tǒng)的選擇、接收方式及處理時(shí)的技術(shù)運(yùn)用。所以，地震勘探數(shù)據(jù)的頻率是一項(xiàng)基礎(chǔ)性、決定性指標(biāo)。

圖 常規(guī)三維勘探與高分辨三維勘探的效果對(duì)比

3 室內(nèi)模型模擬煤田勘探能力

3.1 橫向模型分析

（1）設(shè)計(jì)高度2.5米的巷道在地震模擬記錄上是可以識(shí)別的。

（2）從射線追蹤的模擬記錄看，2.5米道距模擬結(jié)果比5米道距明顯。

（3）對(duì)于巷道中充填水或空氣，對(duì)模擬結(jié)果沒(méi)有明顯影響。

（4）在波動(dòng)方程正演結(jié)果中，10次覆蓋與15次覆蓋的模擬結(jié)果基本相當(dāng)。

3.2 縱向模型分析

（1）設(shè)計(jì)長(zhǎng)度100米的斜巷道在射線追蹤的模擬記錄上識(shí)別比較困難的。

（1）從射線追蹤的模擬記錄看，2.5米道距模擬結(jié)果比5米道距相當(dāng)。

（2）對(duì)于巷道中充填水或空氣，對(duì)模擬結(jié)果沒(méi)有明顯影響。

結(jié)語(yǔ)

目前的地震勘探技術(shù)可以較有效地識(shí)別、解釋斷距大于2米的斷層，可以識(shí)別長(zhǎng)軸長(zhǎng)度20m以上陷落柱，對(duì)各種形態(tài)的采空區(qū)有較準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。采用單個(gè)數(shù)字檢波器采集，可以盡可能接收地震波場(chǎng)全部有效信號(hào)，以獲取更豐富的原始資料信息。使用點(diǎn)源小藥量高速層激發(fā)，保證低噪聲環(huán)境接收，對(duì)保證原始資料品質(zhì)有較大的益處。采用高密度、寬方位、正交、對(duì)稱采樣觀測(cè)系統(tǒng)，滿足室內(nèi)各種噪音壓制處理技術(shù)的使用。精細(xì)的預(yù)處理、高精度動(dòng)靜校正、提高分辨率處理等技術(shù)對(duì)地震資料細(xì)節(jié)的體現(xiàn)起到至關(guān)重要的作用。地震多屬性分析是地識(shí)別煤層各種地質(zhì)現(xiàn)象的有效手段。

[1]劉俊友.浮動(dòng)基準(zhǔn)面DMO疊加處理山區(qū)高分辨地震資料[J].中國(guó)煤田地質(zhì).2002(01).

[2]黃永平.夏代學(xué).高分辨率三維地震勘探技術(shù)在莫北油田的應(yīng)用[J].CT理論與應(yīng)用研究.2002(02).

[3]吳有信.綜合物探方法在煤礦采空區(qū)及其含水性勘察中的應(yīng)用[J].工程勘察.2005(04).

[4]戴云,張建中,鐘本善,周熙襄.中國(guó)西北地區(qū)地震勘探資料處理中的兩大難題及解決方法[A].1999年中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)年刊--中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)第十五屆年會(huì)論文集[C].1999.