三維地震勘探在劉東煤礦徐雙樓采區的應用

朱開成　展少輝　王玉玨

摘要：三維地震勘探技術自引入煤礦采區勘探以來，已在煤礦采區勘探中取得了顯著的地質效果，其解決煤礦地質構造問題是一種行之有效的勘探手段，解決地質問題的能力已為煤礦生產所廣泛證實。文章通過三維地震勘探在劉東煤礦徐雙樓采區的實際應用，印證了三維地震勘探在解決采區地質構造具有無可比擬的優勢，在指導鉆孔布設及礦井生產建設是一種不可或缺的勘探手段。

關鍵詞：三維地震勘探；礦區地質；觀測系統；采區

中圖分類號：P631 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）09-0112-03

劉東煤礦在不同時期、不同采區進行了多次三維地震勘探，已在煤礦采區勘探中取得了顯著的地質效果，其解決煤礦地質構造問題是一種行之有效的勘探手段。在指導礦井生產建設中，尤其是在該礦西北部徐雙樓采區進行的三維地震勘探應用，取得了豐富的地質成果，顯示了較好的經濟效益和社會效益。

1 礦區地質概況

1.1 地層

劉東煤礦位于淮北煤田中西部，在地層區劃分上屬于華北地層區魯西地層分區徐宿小區。本區基巖地層被第四系覆蓋。地層由老到新依次為：奧陶系（O1+2），石炭系（C2+3）、二疊系（P）、第三系（N）和第四系（Q）。

主要可采煤層賦存于二疊系的下統山西組和下石盒

子組。

1.2 構造

本區主要為大中型NNE向褶皺和張性斷層，該礦處于陳集向斜東翼仰起端，總體上為一走向北北東向，傾向北西的單斜。地層傾角一般在10°～20°之間，該采區淺部傾角較陡，一般在25°左右，西北方向的深部傾角較緩，在7°～13°之間，傾角變化較大。

1.3 煤層

本區三維地震勘探的主要目的煤層為7煤和10煤。

1.3.1 7煤層。位于下石盒子組下部，分71和72兩組煤層，間距0～12.30m，平均5.50m，在地震勘探中通常復合成一組反射波。下距分界鋁質泥巖24～60.50m，平均37.50m。煤層結構簡單，局部含一層泥巖夾矸，偶見兩層夾矸。煤層厚0～4.39m，平均2.09m，屬中厚較穩定煤層。煤層頂板以泥巖為主，粉砂巖次之，中部為少量砂巖；底板以泥巖為主，次為粉砂巖。

1.3.2 10煤層。位于山西組中部，上距鋁質泥巖39～70m，平均55.5m；下距太原組第一層灰巖40.5～65m，平均53.4m。煤層結構簡單，以單一煤層為主，局部含一層泥巖夾矸，以中厚-厚為主，煤層厚度1.50～5.93m，平均2.95m，屬穩定煤層。煤層頂板以泥巖為主，粉砂巖次之，少量砂巖；底板多為泥巖和粉砂巖。

2 野外工作方法

野外工作方法綜合考慮地質任務、地形及諸多地下因素，充分利用高密度采集的面積接收技術和炮、檢點網格的靈活組合，獲得分布均勻的地下數據點網格及所要求的覆蓋次數，以保證較高的信噪比和分辨率，采用八線十四炮制中間激發束狀觀測系統。主要觀測系統參數如下：

3 資料處理

資料處理從原始數據解編到輸出標準數據體，中間要經過真振幅恢復、速度分析、時間偏移等過程，最終可顯示為較理想的時間剖面圖。

3.1 真振幅恢復

由于大地濾波的作用，地震波在傳播過程中能量衰減很多，尤其高頻成份損失嚴重，另外，震源能量差異、檢波器耦合差異也會對有效波振幅產生不利影響，導致接收到的振幅不能真實地反映地下介質的動力學特征及相互差異，我們采用地表一致性振幅補償對地震波能量加以恢復，使得淺、中、深空間能量得到了較好恢復，如圖1所示：

