淺談西銘礦西十三采區(qū)三維地震勘探

王志剛

(山西西山煤電股份有限公司 西銘礦，山西 太原 030052)

礦井的煤層賦存、地質(zhì)構(gòu)造等開采條件與采區(qū)采掘布置、煤炭資源開采效率等生產(chǎn)情況息息相關(guān)，甚至能影響到礦井能否實現(xiàn)安全高效生產(chǎn)[1]。為掌握西銘礦西十三采區(qū)煤層賦存形態(tài)和影響煤層開采的地質(zhì)構(gòu)造情況，優(yōu)化后續(xù)采區(qū)采掘工程布置，保證工作面正常安全回采，確定采用三維地震的方法對西銘礦西十三采區(qū)進行提前勘探。

1 西十三采區(qū)基本情況

1.1 西十三采區(qū)基本情況

西銘礦西十三采區(qū)位于井田西北部，面積2.00 km2。地面位于候家山村東北，富家洼村西北，段家足村西南，局家洼村東南。井下南鄰西十二采區(qū)，東鄰千峰煤礦，北鄰、西鄰東曲礦尚未開采區(qū)域。根據(jù)采區(qū)內(nèi)鉆孔資料，2號煤層厚度為1.54～2.47 m，平均厚度為1.91 m，埋深430～510 m；8號煤層賦存于太原組，厚度為2.23～5.82 m，平均厚度為3.95 m；2號煤層與8號煤層厚度穩(wěn)定，層間距為80 m左右。水文地質(zhì)條件簡單，主要含水層為二疊系砂巖含水層組及第四系含水層，均為弱含水層，一般含水性弱，補給條件差，奧灰水水位標(biāo)高820～832 m，8號煤層底板標(biāo)高1 004～1 070 m，為非承壓開采區(qū)。預(yù)計2號煤層開采期間，正常涌出量為10 m3/h，最大涌水量為30 m3/h。根據(jù)相鄰采區(qū)開采情況，預(yù)測2號煤層絕對瓦斯涌出量為5.5～8.5 m3/min。

1.2 地表施工條件

該采區(qū)為典型的山區(qū)地貌，地表起伏較大，沖溝、陡坎較發(fā)育，大部分為二疊系地層出露，局部覆蓋第四系黃土，厚度11～78 m。區(qū)內(nèi)最高點標(biāo)高1 609.9 m，最低點1 355.5 m，高差最大為254.4 m。地表分布有長峪溝、王龍溝、寺溝等5條季節(jié)性溝谷，僅雨季有短暫流水，地表無積水區(qū)。區(qū)內(nèi)交通困難，道路少而窄，行車條件極差，不利于機械化施工，另外在采區(qū)中部和東部有村莊和松樹林分布，表層施工條件較差。

2 三維地震試驗

2.1 三維地震試驗?zāi)康?/h3>

通過試驗，確定適合本采區(qū)的最佳采集因素，選擇最佳的激發(fā)和接收參數(shù)，確定合理的施工因素，確保地質(zhì)任務(wù)的完成。

2.2 三維地震試驗位置

由于該采區(qū)表層施工條件較差，為此選擇在采區(qū)內(nèi)布設(shè)試驗點3個，S1點位于采區(qū)北部，為黃土覆蓋較薄地區(qū)；S2點位于采區(qū)東南部，為基巖出露區(qū)；S3點位于采區(qū)東南部，為黃土覆蓋較厚地區(qū)，見圖1。

圖1 三維地震試驗位置示意

2.3 三維地震試驗內(nèi)容

2.3.1 波場調(diào)查

本區(qū)地表條件變化復(fù)雜，激發(fā)巖性多變，從而引起地震波場分布復(fù)雜，干擾波發(fā)育。為了解地震波場的分布、變化情況以及干擾波的發(fā)育情況，在每個試驗點位置上做波場調(diào)查試驗。具體方法為10 m道距，儀器開動120道，“L”型布設(shè)排列，每邊布設(shè)60道，拐點處放炮，分別用井中和地面激發(fā)，以調(diào)查不同激發(fā)條件下干擾波和有效波的發(fā)育情況[2]。

2.3.2 激發(fā)因素試驗

1) 井深試驗：試驗點S1的井深參數(shù)分別為6 m、8 m、10 m、11 m，藥量2 kg；試驗點S2處的井深參數(shù)分別為2 m、3 m、4 m，藥量2 kg；試驗點S3處的井深參數(shù)分別為9 m、12 m、14 m、15 m，藥量2 kg。

