淺層二維地震在神府礦區(qū)探測采空區(qū)應用研究

摘要：闡述了淺層二維地震的原理及特點，通過對神府礦區(qū)地震地質條件、淺層二維地震勘探測線布置原則、觀測系統(tǒng)設計、資料處理、資料解釋、成果等分析研究，在神府礦區(qū)地震地質條件較為復雜的條件下，淺層二維地震探測采空區(qū)是一種可行、有效、準確的方法。

關鍵詞：神府礦區(qū);淺層二維地震;探測;采空區(qū)

引言：

神府礦區(qū)是國家規(guī)劃的13個大型煤炭基地之一，隨著技改工作的推進和一批新建大型礦井的建設，采空區(qū)所誘發(fā)的塌陷、礦震、有毒有害氣體涌出、水害、火災等問題成為困擾煤炭企業(yè)安全和可持續(xù)發(fā)展的重要問題。探測采空區(qū)最有效的辦法是地震勘探，但神府礦區(qū)青苗賠償難度大、火工品不易辦理，嚴重影響到地震勘探的周期，設置某些地區(qū)無法開展地震勘探。如何優(yōu)化地震勘探方式，使其可以正常開展且能夠達到探測精度要求。本文通過有針對性的優(yōu)化選擇二維地震測線布置方式、激發(fā)方式和觀測系統(tǒng)、優(yōu)化資料處理流程和解釋方法，成功解決了上述問題，部分資料得到甲方驗證，效果較好。

一、淺層二維地震原理及特點

（一）方法原理

淺層地震勘探是通過人工激發(fā)的彈性波在地殼內傳播，以此來探查地質構造。由震源激發(fā)的彈性波，從激發(fā)點開始，逐漸向外傳播擴散，當?shù)卣鸩ǖ膫鞑ビ龅綇椥越橘|不同的界面，界面對地震波有反射作用。采用高精度檢波器將由界面反射的彈性波產(chǎn)生的振動信號轉換成電信號，通過數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，由地震勘探測試儀經(jīng)過濾波、放大作用后，把信號記錄下來。對數(shù)據(jù)分析解釋以此推算不同地層分界面的埋藏深度以及產(chǎn)狀、構造等。常用于探測埋藏較淺煤層、采空區(qū)、火燒區(qū)、覆蓋層或風化殼的厚度，確定斷層破碎帶。

（二）方法特點

由于淺層地震探測深度不大、要求分辨率高，因此除要求震源有適當?shù)哪芰?、安全可靠和便于使用外，往往還要求采用能產(chǎn)生較高頻率成分的震源。常用的震源有：錘擊震源、雷管和炸藥震源、地震槍震源、電火花震源，此外還有一種振動頻率范圍和震動持續(xù)時間可以調節(jié)的可控震源，以及用于產(chǎn)生橫波和面波的各種專用震源等。檢波器是把地震波到達引起的地面微弱振動轉換成電信號的換能裝置，也稱拾震器。目前常用的檢波器主要由線圈、彈簧片和永久磁鋼架以及外殼組成。當?shù)卣鸩▊鞑サ降孛鏁r，檢波器隨之發(fā)生震動，由于慣性作用，其線圈和磁鋼將發(fā)生相對運動而產(chǎn)生和對應震動周期的電流信號，由地震勘探儀器將感應電流信號放大、顯示，最后記錄，以此來測得地震波。此外還有利用晶體壓電效應特性制成的晶體檢波器。①

在淺層反射波法現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集中，為了壓制干擾波和突出有效波，也可根據(jù)不同情況選擇不同的觀測系統(tǒng)，寬角范圍觀測和多次覆蓋觀測是使用最多的。寬角范圍觀測是將接受點布置在臨界點附近的范圍進行觀測，此范圍內反射波的能量比較強，并且可以避開干擾波的影響，對“弱”反射界面更有優(yōu)越性。多次覆蓋觀測系統(tǒng)就是把不同激發(fā)點、不同接收點上接收到的來自同一反射點的地震記錄進行疊加，這樣就可以提高信噪比和地震剖面的質量，也是目前地震反射波法中使用最廣泛的。淺層二維地震針對探測采空區(qū)及異常區(qū)的邊界及深度較為精確。②

二、地震地質條件

神府礦區(qū)位于陜西省神木市、府谷縣、內蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市，系侏羅系煤田

（一）表淺層地震地質條件

神府礦區(qū)陜北黃土高原之北側和毛烏素沙漠東南緣。區(qū)內大部屬風沙堆積地貌，沙丘、沙壟和沙坪交錯分布，植被稀少。局部地段溝壑縱橫，切割強烈，溝谷兩側基巖裸露，屬河流侵蝕地貌。不利于地震波的激發(fā)和接收，表淺層地震地質條件較差。

