淺層地震法在礦井不明老空區(qū)探測中的應(yīng)用

黎 靈

（1.煤炭科學(xué)研究總院 礦山安全技術(shù)研究分院，北京100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（煤炭科學(xué)研究總院），北京100013）

鄂爾多斯地區(qū)礦井早期多采用“房柱式”開采，礦井無圖紙、無記錄，已經(jīng)形成了分布廣泛的老空區(qū)，這給將來工作面布置和安全生產(chǎn)帶來較大隱患，還會造成地面交通干線和建筑物的損壞，嚴(yán)重危害人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

本文通過使用428地震儀，對鄂爾多斯某礦規(guī)劃開采的13102和13103工作面內(nèi)3號煤層老空區(qū)分布進(jìn)行地表探測，勘探劃定該區(qū)域老空區(qū)分布范圍，為礦井工作面布置提供了科學(xué)依據(jù)。

1 測區(qū)概況及地球物理特征

測區(qū)內(nèi)的地形特征為東北高、西南低，以風(fēng)積沙漠地貌為主，呈波狀起伏，微地貌形態(tài)有新月形沙丘、沙壟等，不利于地震波的激發(fā)和接收，地表淺層地震地質(zhì)條件差。

3號煤層厚度變化不大，煤厚為1.97～3.05m，平均厚度為2.72m，埋藏深度約為60m。煤層頂板巖性多為泥巖和砂質(zhì)泥巖，底板巖性以砂質(zhì)泥巖為主，局部為砂巖。3號煤與其頂、底板存在著明顯的波阻抗差異，在無采空區(qū)域能形成波形較穩(wěn)定的復(fù)合反射波，該反射波是本次勘探解釋采空區(qū)的主要依據(jù)。

2 淺層二維地震法勘探參數(shù)選取與方案設(shè)計(jì)

2.1 探測參數(shù)選取

淺層二維地震勘探觀測系統(tǒng)的選擇，主要是從空間采樣間隔、最淺目的層少受直達(dá)波的干擾、動校拉伸畸變不能過大及能夠保證速度分析的精度，以適當(dāng)?shù)母采w次數(shù)使有效波突出、能夠連續(xù)追蹤等方面綜合分析確定［1］。由于本區(qū)地層傾角較?。?°～3°），對于淺層二維地震布線方向沒有影響，本著有利于生產(chǎn)和解釋的原則，主測線方向基本平行于勘探區(qū)長邊界布置，聯(lián)絡(luò)測線垂直于主測線，中間激發(fā)。

1）CDP點(diǎn)距的確定：本區(qū)地層傾角1°～3°，3煤層埋深一般小于60m，考慮到本次勘探的主要地質(zhì)任務(wù)為采空區(qū)，精度要求較高，綜合上述因素選用接收道距4m，CDP點(diǎn)距2m。

2）疊加次數(shù)：本區(qū)表淺層地震地質(zhì)條件較差，要獲得較高信噪比和分辨率的資料，保證勘探效果，必須要有一定的疊加次數(shù)，經(jīng)過多次試驗(yàn)對比效果，本次采用12次疊加。

3）最大炮檢距、最小炮檢距的確定：最大炮檢距Xmax要考慮目的層埋深、動校正拉伸、分辨率、折射波的干涉等因素，本次取Xmax＝100m；最小炮檢距Xmin取決于最大炮檢距以及聲波、面波發(fā)育情況及目的層埋深等諸多因素，根據(jù)本區(qū)情況，本次取Xmin＝8m（圖1）。

圖1 觀測系統(tǒng)示意圖（48道接收，中間激發(fā)）

2.2 探測方案設(shè)計(jì)

本次老空區(qū)勘探淺層二維地震主測線線距不大于200m，每平方千米滿覆蓋剖面長度不低于5km。依此為依據(jù)，設(shè)計(jì)布置地震測線3條，測線長度2984m，剖面長度2156m，線上生產(chǎn)物理點(diǎn)303個（圖2）。

圖2 勘探區(qū)域及側(cè)線布置圖

3 資料處理與解釋

3.1 資料處理流程

本次淺層二維地震勘查區(qū)為典型的風(fēng)積沙覆蓋區(qū)，表淺層地震地質(zhì)條件相對較差，加之目的煤層埋藏很淺，致使其資料處理工作極為困難和繁雜。在大量試驗(yàn)處理反復(fù)分析的基礎(chǔ)上，確定了資料的常規(guī)處理流程（圖3），取得了良好的處理成果。

