復(fù)雜地區(qū)三維地震勘探試驗工作的應(yīng)用與研究

梁逸群 賈愛芳 孫琴琴

（晉城職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西晉城 048026）

0 引言

復(fù)雜的地形、多變的淺、表層地質(zhì)結(jié)構(gòu)是三維地震勘探的難題。本次研究的區(qū)域?qū)儆诘湫偷纳絽^(qū)地貌，侵蝕沖刷劇烈，形成許多山梁和溝谷，在控制面積約2km2范圍內(nèi)，地表高差最大約460m。另外，勘探區(qū)內(nèi)地表主要分布為基巖、坡積物和黃土，且地表條件復(fù)雜多變。針對該區(qū)域地質(zhì)條件，制訂了詳細(xì)、系統(tǒng)的試驗方案，取得了良好的效果，取得的地質(zhì)資料精度較高，為下一步礦井建設(shè)提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)。

1 勘探區(qū)地質(zhì)概況及地球物理特征

1.1 地層

井田位于沁水煤田北部西緣平遙礦區(qū)東南部，勘探區(qū)位于井田中部，地形較復(fù)雜，侵蝕沖刷劇烈，形成許多山梁和溝谷，地勢總體上南高北低，最高點(diǎn)位于井田西南部山頂，海拔為1631.80m，最低點(diǎn)位于井田東北角溝谷中，海拔為1165.00m，最大相對高差466.80m。

根據(jù)井田內(nèi)鉆孔揭露和地表出露情況，現(xiàn)將地層由老到新分述如下:

奧陶系中統(tǒng)峰峰組（O2f）、石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b）、石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）、二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）、二疊系下統(tǒng)下石盒子組（P1x）、二疊系上統(tǒng)上石盒子組（P2s）、第四系中上更新統(tǒng)（Q2+3）。

1.2 構(gòu)造

井田總體為向斜構(gòu)造，向斜軸部位于井田東部，軸向北北西，地層傾向以向斜軸部為界，西部向東北傾斜，東部向西南傾斜，井田東部傾向小，5°～12°，西部傾角較大可達(dá)18°～21°。井田內(nèi)斷層較發(fā)育，斷層落差3m～60m，傾角40°～70°。井田內(nèi)發(fā)育有陷落柱。

1.3 煤層

勘探區(qū)內(nèi)主要目的煤層為10號煤層，位于太原組下段，9號、10號、11號煤層特征見表1。

表1 可采煤層特征表

1.4 地球物理特征

（1）表、淺層地震地質(zhì)條件

勘探區(qū)屬侵蝕強(qiáng)烈的中山區(qū)。地形比較復(fù)雜，溝谷縱橫，多形成不對稱“V”字形溝。山上多有植被覆蓋。地面坡度變化較大，此外，還有村莊等障礙物。復(fù)雜的地形條件，不僅給測線布設(shè)、野外施工帶來較大的困難，而且給資料處理增加了難度。因此，表層地震地質(zhì)條件差。

（2）中、深層地震地質(zhì)條件

勘探區(qū)內(nèi)主要目的煤層為10號煤層，位于太原組下段，且9號、10號、11號煤層間距較小，且厚度薄，很難形成各自獨(dú)立的反射波，在地震時間剖面上共同形成一組能量較強(qiáng)、波形較突出、可連續(xù)追蹤對比的復(fù)合波，是本次地震勘探的主要目的波，也是地質(zhì)解釋的依據(jù)，深層地震地質(zhì)條件較好。

2 三維地震勘探試驗工作

三維地震勘探作為一種高分辨率的勘探技術(shù)，其投入大，精度高，效果好，施工方法及采集參數(shù)的選擇對勘探效果、施工效率的影響至關(guān)重要，因此，在生產(chǎn)前必須作充分的試驗工作來選取最佳的施工參數(shù)和施工方法。針對勘探區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)，對激發(fā)井深、激發(fā)藥量等方面進(jìn)行了充分的試驗，確定了合理的施工參數(shù)，用于指導(dǎo)生產(chǎn)。

