三維地震勘探法在煤礦采空區(qū)探測(cè)中的運(yùn)用分析

■王剛

（河北省煤田地質(zhì)局物測(cè)地質(zhì)隊(duì)河北邢臺(tái)054000）

三維地震勘探法在煤礦采空區(qū)探測(cè)中的運(yùn)用分析

■王剛

（河北省煤田地質(zhì)局物測(cè)地質(zhì)隊(duì)河北邢臺(tái)054000）

三維地震勘探法是一種集計(jì)算機(jī)學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)等為一體的重要勘探方法，其位置預(yù)測(cè)的可靠性更高，勘探圖像清晰度比較高。在煤礦采空區(qū)探測(cè)中應(yīng)用三維地震勘探法，可以準(zhǔn)確探測(cè)采空區(qū)范圍和位置，從而有針對(duì)性地采取防護(hù)措施，保障煤炭開采生產(chǎn)安全。本文簡(jiǎn)要介紹了煤礦采空區(qū)地球物理特性，分析了煤礦采空區(qū)應(yīng)用三維地震勘探法的基本原理，闡述了三維地震勘探法在煤礦采空區(qū)探測(cè)的具體應(yīng)用，以供參考。

三維地震勘探法 煤礦采空區(qū) 探測(cè) 運(yùn)用

1 煤礦采空區(qū)地球物理特性

煤礦采空區(qū)是指通過機(jī)采、炮采或者鎬挖等方法開采部分煤層或者全部煤層以后留下來的空間區(qū)域。當(dāng)部分煤層開采完成以后，煤層上方的地應(yīng)力無法到保持原有的平衡性，一部分覆巖層會(huì)逐漸發(fā)生變形或者位移，形成各種不規(guī)則裂縫，甚至發(fā)生嚴(yán)重的坍塌，出現(xiàn)破碎帶、裂隙帶和冒落帶[1]。不同煤礦的開采時(shí)間、開采厚度、煤層厚度和埋深都不同，這也使得煤礦采空區(qū)出現(xiàn)不同的存在形式，大多數(shù)的煤礦采礦區(qū)往往都填充著塌落的覆基巖或者地下水。

2 煤礦采空區(qū)應(yīng)用三維地震勘探法的基本原理

在煤礦采空區(qū)應(yīng)用三維地震勘探法，是基于不同介質(zhì)，其波阻抗不同的原理，反射波能量和波阻抗差異成正比例關(guān)系，不同介質(zhì)之間的波阻抗差異越大，可以獲得更好的勘探效果。煤礦開采之前，煤層具有低頻、低密度等特點(diǎn)，周圍圍巖和煤層之間的波阻抗差異比較大，探測(cè)反射波能量非常強(qiáng)。當(dāng)煤層之間被采空，采空區(qū)上覆地層密度比較低，煤層更加疏松，在應(yīng)用三維地震勘探法時(shí)，地震波的頻率、速度、能量等都會(huì)發(fā)生變化，并且通過分析其時(shí)間剖面情況，其存在著明顯的延時(shí)現(xiàn)象，頻率較低，波形異常，煤層反射波相位和相軸出現(xiàn)分離不連續(xù)[2]。

3 三維地震勘探法在煤礦采空區(qū)探測(cè)的具體應(yīng)用

在黃土高原西側(cè)有一個(gè)王家?guī)X煤礦，其位于侵蝕較強(qiáng)的中、低山地地貌區(qū)域，相對(duì)高差可達(dá)130m，地形復(fù)雜多變，淺表層地球物理特性相對(duì)較差，被大面積的黃土所覆蓋，煤礦區(qū)坡度比較陡。該煤礦地層從下到上包括：石千峰組、下石盒子組、疊統(tǒng)組、中奧陶統(tǒng)組、治里組等。該煤礦勘探區(qū)中包含3號(hào)和8號(hào)煤層，這兩個(gè)煤層之間的距離約46m，3號(hào)煤層平均厚度約6.65m，8號(hào)煤層平均厚度約2.45m，適合應(yīng)用三維地震勘探法進(jìn)行探測(cè)。通過運(yùn)用三維地震勘探法，全面了解煤礦采空區(qū)的構(gòu)造、目的層發(fā)育、地震地質(zhì)條件等情況。

