礦井反射共偏移地震物探方法在探查井下斷層中的應(yīng)用

李 剛

(潞安集團(tuán)慈林山煤業(yè)有限公司 李村煤礦，山西 長(zhǎng)治 046600)

1 工程概況

李村煤礦于一采區(qū)東翼輔助回風(fēng)大巷南側(cè)設(shè)計(jì)布置回采工作面，現(xiàn)該采區(qū)東輔助回風(fēng)大巷在掘進(jìn)至170 m處揭露一條斷層，與之平行掘進(jìn)的采區(qū)在掘進(jìn)至174.5 m處同樣揭露一條斷層，根據(jù)斷層特征分析初步斷定回風(fēng)大巷與運(yùn)輸大巷所揭露的斷層為同一條斷層，該斷層傾向100°，傾角19°，落差約16 m。該斷層的延展情況影響工作面的布置，因此需采用礦井地震物探方法進(jìn)一步查明該斷層的延伸情況，為工作面的合理布置提供依據(jù)。

2 探測(cè)原理

本次所采用的礦井地震方法為地震反射共偏移方法，其探測(cè)原理是落差大于煤厚的斷層構(gòu)造使得煤層不再連續(xù)，錯(cuò)斷的巖層代替了煤層，斷層構(gòu)造的存在引起的煤體介質(zhì)彈性性質(zhì)明顯變化[1]：

1) 錯(cuò)斷的巖層代替了煤層，而巖層地震波速度、彈性系數(shù)一般要高于煤層，即巖層與煤層之間存在彈性差異。

2) 斷層帶附近的煤由于原生結(jié)構(gòu)被破壞，波速明顯降低，構(gòu)造應(yīng)力破壞程度不同導(dǎo)致煤的彈性也不盡相同，即在構(gòu)造影響下煤體產(chǎn)生了彈性差異。

基于上述煤體的彈性差異，地震方法得以應(yīng)用到勘探和分析斷層等構(gòu)造發(fā)育情況。

圖1 單邊排列多次覆蓋示意

保證排列移動(dòng)步距P小于反射段L時(shí)即可形成反射段重復(fù)即多次覆蓋。在煤礦井下探查時(shí)震源一般采用錘擊或放炮方式[2-4]。

3 現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)

為全面探測(cè)斷層在一采區(qū)東輔助回風(fēng)大巷南側(cè)的延伸情況，本次探測(cè)分別在采區(qū)東輔助回風(fēng)大巷和軌道大巷布置兩條測(cè)線，數(shù)據(jù)采集采用12道共偏移連續(xù)追蹤方式采集，在單邊排列調(diào)查的基礎(chǔ)上選擇出最佳的信號(hào)窗口。利用巷道內(nèi)幫采用放炮的方式激發(fā)，單孔裝藥200 g，I段毫秒瞬發(fā)雷管引爆。其中在東輔助回風(fēng)大巷第一炮對(duì)應(yīng)DH4測(cè)點(diǎn)前70 m位置，最后一炮對(duì)應(yīng)DH1測(cè)點(diǎn)前10 m位置。而軌道大巷則第一炮對(duì)應(yīng)SG5測(cè)點(diǎn)前75 m，最后一炮對(duì)應(yīng)SG5測(cè)點(diǎn)。按激發(fā)間距5 m，道間距2 m，偏移距10 m，步長(zhǎng)5 m順移前進(jìn)式觀測(cè)。為保證精度，實(shí)際計(jì)算時(shí)以實(shí)測(cè)點(diǎn)距代入運(yùn)算。探測(cè)測(cè)線布置及主要參數(shù)見(jiàn)圖2、表 1，原始波形見(jiàn)圖3、圖4。

圖4 軌道大巷原始波形

圖3 采區(qū)東輔助回風(fēng)大巷原始波形

圖2 觀測(cè)系統(tǒng)布置

表1 探測(cè)主要參數(shù)

4 數(shù)據(jù)處理

本次探測(cè)數(shù)據(jù)采用專用軟件處理，處理主要流程如下：信號(hào)錄入—格式轉(zhuǎn)換—預(yù)處理—數(shù)字濾波—修飾處理和形成偏移剖面，其中預(yù)處理包括文件拼接—道集重排—振幅平衡—靜校正—二次采樣等，修飾處理包括空間混波—T-p變換—平滑處理等。通過(guò)專用軟件處理求得直達(dá)縱波平均速度為3.5 m/ms。偏移成像處理的數(shù)據(jù)對(duì)象可以是單點(diǎn)共偏移數(shù)據(jù)或單邊排列多次覆蓋數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)時(shí)盡量以同樣的參數(shù)(偏移距、道間距和移動(dòng)步距)來(lái)采集數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算出總炮數(shù)、總道數(shù)和炮檢對(duì)應(yīng)關(guān)系。數(shù)據(jù)預(yù)處理做好之后，最關(guān)鍵的一步就是做出每個(gè)檢波點(diǎn)和激發(fā)的相對(duì)坐標(biāo)。

4.1 成像參數(shù)

本次采用的偏移成像參數(shù)如圖5、圖6所示，主要有：X軸向偏移范圍、Y軸向偏移范圍、X方向單元網(wǎng)格數(shù)、Y方向單元網(wǎng)格數(shù)、初始平均速度值、振幅計(jì)算方式以及延拓角等，其中偏移初始平均速度選取波場(chǎng)調(diào)查探測(cè)的參數(shù)v=3.5 m/ms。

圖5 采區(qū)東輔助回風(fēng)大巷偏移成像的參數(shù)設(shè)置

4.2 數(shù)據(jù)處理

在將探測(cè)范圍以單元格離散后如圖7所示，每一個(gè)單元格都可以看作波場(chǎng)中一個(gè)反射點(diǎn)，將這一點(diǎn)的反射時(shí)間域記錄經(jīng)過(guò)偏移轉(zhuǎn)換成深度記錄，由這一點(diǎn)對(duì)應(yīng)各炮點(diǎn)所形成的道集即為共成像點(diǎn)道集(空間域—空間域)。如上建一模型，反射點(diǎn)空間位置為(X0，Z0)，周圍介質(zhì)速度為V0。

圖6 軌道大巷偏移成像的參數(shù)設(shè)置

圖7 探測(cè)模型的離散化

本次物探圈定兩處異常區(qū)，見(jiàn)表2、圖8。

圖8 探測(cè)成果

表2 異常解釋成果

5 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)探測(cè)成果推斷巷道揭露斷層走向往西偏移，后經(jīng)在斷層?xùn)|邊布置探巷，巷道掘進(jìn)400余米所揭全煤，證實(shí)了探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，為礦井工作面布置提供了可靠的技術(shù)依據(jù)。