三維地震勘探在煤礦開采中應(yīng)用效果

楊 劍

（甘肅煤田地質(zhì)局綜合普查隊(duì)，甘肅 天水 741000）

隨著采煤技術(shù)的發(fā)展，采煤機(jī)械化程度的提高，綜采技術(shù)大量應(yīng)用，提前掌握煤礦采區(qū)范圍內(nèi)煤層賦存情況及地質(zhì)構(gòu)造情況，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)效益意義重大，而三維地震勘探就是解決這一難題的有效手段，本次勘探承擔(dān)的地質(zhì)任務(wù)就是解決采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造問題。

1 概況

井田東北邊界以趙兒塔向斜軸為界，與羊場(chǎng)灣井田相鄰；正北以29勘探線為界與英子梁井田相接；東、南、西三面均以1層煤+600m水平煤層底板等高線在地面的投影線為界。井田為兩翼基本對(duì)稱的背斜賦煤構(gòu)造。

三維地震勘查區(qū)布置在碎石井背斜西翼的二煤+900m水平以淺范圍內(nèi)。北起27勘探線；南至24-Ⅰ勘探線；西部以二煤＋900m水平煤層底板等高線在地面的投影線為界；東部北段以Ⅰ火燒區(qū)的下傾邊界為界，東部南段界線在碎石井背斜軸以西約150m。

2 地質(zhì)概況

2.1 勘查區(qū)地層

井田內(nèi)絕大部分地層被第四系風(fēng)成沙層覆蓋，僅在大沙河兩側(cè)有中侏羅統(tǒng)地層零星出露?？碧絽^(qū)地層由新至老有第四系、下白堊統(tǒng)志丹群、中侏羅統(tǒng)安定組、直羅組和延安組，下侏羅統(tǒng)富縣組及上三疊統(tǒng)延長群。中侏羅統(tǒng)延安組為主要含煤地層。勘查區(qū)為碎石井背斜的西翼，基本為一單斜構(gòu)造，地層傾角15～36°，西傾，向深部地層傾角變大。

2.2 地震地質(zhì)條件

（1）地表?xiàng)l件

勘查區(qū)內(nèi)廣布相對(duì)高差為10m的沙丘，多系風(fēng)成壟狀及新月形流動(dòng)的沙丘，間有被植被固定、半固定沙丘，形成沙丘密布的地貌?？碧絽^(qū)地勢(shì)南高北低，相對(duì)高差約90m，地形起伏變化大，行車不便，給地震施工帶來較大困難。

（2）淺層地震地質(zhì)條件

井田內(nèi)第四系廣布，厚度變化大，為0.6～25m，平均8m，不含水。表層多為固定、半固定沙丘，中部為黃色沙土，底部為砂礫石及卵石層，其厚度在0～10m左右。成孔困難，對(duì)地震波激發(fā)與接收十分不利。

（3）深層地震地質(zhì)條件

勘查區(qū)含煤地層為中侏羅統(tǒng)延安組，劃分為上、下含煤段，共含煤四組（上、下含煤段各兩組），地層總厚度平均320.76m，含煤層數(shù)多，達(dá)20層。綜合分析區(qū)內(nèi)現(xiàn)有地質(zhì)資料，主要可采煤層與圍巖均具有明顯的物性差異，具備形成反射波的物性條件?？傊?，深層地震地質(zhì)條件較好，能產(chǎn)生較好反射波。

3 三維地震野外采集方法

3.1 激發(fā)與接收因素

采用wf-50風(fēng)水兩用鉆機(jī)鉆井，井深大于6 m單井激發(fā)，采用2～3kg藥量激發(fā)；井深3～5m，2井組合，藥量2×2kg；井深小于3m，3井組合，藥量3×1kg；個(gè)別地段適當(dāng)加大井深，建筑物附近采用深井小藥量激發(fā)。檢波器組合采用3個(gè)60Hz檢波器串聯(lián)組合，點(diǎn)式堆放，挖坑埋置。施工中盡可能采用深井激發(fā)以壓制面波及聲波的干擾，并避免在風(fēng)中作業(yè)以保障記錄面貌有較高的信噪比。由于面波及聲波均為規(guī)則干擾波，在資料處理中可以得到有效地壓制。

3.2 儀器因素

使用法國產(chǎn)428XL數(shù)字地震儀。施工前按規(guī)定對(duì)儀器進(jìn)行了年檢、月檢、日檢。檢查記錄合格。采樣間隔1ms，記錄長度1.5s，全頻帶接收。

3.3 觀測(cè)系統(tǒng)

采用8線10炮規(guī)則束狀觀測(cè)系統(tǒng)，分析本區(qū)地質(zhì)資料，選取CDP網(wǎng)格10×10m（橫向10m，縱向10m），疊加次數(shù)20次(橫向4次，縱向5次)，能夠達(dá)到完成地質(zhì)任務(wù)的目的。觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)為：觀測(cè)系統(tǒng)類型：8線10炮束狀觀測(cè)系統(tǒng)。CDP網(wǎng)格：10m×10m，接收道數(shù)：40×8 =320道。接收線數(shù)：8條。疊加次數(shù)：5×4=20次（縱向5次，橫向4次）。接收道距：20m；接收線距：40m。炮線距：20～60m，炮排距：80m。縱向最大炮檢距：780m；縱向最小炮檢距：0m。橫向最大非縱炮間距：310m；橫向最小非縱炮檢距：10m。最大炮檢距：839m。