運(yùn)用三維地震勘探法在煤礦采空區(qū)進(jìn)行探測(cè)時(shí)，設(shè)置8炮束8線狀觀測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合200m～400m埋深的煤層特點(diǎn)，偏移距約10m，通過50道進(jìn)行接收，由于該煤礦區(qū)的陡坡懸崖相對(duì)比較多、地形復(fù)雜多變，無法在正點(diǎn)實(shí)施炮檢點(diǎn)，適當(dāng)增加備用道數(shù)，用24次覆蓋結(jié)構(gòu)，確保煤礦采空區(qū)探測(cè)數(shù)據(jù)的全面性。通過噪音偏移和衰減、傾角時(shí)差疊加、速度分析、反褶積處理、靜校正、高通濾波、真振幅恢復(fù)、資料整理和分析等，提高探測(cè)數(shù)據(jù)的分辨率。地震波受到大地濾波影響，其傳播能量衰減較多，特別是損失很多的高頻成分。同時(shí)，檢波器震源能量差異會(huì)影響有效波振幅，使得振幅變化無法真正反映出地下煤層的相互差異和動(dòng)力學(xué)特性，應(yīng)運(yùn)用一致性地表振幅補(bǔ)償，恢復(fù)地震波能量。

以該煤礦區(qū)II采空區(qū)為例，其時(shí)間剖面上顯示：T2波相軸中斷、下凹，并且T2波具有不連續(xù)性，波形雜亂，呈現(xiàn)蚯蚓形狀排列，連續(xù)性較差，頻率很低，同相軸比較粗，中間區(qū)域時(shí)間延遲[3]。

在該煤礦II采空區(qū)運(yùn)用三維地震勘探法，通過分析方差、相位、頻率、波形、振幅等屬性，其中方差、弧長(zhǎng)和振幅對(duì)于該煤礦采空區(qū)的探測(cè)效果非常明顯。

根據(jù)該煤礦采空區(qū)振幅屬性，通過振幅切片可以分析反射波振幅強(qiáng)度，采空區(qū)上下巖層的波阻抗存在較大差異，振幅強(qiáng)度可以反映出上下兩層的巖性變化情況。這種振幅切片法在很大程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)解釋方法的一些問題，具有空間分辨率高、快速解釋、直觀清晰等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合煤礦采空區(qū)的屬性特征和地球物理特性，煤礦采空區(qū)的地震帶振幅比較低，從而探測(cè)采空區(qū)范圍。同時(shí)，煤礦采空區(qū)的方差屬性主要是對(duì)三維數(shù)據(jù)計(jì)算方差值，相鄰地震道和每個(gè)樣點(diǎn)的平均主值方差，利用加權(quán)歸一化，獲得求取值。方差屬性對(duì)于探測(cè)煤礦采空區(qū)的地層、采空區(qū)和斷層不連續(xù)的效果非常明顯，結(jié)合平均樣點(diǎn)主值和采空區(qū)樣點(diǎn)值之間的差值，準(zhǔn)確分辨和識(shí)別煤礦采空區(qū)。另外，煤礦采空區(qū)弧長(zhǎng)屬性主要反映了地震波的頻率和振幅變化，呈現(xiàn)出地震反射波波形特點(diǎn)，地震波振幅和頻率增大，會(huì)直接增大弧長(zhǎng)值，在煤礦采空區(qū)地震反射波頻率和振幅變化非常明顯，從而確定采空區(qū)位置。

4 結(jié)束語

煤礦采空區(qū)嚴(yán)重威脅煤礦的安全開采和生產(chǎn)，而從地震時(shí)間剖面角度考慮，煤礦采空區(qū)具有非常明顯的地球物理特點(diǎn)，如延遲、錯(cuò)斷、同相軸下凹等，通過運(yùn)用三維地震勘探法，可以有效提高煤礦采空區(qū)的探測(cè)效率和準(zhǔn)確度。

[1]何黃生.三維地震勘探在煤礦采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用分析 [J].能源技術(shù)與管理, 2012,02:60-61+74.

[2]霍軍鵬,周竹峰,王萬合.三維地震勘探技術(shù)在煤礦采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用 [J].黑龍江科技信息,2012,14:15-16.

[3]王馨茹,李雪梅,王曉雯.三維地震勘探技術(shù)在煤礦采空區(qū)的探測(cè)應(yīng)用 [J].能源技術(shù)與管理,2015,03:172-173.

P3[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-173-2