三維地震勘探在劉東煤礦徐雙樓采區(qū)的應(yīng)用

朱開成　展少輝　王玉玨

摘要：三維地震勘探技術(shù)自引入煤礦采區(qū)勘探以來，已在煤礦采區(qū)勘探中取得了顯著的地質(zhì)效果，其解決煤礦地質(zhì)構(gòu)造問題是一種行之有效的勘探手段，解決地質(zhì)問題的能力已為煤礦生產(chǎn)所廣泛證實(shí)。文章通過三維地震勘探在劉東煤礦徐雙樓采區(qū)的實(shí)際應(yīng)用，印證了三維地震勘探在解決采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造具有無可比擬的優(yōu)勢，在指導(dǎo)鉆孔布設(shè)及礦井生產(chǎn)建設(shè)是一種不可或缺的勘探手段。

關(guān)鍵詞：三維地震勘探；礦區(qū)地質(zhì)；觀測系統(tǒng)；采區(qū)

中圖分類號：P631 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）09-0112-03

劉東煤礦在不同時期、不同采區(qū)進(jìn)行了多次三維地震勘探，已在煤礦采區(qū)勘探中取得了顯著的地質(zhì)效果，其解決煤礦地質(zhì)構(gòu)造問題是一種行之有效的勘探手段。在指導(dǎo)礦井生產(chǎn)建設(shè)中，尤其是在該礦西北部徐雙樓采區(qū)進(jìn)行的三維地震勘探應(yīng)用，取得了豐富的地質(zhì)成果，顯示了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

1.1 地層

劉東煤礦位于淮北煤田中西部，在地層區(qū)劃分上屬于華北地層區(qū)魯西地層分區(qū)徐宿小區(qū)。本區(qū)基巖地層被第四系覆蓋。地層由老到新依次為：奧陶系（O1+2），石炭系（C2+3）、二疊系（P）、第三系（N）和第四系（Q）。

主要可采煤層賦存于二疊系的下統(tǒng)山西組和下石盒

子組。

1.2 構(gòu)造

本區(qū)主要為大中型NNE向褶皺和張性斷層，該礦處于陳集向斜東翼仰起端，總體上為一走向北北東向，傾向北西的單斜。地層傾角一般在10°～20°之間，該采區(qū)淺部傾角較陡，一般在25°左右，西北方向的深部傾角較緩，在7°～13°之間，傾角變化較大。

1.3 煤層

本區(qū)三維地震勘探的主要目的煤層為7煤和10煤。

1.3.1 7煤層。位于下石盒子組下部，分71和72兩組煤層，間距0～12.30m，平均5.50m，在地震勘探中通常復(fù)合成一組反射波。下距分界鋁質(zhì)泥巖24～60.50m，平均37.50m。煤層結(jié)構(gòu)簡單，局部含一層泥巖夾矸，偶見兩層夾矸。煤層厚0～4.39m，平均2.09m，屬中厚較穩(wěn)定煤層。煤層頂板以泥巖為主，粉砂巖次之，中部為少量砂巖；底板以泥巖為主，次為粉砂巖。

1.3.2 10煤層。位于山西組中部，上距鋁質(zhì)泥巖39～70m，平均55.5m；下距太原組第一層灰?guī)r40.5～65m，平均53.4m。煤層結(jié)構(gòu)簡單，以單一煤層為主，局部含一層泥巖夾矸，以中厚-厚為主，煤層厚度1.50～5.93m，平均2.95m，屬穩(wěn)定煤層。煤層頂板以泥巖為主，粉砂巖次之，少量砂巖；底板多為泥巖和粉砂巖。

2 野外工作方法

野外工作方法綜合考慮地質(zhì)任務(wù)、地形及諸多地下因素，充分利用高密度采集的面積接收技術(shù)和炮、檢點(diǎn)網(wǎng)格的靈活組合，獲得分布均勻的地下數(shù)據(jù)點(diǎn)網(wǎng)格及所要求的覆蓋次數(shù)，以保證較高的信噪比和分辨率，采用八線十四炮制中間激發(fā)束狀觀測系統(tǒng)。主要觀測系統(tǒng)參數(shù)如下：

3 資料處理

資料處理從原始數(shù)據(jù)解編到輸出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)體，中間要經(jīng)過真振幅恢復(fù)、速度分析、時間偏移等過程，最終可顯示為較理想的時間剖面圖。

3.1 真振幅恢復(fù)

由于大地濾波的作用，地震波在傳播過程中能量衰減很多，尤其高頻成份損失嚴(yán)重，另外，震源能量差異、檢波器耦合差異也會對有效波振幅產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致接收到的振幅不能真實(shí)地反映地下介質(zhì)的動力學(xué)特征及相互差異，我們采用地表一致性振幅補(bǔ)償對地震波能量加以恢復(fù)，使得淺、中、深空間能量得到了較好恢復(fù)，如圖1所示：