圖1 振幅恢復前（上）、后（下）單炮

3.2 速度分析

速度是地震資料處理的重要參數之一，其精度直接影響著疊加處理的效果。為了提高速度譜解釋的精度，首先進行速度掃描，得到本區由淺至深的速度規律，然后以此為參考速度計算速度譜，速度譜的密度為100×100m，并且和剩余靜校正進行二次迭代。

圖2 疊加速度譜圖

3.3 時間偏移

時間偏移采用三維一步法，步長16ms。通過對常規疊后偏移和疊前時間偏移對比發現，在正常施工地段疊前時間偏移效果較好，在復雜地帶構造合理，斷層清晰，波組特征鮮明，便于目的層的識別和追蹤，從而提高了分辨率，但村莊變觀地帶和信噪比較低的地方變差，這些地方激發能量低是其一不利因素，地下層位的反射波較 弱是主因。

本次處理采用了常規疊后偏移和疊前時間偏移相結合的方法，提供了兩種偏移成果，這兩種結果各有優缺點，在信噪比高的地方疊前偏移成相較好，斷層更加清晰，波組特征好，這對各種復雜地質構造認識有利，在低信噪比地方和村莊附近疊后偏移好些，綜合應用可能會取得較好效果。

3.4 時間剖面處理解釋效果顯示

經反復測試、優化處理參數，綜合處理后的成果時間剖面保真度高、信噪比和分辨率較高，地質層位、構造關系顯示清晰。如圖4到圖6所示。

圖3 疊后偏移（上）與疊前偏移（下）

圖4 7、10煤層反射波及斷層在時間剖面上的顯示

圖5 小斷點在時間剖面上的顯示

圖6 逆斷層在時間剖面上的顯示

4 地質應用效果

4.1 勘探前后構造對比

通過三維地震勘探共解釋斷層90條，斷層走向北東向為主，其中：修改斷層5條，新發現斷層85條；基本查明了7煤和10煤層賦存形態及斷裂構造發育情況，取得了豐富的地質成果，為煤礦井巷開拓和開采提供了較可靠的地質依據。如圖7為10煤層三維地震勘探前后對比圖。

圖7 10煤層三維勘探前后構造對比圖

4.2 利用振幅層拉平圖預測煤厚

三維地震勘探的另外一大優勢和亮點，是可利用振幅層拉平圖對煤厚進行預測。在地震地質條件較好的區塊，利用振幅層拉平圖結合鉆孔標定煤厚，成功預測了煤層厚度變化趨勢。在振幅層拉平圖上，顏色愈深振幅愈強，指示煤層較厚；相反，顏色愈淺振幅愈弱，指示煤層較薄。在煤礦三維地震勘探后期新施工的3個鉆孔中，4-8、5-8兩孔在層拉平圖上所在位置顏色顯示較淺，為淺黃色或灰白色，指示煤層較薄，鉆孔實際揭露的10煤層厚度分別為0.79m、0.53m；而6-8孔所處顏色為深紅色，顏色相對較深，指示為厚煤層，實際揭露的10煤層厚度為3.24m，均與振幅層拉平圖吻合相當好。

5 結語

三維地震勘探能夠較好地解決煤礦地質構造問題，在地震地質條件較好時，可利用地震反射波振幅的動力學特征對煤層厚度進行預測，具有一定的參考價值。三維地震勘探雖在定性解決地質構造方面有很好的優勢，但在定量解釋一些精細問題時，需要綜合利用多種勘探手段才能提高解釋精度，例如利用鉆探進行層位標定、利用電法進行水文地質勘探判斷斷層位置及導水性等。總之，三維地震只有同其他勘探手段相配合進行綜合勘探，才會取得更加豐富、更加準確、更加可靠的地質成果。

圖8 10煤層振幅層拉平圖

參考文獻

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作者簡介：朱開成（1964—），男，江蘇鹽城人，江蘇新光集團副總經理，工程師，研究方向：煤礦生產、地質勘探技術管理和地質災害治理。

（責任編輯：文 森）