2) 藥量試驗：根據(jù)井深試驗所確定的最佳井深，試驗點S1、S2、S3藥量分別采用1 kg、2 kg、3 kg。

3) 組合井試驗：分別試驗了單井激發(fā)、雙井組合激發(fā)對比試驗。

2.3.3 接收因素試驗

分別進行儀器因素試驗和偏移距試驗(10 m、20 m、40 m等3種偏移距)。

2.4 三維地震試驗結(jié)果

本次三維地震試驗共完成3個試驗點，物理點33個。按照單條測線合格率不低于95%，丟炮率不大于1%的要求，全部合格。

2.4.1 波場調(diào)查

根據(jù)波場調(diào)查試驗結(jié)果，本區(qū)發(fā)育的干擾波主要有面波、直達波、淺層折射波和隨機的高頻干擾。在數(shù)據(jù)分析處理時，可以利用分頻掃描消除面波影響，挖坑埋置檢波器可以消除高頻干擾，采用適宜的最大炮檢距、藥量能夠減弱直達波、淺層折射波干擾。

2.4.2 激發(fā)因素試驗

1) 井深試驗。S1點井深試驗(黃土區(qū)較薄區(qū))：根據(jù)黃土區(qū)所得資料在黃土覆蓋較薄地段，井深打到基巖界面時記錄比在黃土中激發(fā)好很多，因此，在黃土覆蓋區(qū)較厚地段井深達到基巖界面。

S2點井深試驗(基巖區(qū))：基巖出露區(qū)井深為3 m時記錄較好，再增加井深記錄無明顯改善，因此井深定為3 m。

S3點井深試驗(黃土較厚區(qū))：本區(qū)為黃土覆蓋較厚地段，現(xiàn)有成孔設(shè)備打不到基巖界面，但在井深12 m時見到1層紅土，當(dāng)井深達到紅土中2 m時，記錄較好，因此井深定為打到紅土中2 m。

2) 藥量試驗。通過對3個試驗點藥量為1 kg、2 kg、3 kg、4 kg等4種藥量的對比試驗可知，各點藥量為1 kg時所得記錄反射波組能量較弱，連續(xù)性較差。當(dāng)藥量為2 kg所得資料有效反射波的能量較強，連續(xù)性較好，面波能量適中。當(dāng)藥量為3 kg和4 kg時所得資料反射波的能量并沒有明顯增加，但面波等干擾波的能量反而變強了，而反射波的主頻卻降低了。綜上所述，當(dāng)藥量為2 kg時單炮記錄的頻率、能量、反射波連續(xù)性、對干擾波壓制上來看，效果較好，因此藥量定為2 kg。

2.4.3 組合井試驗

在S1試驗點進行長度9 m、裝藥量2 kg的單井激發(fā)和長度2 m×9 m、裝藥量2 kg的組合井試驗點，試驗結(jié)果表明，組合井對改善記錄面貌效果不明顯。

2.4.4 接收因素試驗

1) 儀器因素試驗：該項試驗僅在S2試驗點上進行，進行了前放增益進行0 dB和12 dB的對比試驗，根據(jù)試驗點所得單炮記錄，當(dāng)前放增益為12 dB時所得資料較好，能量較強；而前放增益為0 dB時，資料反射波組能量不強，連續(xù)性差。

2) 偏移距試驗：該項試驗僅在S2系統(tǒng)試驗點上進行，本次試驗分別時進行10 m、20 m和40 m偏移距的對比試驗。該試驗資料表明，當(dāng)偏移距增大時，面波對近炮點的干擾相應(yīng)減少，但遠道對有效波接收的道數(shù)也同等數(shù)量地減少，由于本區(qū)面波干擾較輕，綜合考慮到近道的面波干擾和遠道能接收到的有效地震反射波，采用10 m偏移距施工。

3 三維地震勘探

3.1 三維地震觀測系統(tǒng)

本次三維地震觀測系統(tǒng)采用的為束狀8線8炮布置，主要參數(shù)見表1[3]。

表1 三維地震觀測系統(tǒng)

激發(fā)參數(shù)為：①基巖區(qū)：基巖出露區(qū)井深3 m；②黃土區(qū)較薄區(qū)：井深達到基巖界面；③黃土覆蓋較厚區(qū)：井深打到紅土層并進入紅土中2 m[4]。

3.2 三維地震完成情況

本次三維地震勘探實際完成線束11束，物理點1 819個，其中試驗物理點33個，低速帶調(diào)查4個；生產(chǎn)物理點1 782個(其中含加密炮53炮)，甲級品1 038個，乙級品742個，廢炮2個，空炮11個，甲級率58.25%，廢炮率0.11%，空炮率0.62%，滿足設(shè)計要求。

3.3 三維地震數(shù)據(jù)分析

本次數(shù)據(jù)處理軟件為CGG公司的地震資料綜合處理軟件包，硬件為SunUltra80工作站[5]。通過三維地震勘探結(jié)果分析，基本掌握了2號、8號煤層賦存形態(tài)，查明了波幅≥10 m的褶曲3個，解釋了斷層7條、陷落柱3個。