（二）深層地震地質條件

開采煤層多位于煤系上、下部位，煤系中部多為薄～中厚煤層，煤層結構簡單，主要可采煤層屬穩(wěn)定和較穩(wěn)定類型。主采煤層與其頂、底板存在著明顯的波阻抗差異，無采空區(qū)賦存的地段可形成波形較穩(wěn)定的對應反射波，是解釋采空區(qū)的主要依據(jù)。其余煤層形成的對應反射波可作為解釋采空區(qū)的輔助相位。深層地震地質條件較好。

總體來看，神府礦區(qū)屬于地震地質條件較為復雜的地區(qū)。

三、測線布置原則

淺層二維地震勘探觀測系統(tǒng)選擇主要是從空間采樣間隔、最淺目的層少受直達波的干擾、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?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。由于神府礦區(qū)地層傾角較小，對于淺層二維地震布線方向基本沒有影響，本著有利于數(shù)據(jù)采集和解釋的原則，測線方向基本垂直地層或構造走向。在地震測線布設方面重點要考慮盡量通過已知鉆孔和測線間距。在觀測系統(tǒng)選擇方面重點要考慮主要目的層深度、接收道距、最大最小炮檢距和疊加次數(shù)等。

依據(jù)以上原則，淺層二維地震布置如下：淺層二維地震線距不大于100m、道距4m、接收道數(shù)80道、排列長度： 320m、激發(fā)點距8m、激發(fā)方式：中間激發(fā)、疊加次數(shù)20次、最小炮檢距4m、最大炮檢距160m、檢波器組合方式為檢波器3個串聯(lián)，挖坑埋置。經(jīng)過試驗，選定人工落重激發(fā)，落重次數(shù)20次。

四、資料處理

（一）技術要求

1作好基礎工作，如幾何屬性建立，道編輯等。在資料數(shù)據(jù)處理中，選取適合本區(qū)資料特點的處理模塊和參數(shù)，堅持高分辨率資料處理，提高主頻，拓寬頻帶。主要處理模塊和參數(shù)均通過大量的對比試驗確定。突出有效波，提高資料的信噪比和分辨率。③

2在地震資料處理過程中，注重頻率和振幅的保真。

3盡可能拓寬地震信號的有效帶寬，選取適當?shù)姆瘩薹e類型及參數(shù)，最大限度提高資料的分辨率。

4進行精細靜校正，增強疊加效果，提高資料的分辨率。

5認真做好速度分析，盡可能加密速度點，嚴密控制速度的橫向變化情況。

（二）主要技術措施

資料處理應以高分辨率、高信噪比、高精度為目標，對各種參數(shù)，要進行充分試驗，從而確保最佳的處理流程及參數(shù)，獲得較好的地震剖面。

1數(shù)據(jù)處理中努力保持和拓寬地震信號的有效帶寬。

2保持地震信號的相對振幅和反映地層界面特性的動力學特征，以利于對采空區(qū)解釋。

3加強速度研究，利于地震資料的正確成像，并提高成像質量。

（三）采取的手段

為實現(xiàn)上述目標，數(shù)據(jù)處理中采取以下手段：

1在不損害有效信號的前提下，全力壓制各種噪聲，提高信噪比。

2在處理的全過程中，始終注意統(tǒng)一波形（做多道反褶積），對齊時間（做好速度分析和動、靜校正等），以保持采集的原始分辨率不因處理而降低。

3多次速度分析，提高DMO疊加成像質量。多通域地震道編輯，提高分辨率和信噪比。

4做好相位校正，使子波零相位化。

5加強對DMO速度的研究，利用射線追蹤法分析速度場，利用鉆孔與時間場的關系求取全區(qū)的等效偏移速度。

結語：

本文以再神府礦區(qū)淺層二維地震進行采空區(qū)探測為例，通過優(yōu)化數(shù)據(jù)采集方式、資料處理和資料解釋等手段，獲得了可靠的地質成果，為其他地區(qū)淺部煤層采空區(qū)淺層地震探測提供了參考性資料。

淺層二維地震抗干擾能力強，適用范圍廣，由于對采空區(qū)與正常煤層邊界反應敏感，在時間剖面區(qū)別明顯，增強了采空區(qū)解釋的可靠性，減少了采空區(qū)空間位置的不確定性，是一種可行、有效、準確的采空區(qū)探測方法。

參考文獻：

[1]張春燕? 三維地震勘探技術在采空區(qū)探測中的應用[J]，煤炭科技，2011（3）

[2]劉巖 采空區(qū)上的地震勘探方法[J]，科技資訊導報2007，（1）

[3]楊雙安，寧書年? 老窯采空區(qū)的地震探測與研究[J]，中國煤田地質，2004（2）

[4]王永剛? 地震資料綜合解釋方法[M]，北京，中國石油大學出版社，2007

[5]王振東? 淺層地震勘探應用技術[M]，北京，地質出版社，1988

作者簡介：

孫德泉（1965-），籍貫山東省淄博市，中國煤炭地質總局水文物測隊生產(chǎn)技術部部長。