淺析槽波地震對(duì)大斷層附近次生構(gòu)造的探測(cè)

馬 帥

(潞安集團(tuán) 地質(zhì)處，山西 長(zhǎng)治 046204)

1 勘探區(qū)地質(zhì)概況

該區(qū)域開(kāi)采對(duì)象為山西組中下部3號(hào)煤層，煤層賦存穩(wěn)定，平均厚6.29 m，含1層夾矸，分兩個(gè)自然分層，其結(jié)構(gòu)為6.29=1.50(0.01)3.58(0.10)1.10。煤巖類型為亮-半亮型煤，煤質(zhì)為SM-PSM。煤層傾角3～12°(平均7.5°)。老頂為粉砂巖，直接頂為泥巖及砂質(zhì)泥巖，偽頂為炭質(zhì)泥巖，直接底為泥巖及砂質(zhì)泥巖，老底為細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖。76-2號(hào)區(qū)段位于五陽(yáng)井田東南部邊界，其總回風(fēng)巷和膠帶巷延長(zhǎng)段兩條巷道已形成。76-2號(hào)區(qū)段總回風(fēng)巷掘進(jìn)過(guò)程中揭露斷層兩條，地面鉆孔揭露斷層1條。76-2號(hào)區(qū)段位于文王山北斷層附近，文王山北斷層是一條落差達(dá)500 m的區(qū)域大斷層，其附近可能有伴生斷層發(fā)育，見(jiàn)圖1。為了進(jìn)一步查明構(gòu)造發(fā)育情況，為下一步開(kāi)掘采提供依據(jù)，采用了槽波地震對(duì)76-2號(hào)區(qū)段進(jìn)行了勘探。

圖1 76-2號(hào)區(qū)段采掘工程平面

2 76-2號(hào)區(qū)段槽波地震勘探布置

2.1 儀器設(shè)備

本次地震探查采用分布式地震勘探系統(tǒng)和單分量傳感器組合進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。探測(cè)工作主要使用的儀器設(shè)備有：①YZD11礦用槽波地震電法儀1臺(tái)及相關(guān)配件；②檢波器類型：?jiǎn)畏至繖z波器270個(gè)；③采集基站18臺(tái)；④地震采集大線18根、啟動(dòng)線兩根。

2.2 工程布置

根據(jù)7616準(zhǔn)備工作面布置情況，布置探測(cè)測(cè)線總長(zhǎng)度為1 300 m，其中76-2號(hào)區(qū)段總回風(fēng)巷1 100 m、76-2號(hào)區(qū)段膠帶巷延長(zhǎng)段200 m?，F(xiàn)場(chǎng)探測(cè)分兩個(gè)階段布置：第一階段為76-2號(hào)區(qū)段膠帶巷延長(zhǎng)段200 m、76-2號(hào)區(qū)段總回風(fēng)巷730 m；第二階段為76-2號(hào)區(qū)段總回風(fēng)巷720 m。第一階段與第二階段重合150 m。

本次探測(cè)設(shè)計(jì)炮間距10 m，局部5 m，炮數(shù)146炮。共布置146個(gè)炮孔，布置如下：76-2號(hào)區(qū)段膠帶巷延長(zhǎng)段從巷道迎頭向北布置，共布置21個(gè)炮孔，編號(hào)為P1～P21；76-2號(hào)區(qū)段總回風(fēng)巷從巷道開(kāi)口向東布置，共布置125個(gè)炮孔，編號(hào)為P22～P146，從P60炮孔開(kāi)始，每5 m布置1個(gè)炮孔至P90炮孔，從P90炮孔開(kāi)始再按照每10 m布置炮孔，保證兩階段探測(cè)重合150 m。

檢波器布置：道間距10 m，煤層布置二分量檢波器，布置在距底板0.5 m高度位置，X方向指向巷道走向方向，Y方向垂直煤幫指向探測(cè)區(qū)域；頂板方向布置1個(gè)單分量檢波器，為Y方向垂直煤幫指向探測(cè)區(qū)域，76-2號(hào)區(qū)段槽波地震勘探布置見(jiàn)圖2。

圖2 76-2號(hào)區(qū)段槽波地震勘探布置

表1 槽波探測(cè)測(cè)點(diǎn)布置一覽

炮孔、雷管及炸藥參數(shù)：孔高為0.5 m；孔深為2.5 m；炮孔角度為俯角10°；孔徑以礦用風(fēng)鉆為準(zhǔn)(一般直徑為42 mm)，能放進(jìn)炸藥即可；雷管為同一批次、最小延時(shí)(I段)瞬發(fā)雷管(炮線由紅、灰色組成)；每個(gè)炮孔裝入300 g乳膠炸藥。

2.3 完成工作量

反射震波工作為76-2號(hào)區(qū)段膠帶巷和76-2號(hào)區(qū)段總回風(fēng)巷,探測(cè)工作量以布置檢波器為準(zhǔn)，累計(jì)長(zhǎng)度為1 425 m，其中反射震波總測(cè)線長(zhǎng)1 425 m。反射震波施工時(shí)激發(fā)點(diǎn)布置在76-2號(hào)區(qū)段膠帶巷和76-2號(hào)區(qū)段總回風(fēng)巷，第一次共計(jì)57個(gè)炮點(diǎn)，有效炮為57炮；第二次共計(jì)73個(gè)炮點(diǎn)，有效炮為67炮，無(wú)效炮孔為6炮。接收點(diǎn)布置于運(yùn)輸巷同一幫，第一次171道，第二次112道，有效道為110道(兩分量)，平均道間距為10 m。為保證精度，實(shí)際計(jì)算時(shí)以實(shí)測(cè)點(diǎn)距帶入運(yùn)算。單炮數(shù)據(jù)如圖3、4所示，可以看出單炮數(shù)據(jù)上縱波波速約為3 800 m/s，橫波波速約為2 200 m/s，并且出現(xiàn)巷道聲波，聲波波速為340 m/s。經(jīng)過(guò)槽波提取工作后，可明顯看到高頻槽波信號(hào)，其速度為900 m/s。