3.3.1 褶 曲

本區(qū)整體構(gòu)造形態(tài)由2個背斜(命名為S1背斜、S3背斜)和1個向斜(命名為S2向斜)構(gòu)造所控制。

2號煤層總體構(gòu)造形態(tài)由S1背斜、S2向斜和S3背斜控制。地層傾角最小約2°，一般在4～7°之間。2號煤層埋深總趨勢為西深東淺，局部有起伏。埋深最深處，位于測區(qū)西北部和西南部，海拔標(biāo)高1 060 m，最深處位于測區(qū)東南部，海拔標(biāo)高1 105 m。

8號煤層與2號煤層的主體形態(tài)基本一致，主要由S1背斜、S2向斜和S3背斜所控制，局部發(fā)育有小的褶曲。地層傾角最小約2°，一般在4～7°之間。8號煤層埋深總趨勢也是西深東淺，局部有起伏。埋深最深處，位于測區(qū)西北部部，海拔標(biāo)高975 m，最深處位于測區(qū)東南部，海拔標(biāo)高1 015 m。圖2為煤層剝離顯示立體圖。

圖2 煤層剝離顯示立體

現(xiàn)對S1背斜、S2向斜和S3背斜分述如下：

1) S1背斜。位于測區(qū)南部，軸向近NE，區(qū)內(nèi)延伸長度1 860 m左右，向西北和東南延伸至工區(qū)外，兩翼不對稱，最大褶幅約45 m。

2) S2向斜。位于測區(qū)中部，軸向近NE，兩翼基本對稱，區(qū)內(nèi)延伸長度635 m左右，在測區(qū)內(nèi)最大褶幅約15 m。

3) S3背斜。位于測區(qū)北部，軸向近NE，區(qū)內(nèi)延伸長度600 m左右，兩翼基本對稱，最大褶幅約10 m。

3.3.2 斷層控制

測區(qū)內(nèi)資料解釋主要使用5 m×5 m×1 ms網(wǎng)格的三維偏移地震數(shù)據(jù)體。在地震時間剖面上對斷點進行了評級，按40 m×80 m間距共抽取時間剖面84條，其中縱向(ILN方向)剖面40條，橫向(X方向)剖面28條，共控制了7條斷層?，F(xiàn)對區(qū)內(nèi)落差較大的斷層描述如下：

1) DF1斷層：正斷層，位于測區(qū)西南部，區(qū)內(nèi)延伸長度177 m，走向NE，傾向NW，傾角77°左右，發(fā)育在2號和8號煤層中，落差0～6 m，屬控制程度較可靠斷層。

2) DF5斷層：正斷層，位于測區(qū)北部，區(qū)內(nèi)延伸長度292 m，走向NNE，傾向NWW，傾角73°左右，發(fā)育在2號煤層中，最大落差10 m，屬控制程度可靠斷層。

3) DF6斷層：正斷層，位于測區(qū)北部，區(qū)內(nèi)延伸長度228 m，,走向NEE，傾向NWW，傾角73°左右，發(fā)育在2號煤層中，最大落差7 m，屬控制程度可靠斷層。

4) DF7斷層：正斷層，位于測區(qū)北部，區(qū)內(nèi)延伸長度336 m,走向NW，傾向SW，傾角78°左右，發(fā)育在2號煤層中，最大落差10 m，屬控制程度可靠斷層。

3.3.3 陷落柱控制

參照斷層的斷點評級規(guī)定，按40 m×80 m的網(wǎng)度對陷落柱的斷陷點進行了評級，且保證陷落柱在每個方向上參與評級的斷陷點至少達到2個，不足2個斷陷點的進行內(nèi)插加密，共圈閉3個陷落柱。現(xiàn)對區(qū)內(nèi)范圍較大的陷落柱描述如下：

1) X1陷落柱：位于采區(qū)西南部，不規(guī)則形，在8號煤中長軸長72 m，短軸長18 m，屬于較可靠陷落柱。

2) X2陷落柱：位于采區(qū)南部，不規(guī)則形。其平面規(guī)模在8號煤層長軸約36 m，短軸約26 m，該陷落柱控制程度為較可靠。

3) X3陷落柱：位于采區(qū)北部，不規(guī)則形。其平面規(guī)模在8號煤層長軸約98 m，短軸約36 m，該陷落柱控制程度為可靠。

4 結(jié) 語

1) 本次三維地震勘探實際完成線束11束，物理點1 819個，其中試驗物理點33個，低速帶調(diào)查4個；生產(chǎn)物理點1 782個(其中含加密炮53炮)，甲級品1 038個，乙級品742個，廢炮2個，空炮11個，甲級率58.25%，廢炮率0.11%，空炮率0.62%，滿足設(shè)計要求。

2) 基本掌握了2號、8號煤層賦存形態(tài)，查明了波幅≥10 m的褶曲3個，解釋了斷層7條、陷落柱3個。