2.1 試驗點(diǎn)位的選擇

通過對勘探區(qū)詳細(xì)踏勘，就淺層地層結(jié)構(gòu)巖性而言，主要可劃分為三種類型:

黃土覆蓋區(qū):分布于村莊附近和山梁平緩處。

坡積物區(qū):主要分布于山梁斜坡處，面積不大，堆積厚度不大，極為松散，對地震波的激發(fā)與接收不利。

基巖出露區(qū):分布于測區(qū)的溝谷部分。

通過踏勘，選擇了3個有代表性的點(diǎn)位進(jìn)行試驗:

1號試驗點(diǎn)選在勘探區(qū)東南部中厚黃土區(qū)。

2號試驗點(diǎn)選在勘探區(qū)中西部薄黃土區(qū)及坡積物區(qū)。

3號試驗點(diǎn)選在勘探區(qū)西北部薄黃土區(qū)及坡積物區(qū)、基巖區(qū)。

2.2 試驗內(nèi)容

（1）激發(fā)層位（井深）選擇

在薄、中厚黃土覆蓋區(qū)分別進(jìn)行了相同藥量、不同激發(fā)井深對比試驗。

①中厚黃土覆蓋區(qū)（1號試驗點(diǎn)）

1號試驗點(diǎn)為山梁上黃土覆蓋較厚地段，黃土厚度0～15m，巖性為淺黃色砂質(zhì)粘土及淺紅色亞粘土。

試驗井深為:7m、8m、9m、10m、12m、13m，進(jìn)行單孔試驗以及組合孔試驗。

②薄黃土、坡積物覆蓋區(qū)以及基巖出露區(qū)（2號、3號試驗點(diǎn)）

2號、3號試驗點(diǎn)為薄黃土、坡積物以及基巖出露地段，黃土厚度0～3m，巖性為淺黃色砂質(zhì)粘土、淺紅色亞粘土及基巖;坡積物厚度0～2m。

試驗井深為:1.5m、2m、2.5m、3m，進(jìn)行單孔試驗以及組合孔試驗。

（2）激發(fā)藥量選擇

在2個試驗點(diǎn)處分別進(jìn)行了相同井深，藥量0.5kg、1kg對比試驗。

2.3 試驗成果分析

（1）激發(fā)井深的選擇

三維地震勘探施工中激發(fā)層位的選擇至關(guān)重要，合理的激發(fā)層位是良好采集資料的前提。

①在中厚黃土中激發(fā)，激發(fā)深度7m～13m，單井，藥量1kg，接收道距10m，排列長度790m。

由圖1可看出，在中厚黃土區(qū)，井深8m～9m成孔至基巖面，原始單炮記錄上煤層反射波信噪比高，連續(xù)性好，遠(yuǎn)道反映能量較強(qiáng);井深為10m時，成孔至淺紅色亞粘土層原始單炮記錄上煤層反射波反映明顯，遠(yuǎn)道反映能量較強(qiáng);井深12m～13m時，成孔至淺紅色亞粘土層單炮記錄與井深10m時的單炮記錄煤層反射波沒有明顯區(qū)別。

②在薄黃土及坡積物中激發(fā)，激發(fā)深度1.5m～2.5m，單井，藥量1kg，接收道距10m，排列長度790m。

由圖2可以看出，薄黃土及坡積物地段，井深2m～2.5m成孔至基巖面的原始單炮記錄煤層反射波信噪比高，連續(xù)性好，遠(yuǎn)道反映能量較強(qiáng);井深1.5m成孔至基巖面的原始單炮記錄煤層反射波信噪比較高，只是近道面波干擾較大。