圖3 處理之前單炮記錄

圖4 槽波提取之后單炮記錄

3 76-2號(hào)區(qū)段槽波地震勘探成果分析

3.1 反射體波數(shù)據(jù)處理與分析

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行AGC(自動(dòng)增益控制)處理、頻率域?yàn)V波、二維視速度濾波、速度分析、疊加偏移等處理，得到了76-2號(hào)區(qū)段總回風(fēng)巷體波偏移成像圖見(jiàn)圖5。受礦井反射波探測(cè)信號(hào)有效窗口的影響，在測(cè)線淺部的縱橫波難以分離，同時(shí)也易受巷道直達(dá)波的影響，對(duì)于與測(cè)線相交的斷層，探測(cè)存在難度；圖中對(duì)于主回風(fēng)巷的斷層(76-2總回-1號(hào)斷層和五-201鉆孔斷層)均有所反應(yīng)，由此可見(jiàn)此次探測(cè)成果的可靠性較好；圖中共劃定8處連續(xù)強(qiáng)反射異常區(qū)，分別命名為異常1～8,異常區(qū)的圈定由其剖面同相軸相對(duì)的連續(xù)性進(jìn)行判斷。

3.2 反射槽波的處理與分析

根據(jù)槽波頻率高速度低的特征，采用波前擴(kuò)散補(bǔ)償-道內(nèi)平衡-一維濾波-道內(nèi)平衡-二維濾波的方法進(jìn)行槽波提取。綜合采取包絡(luò)計(jì)算、速度分析、包絡(luò)疊加及偏移成像等方法，得到反射槽波偏移成像圖，見(jiàn)圖6。

圖5 體波成像異常區(qū)

圖6 反射槽波偏移成像

槽波為沿著煤層傳播的地震波，其產(chǎn)生與傳播離不開(kāi)煤層，故其攜帶了大量煤層信息。當(dāng)煤層中出現(xiàn)大于煤厚的斷層時(shí)，槽波無(wú)法穿透，反射回接收處，對(duì)反射槽波進(jìn)行偏移成像可描繪異常地質(zhì)構(gòu)造。如圖6所示。圖中存在3處強(qiáng)能量區(qū)，分別為異常C1～C3，推測(cè)其為斷層的反射槽波成像結(jié)果；槽波傳播速度慢，受其有效窗口的影響及成像方向的影響，對(duì)于巷道內(nèi)已揭露的斷層難以分辨，這是與理論相符合的；受C1～C3異常影響，槽波在此處反射，而無(wú)法繼續(xù)向前傳播，造成對(duì)于深部無(wú)槽波信號(hào)，對(duì)于探測(cè)深度造成限制，這是與反射槽波探測(cè)理論相符的情況。

3.3 綜合分析

綜合以上推斷解釋并結(jié)合有關(guān)地質(zhì)資料，考慮到礦井地震的多解性及異常區(qū)的分布位置，劃定8條可能的斷層，如圖7所示，斷層WT-1為76-2區(qū)段總回-1號(hào)斷層，其呈現(xiàn)東南走向延伸；斷層WT-2為五-201鉆孔斷層；斷層WT-1和斷層WT-2處于地震測(cè)線位置，且與測(cè)線呈大角度相交，在此情況下，斷層反射波較難接收到，故上述已部分揭露斷層的具體走向可靠性一般；斷層WT-3預(yù)計(jì)最大落差18 m左右，從反射槽波中發(fā)現(xiàn)其能量局部較弱，顯示其落差應(yīng)有一個(gè)逐步變化的情況，推測(cè)其落差逐步變小；斷層WT-4、斷層WT-5在反射體波和反射槽波中均有反應(yīng)，兩斷層呈東西走向延伸，其反射槽波能量強(qiáng)，落差應(yīng)明顯大于一個(gè)煤厚，故推測(cè)其落差為10～20 m，且從探測(cè)結(jié)果分析，兩處異常很有可能為同一條斷層；斷層WT-6在體波成像剖面上反應(yīng)為較為連續(xù)的同相軸，存在可能性一般，呈北東向延伸并逐漸尖滅，推測(cè)其落差約為0～6 m；斷層WT-7在體波成像剖面上反應(yīng)為較為連續(xù)的同相軸，延展范圍大，存在可能性較低，故在此將其分為1、2、3進(jìn)行解釋為3處成北東向的小斷層，預(yù)計(jì)斷層落差為0～5 m；斷層WT-8推斷為礦區(qū)邊界的文王山北斷層。

圖7 76-2號(hào)區(qū)段總回風(fēng)巷南側(cè)地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)地質(zhì)綜合解釋

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)在五陽(yáng)煤礦76-2號(hào)區(qū)段開(kāi)展反射法槽波地震探測(cè)，對(duì)文王山北斷層附近構(gòu)造發(fā)育情況有了進(jìn)一步了解，為該區(qū)段采掘工程設(shè)計(jì)提供了可靠地質(zhì)依據(jù)。