圖1 振幅恢復(fù)前（上）、后（下）單炮

3.2 速度分析

速度是地震資料處理的重要參數(shù)之一，其精度直接影響著疊加處理的效果。為了提高速度譜解釋的精度，首先進(jìn)行速度掃描，得到本區(qū)由淺至深的速度規(guī)律，然后以此為參考速度計算速度譜，速度譜的密度為100×100m，并且和剩余靜校正進(jìn)行二次迭代。

圖2 疊加速度譜圖

3.3 時間偏移

時間偏移采用三維一步法，步長16ms。通過對常規(guī)疊后偏移和疊前時間偏移對比發(fā)現(xiàn)，在正常施工地段疊前時間偏移效果較好，在復(fù)雜地帶構(gòu)造合理，斷層清晰，波組特征鮮明，便于目的層的識別和追蹤，從而提高了分辨率，但村莊變觀地帶和信噪比較低的地方變差，這些地方激發(fā)能量低是其一不利因素，地下層位的反射波較 弱是主因。

本次處理采用了常規(guī)疊后偏移和疊前時間偏移相結(jié)合的方法，提供了兩種偏移成果，這兩種結(jié)果各有優(yōu)缺點(diǎn)，在信噪比高的地方疊前偏移成相較好，斷層更加清晰，波組特征好，這對各種復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造認(rèn)識有利，在低信噪比地方和村莊附近疊后偏移好些，綜合應(yīng)用可能會取得較好效果。

3.4 時間剖面處理解釋效果顯示

經(jīng)反復(fù)測試、優(yōu)化處理參數(shù)，綜合處理后的成果時間剖面保真度高、信噪比和分辨率較高，地質(zhì)層位、構(gòu)造關(guān)系顯示清晰。如圖4到圖6所示。

圖3 疊后偏移（上）與疊前偏移（下）

圖4 7、10煤層反射波及斷層在時間剖面上的顯示

圖5 小斷點(diǎn)在時間剖面上的顯示

圖6 逆斷層在時間剖面上的顯示

4 地質(zhì)應(yīng)用效果

4.1 勘探前后構(gòu)造對比

通過三維地震勘探共解釋斷層90條，斷層走向北東向?yàn)橹?，其中：修改斷?條，新發(fā)現(xiàn)斷層85條；基本查明了7煤和10煤層賦存形態(tài)及斷裂構(gòu)造發(fā)育情況，取得了豐富的地質(zhì)成果，為煤礦井巷開拓和開采提供了較可靠的地質(zhì)依據(jù)。如圖7為10煤層三維地震勘探前后對比圖。

圖7 10煤層三維勘探前后構(gòu)造對比圖

4.2 利用振幅層拉平圖預(yù)測煤厚

三維地震勘探的另外一大優(yōu)勢和亮點(diǎn)，是可利用振幅層拉平圖對煤厚進(jìn)行預(yù)測。在地震地質(zhì)條件較好的區(qū)塊，利用振幅層拉平圖結(jié)合鉆孔標(biāo)定煤厚，成功預(yù)測了煤層厚度變化趨勢。在振幅層拉平圖上，顏色愈深振幅愈強(qiáng)，指示煤層較厚；相反，顏色愈淺振幅愈弱，指示煤層較薄。在煤礦三維地震勘探后期新施工的3個鉆孔中，4-8、5-8兩孔在層拉平圖上所在位置顏色顯示較淺，為淺黃色或灰白色，指示煤層較薄，鉆孔實(shí)際揭露的10煤層厚度分別為0.79m、0.53m；而6-8孔所處顏色為深紅色，顏色相對較深，指示為厚煤層，實(shí)際揭露的10煤層厚度為3.24m，均與振幅層拉平圖吻合相當(dāng)好。

5 結(jié)語

三維地震勘探能夠較好地解決煤礦地質(zhì)構(gòu)造問題，在地震地質(zhì)條件較好時，可利用地震反射波振幅的動力學(xué)特征對煤層厚度進(jìn)行預(yù)測，具有一定的參考價值。三維地震勘探雖在定性解決地質(zhì)構(gòu)造方面有很好的優(yōu)勢，但在定量解釋一些精細(xì)問題時，需要綜合利用多種勘探手段才能提高解釋精度，例如利用鉆探進(jìn)行層位標(biāo)定、利用電法進(jìn)行水文地質(zhì)勘探判斷斷層位置及導(dǎo)水性等。總之，三維地震只有同其他勘探手段相配合進(jìn)行綜合勘探，才會取得更加豐富、更加準(zhǔn)確、更加可靠的地質(zhì)成果。

圖8 10煤層振幅層拉平圖

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：朱開成（1964—），男，江蘇鹽城人，江蘇新光集團(tuán)副總經(jīng)理，工程師，研究方向：煤礦生產(chǎn)、地質(zhì)勘探技術(shù)管理和地質(zhì)災(zāi)害治理。

（責(zé)任編輯：文 森）