3.4 三維地震采集效果分析

圖1 地震單炮記錄

單炮記錄面貌干凈，地震反射波能量強(qiáng)，波組特征清晰，有效波明顯，記錄頻率較高。

通過對(duì)剖面綜合分析、對(duì)比和解釋。T2、T7、T14的單斜形態(tài)對(duì)應(yīng)本區(qū)的單斜構(gòu)造，與鉆探揭示的構(gòu)造形態(tài)十分吻合。初步分析，三組（T2、T7、T14）反射波組分別對(duì)應(yīng)三組煤層（二煤、七煤、十四煤），波組特征與煤厚有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，T2波強(qiáng)相位對(duì)應(yīng)二煤厚煤層，T7、T14波較弱相位對(duì)應(yīng)七煤、十四煤層。單斜深部T14波尖滅特征對(duì)應(yīng)該地段十四煤煤層變薄區(qū)（110孔、2417孔地段煤層厚度小于1m）。

圖2 地震時(shí)間剖面

波組總體特征為：二煤層反射波能量強(qiáng)，信噪比高，波的連續(xù)性好，可做為本區(qū)的標(biāo)志層位。下組煤反射波能量弱，信噪比低，連續(xù)性差，與煤厚特征相關(guān)外，上覆厚煤層對(duì)下覆煤層的能量有一定的屏蔽作用。如圖2所示。

4 地質(zhì)成果

4.1 勘查區(qū)構(gòu)造分析

經(jīng)本次勘探，勘查區(qū)為一單斜構(gòu)造，全區(qū)共揭示斷層13條。發(fā)育7條逆斷層，6條正斷層。本區(qū)構(gòu)造比較簡(jiǎn)單。從地震構(gòu)造圖看出，勘探區(qū)為碎石井背斜西翼的單斜構(gòu)造帶，軸部寬緩，翼部變陡。背斜軸向南傾伏。補(bǔ)6勘探線以南含煤地層傾角10～21°，由南向北煤層傾角逐漸增大，補(bǔ)6勘探線以北傾角為20～28°；地層的走向與背斜軸基本一致，近南北向。

4.2 斷層驗(yàn)證情況

在11201工作面回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷掘進(jìn)過程中（具體位置見圖4），揭露斷層與地震解釋DF38斷層性質(zhì)、傾向、落差吻合較好。在三維地震時(shí)間剖面上，該斷層斷點(diǎn)反映清晰，斷層性質(zhì)明確，時(shí)差近10ms。構(gòu)造圖反映，斷層為正斷層，二煤斷層，斷層走向北東，斷面傾向南東，傾角65°，最大落差：9m。

圖3 斷層及火燒區(qū)在時(shí)間剖面上反映

圖4 DF38 斷層位置圖

4.3 地質(zhì)成果評(píng)價(jià)

查明了區(qū)內(nèi)煤系地層為一單斜形態(tài)。查明了區(qū)內(nèi)落差大于5m的斷層共13條。其中，DF38斷層的可靠性已經(jīng)巷道驗(yàn)證。控制了井田區(qū)內(nèi)主要煤層的底板標(biāo)高，并編制出二煤、七煤、十四煤的底板等高線圖，較好地反映出主要煤層的展布形態(tài)。并對(duì)煤層底板起伏形態(tài)進(jìn)行了描述。圈定了十四煤層無煤區(qū)邊界；并對(duì)各主要煤層的厚度進(jìn)行了解釋。根據(jù)地震資料反映，對(duì)主要煤層I號(hào)火燒區(qū)下傾邊界附近的構(gòu)造異常進(jìn)行了解釋。通過本次地震勘探，認(rèn)為區(qū)內(nèi)沒有幅度大于8m的褶曲，也未見古河床沖刷現(xiàn)象。

5 結(jié)論

本次三維地震勘探在設(shè)計(jì)、施工、資料處理、報(bào)告編制過程中，各種參數(shù)選擇和方法應(yīng)用均進(jìn)行了嚴(yán)格的論證和充分的試驗(yàn)，保證了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和報(bào)告編制各個(gè)環(huán)節(jié)的合理性。采用深井大藥量激發(fā)，高疊加次數(shù)（20次）保證了深部煤層反射波有足夠的能量，方法正確，效果顯著。資料處理中對(duì)各種參數(shù)的選擇進(jìn)行了反復(fù)試驗(yàn)，方法正確，流程選擇得當(dāng)，經(jīng)過預(yù)處理、常規(guī)處理獲得的數(shù)據(jù)體目的層反射波能量強(qiáng)，連續(xù)性好，構(gòu)造顯示清晰。地震資料解釋中充分利用處理后的地震信息，結(jié)合地質(zhì)、鉆探資料進(jìn)行多方位、多角度的綜合解釋，方法正確，控制的構(gòu)造精度較高，取得了較好的地震效果。