3.2 資料處理技術(shù)措施

本次處理疊前采用了靜校正、地表一致性反褶積、常速掃描、DMO處理技術(shù)，最大限度的提高了資料的分辨率，剖面質(zhì)量有了較大的提高。這主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1）去噪方法、參數(shù)選取適當(dāng)，疊前采用高通濾波使得面波得到較好壓制，疊后又采用隨機(jī)噪音衰減，提高了剖面的信噪比，能清楚的呈現(xiàn)出主要反射層的成像效果［2］。

2）疊前采用地表一致性反褶積技術(shù)，使剖面低頻干擾得到較好壓制，高頻信號得到補(bǔ)償，頻帶得到展寬。剖面分辨率高層次清楚［3］。

3）該區(qū)資料處理的難點(diǎn)主要是：有效波信噪比低，針對這一客觀因素，處理中我們采用了靜校正、3次剩余靜校正、3次速度分析；另外，采用了在噪音中提取有效信號特有技術(shù)，較好的解決了這一問題。

4）最終處理的剖面歸位準(zhǔn)確，目的層連續(xù)性較好、斷點(diǎn)清楚可靠，達(dá)到了“三高”處理目的。

3.3 資料解釋成果

二維地震勘探野外采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)的處理后，得到了分辨率較高的二維地震測線剖面。資料解釋工作，就是利用相應(yīng)的技術(shù)方法對剖面中所包含的地質(zhì)信息進(jìn)行提煉，將地震數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成地質(zhì)信息［4］。

圖3 淺層二維地震資料處理流程示意圖

測線的解釋主要依據(jù)疊加時(shí)間剖面及偏移時(shí)間剖面解釋，通過分析剖面解釋每條測線的正常賦煤地段及地質(zhì)異常段［5－6］。本次地震事件剖面主要表現(xiàn)為以下幾種情況：正常賦煤地段表現(xiàn)為各煤層對應(yīng)同向軸較為穩(wěn)定，連續(xù)性較好；采空區(qū)表現(xiàn)為煤層反射波突然消失或反射波非常凌亂、沒有成層跡象［7－8］；疑似采空區(qū)表現(xiàn)為煤層對應(yīng)反射波較為凌亂，頻率較低，較為傾向于采空［9－10］，如圖4。疑似采空區(qū)與正常賦煤地段反射波能量變化較為明顯，在采空區(qū)范圍煤層反射波能量明顯減弱，如圖5。由圖6可看出，煤層反射波的波形特征在正常煤層和采空區(qū)明顯不同。

把每條測線上的正常賦煤地段、采空區(qū)、疑似采空區(qū)根據(jù)一定規(guī)律分別連接在一起，就構(gòu)成了淺層二維地震解釋的平面圖，如圖7。

為準(zhǔn)確把握采空區(qū)邊界線，在物探采空區(qū)邊界處特施工23個地面鉆孔，驗(yàn)證采空區(qū)物探成果，23個鉆孔中有12個孔進(jìn)入采空區(qū)，11個孔向邊界外施工準(zhǔn)確把握了采空區(qū)邊界，為礦井工作面安全布置提供了重要依據(jù)，消除了13102和13103工作面老空隱患。

4 結(jié)論

1）采用淺層二維地震法對埋藏深度較淺的煤層采空區(qū)勘探具有良好的效果，準(zhǔn)確性較高，為礦井防止老空災(zāi)害提供依據(jù)。

圖4 SDL1線局部淺層二維地震解釋示意圖

圖5 時(shí)域平均能量圖

2）在使用淺層二維地震法勘察采空區(qū)中，人工錘擊可以成為較好的震源，疊加次數(shù)需根據(jù)具體工程地質(zhì)條件進(jìn)行試驗(yàn)確定，此次確定12次疊加，效果良好。

圖6 相似系數(shù)圖

3）淺層地震法探測采空區(qū)，剖面圖中煤層及采空區(qū)表現(xiàn)直觀，采空區(qū)分布范圍一目了然，具有良好的可視性。

圖7 地震平面解釋示意圖

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