③在基巖中激發(fā)，激發(fā)深度2m～3m，單井，藥量1kg，接收道距10m，排列長度790m。

由圖3可以看出，基巖地段，井深2m～3m成孔至基巖中的原始單炮記錄煤層反射波信噪比高，連續(xù)性好，遠(yuǎn)道反映能量較強(qiáng)。

（2）激發(fā)藥量的選擇

通過對主要目的煤層反射波開時窗200ms進(jìn)行了頻譜分析（如圖4），井深3m，藥量為0.5kg時煤層反射波主頻高、頻帶寬，主頻在60Hz左右，能量稍弱;藥量為1kg時煤層反射波主頻高、頻帶寬，主頻在50Hz左右，能量強(qiáng)。綜合分析，在基巖出露地段采用單井激發(fā)，藥量1kg。

（3）單井與組合井的選擇

通過對煤層反射波開時窗200ms進(jìn)行了頻譜分析（如圖5），單井，井深3m時煤層反射波主頻高、頻帶寬，主頻在50Hz左右;3m雙井組合時煤層反射波主頻低、頻帶窄，主頻40Hz左右。

綜合分析，在基巖出露地段采用單井激發(fā)，井深3m。

2.4 施工參數(shù)優(yōu)選

通過對試驗資料的成果分析對比，設(shè)計三維地震施工參數(shù)優(yōu)選方案如下:

（1）激發(fā)井深

①黃土覆蓋區(qū):

h黃≥10m，單孔，成孔至基巖面或紅色粘土層中50公分;

10m＞h黃≥7m，單孔，成孔至基巖面;

h黃＜7m，雙孔組合，成孔至基巖面。

②坡積物覆蓋區(qū):雙孔組合，成孔至基巖分化面下50公分。

③基巖出露區(qū):井深3m。

（2）激發(fā)藥量

單井，藥量1kg;

雙井組合，藥量1kg×2。

3 應(yīng)用實(shí)例

本次三維地震勘探，試驗充分，成果可靠，結(jié)論明確，制定的施工方案合理，技術(shù)措施方法得當(dāng)，野外施工嚴(yán)格，原始記錄質(zhì)量較好;水平剖面和縱橫向垂直剖面，目的層齊全，信噪比高，地質(zhì)現(xiàn)象清晰，斷層、陷落柱都有明顯的反映，取得了豐富的地質(zhì)成果。

資料經(jīng)礦方應(yīng)用驗證，證實(shí)了本次研究取得了良好的地質(zhì)效果。對煤層底板的深度和起伏形態(tài)進(jìn)行了很好的控制，構(gòu)造的解釋符合該區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)，據(jù)巷道揭露，已經(jīng)有多條斷層和多個陷落柱被驗證，提高了礦井的生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)效益。本區(qū)原來勘探程度較低，精查報告中斷層較少。本次共新發(fā)現(xiàn)斷層19條，其中Fd1、Fd5（如圖6）、Fd10、Fd14已經(jīng)被驗證;山西地區(qū)的陷落柱比較發(fā)育，而且膠結(jié)很致密，通過認(rèn)真分析，共查明了陷落柱7個，其中Xd1（如圖7）經(jīng)巷道揭露驗證。

4 結(jié)論

在復(fù)雜地區(qū)進(jìn)行三維地震勘探，在充分了解區(qū)域地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，對全區(qū)進(jìn)行全面的試驗工作，為下一步施工奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

（1）激發(fā)井深的選擇

良好的激發(fā)層位為三維地震勘探原始資料采集提供有力的保障。就本勘探區(qū)而言，中厚黃土覆蓋地段，單井，成孔至基巖面或紅色粘土;薄黃土覆蓋地段及坡積物地段成孔至基巖面或紅色粘土層50公分左右，雙井組合;基巖出露地段，單井，井深3m。

（2）激發(fā)藥量的選擇

適量的激發(fā)藥量可以提高原始資料目的層反射波的主頻率、頻帶寬度以及能量，通過對本區(qū)試驗資料分析，采用單井，藥量1kg;雙井組合，藥量1kg×2。

本次三維地震勘探工作中試驗工作充分，制定的施工方案合理，取得了較為滿意的地質(zhì)效果。為解決煤礦開采過程中遇到的構(gòu)造、煤層結(jié)構(gòu)和巖性變化等各種地質(zhì)問題提供可靠依據(jù)。

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