三維地震勘探技術在構造控制方面的運用

郭 軍

（山西晉能集團晉城有限公司安監局，山西晉城 048000）

0 引言

山西煤炭運銷集團某礦由7 家關閉的小煤礦整合而成，區內地質構造比較簡單，呈單斜構造，井田內有3 條大斷層，整合前由于小煤礦私挖濫采，內部采空積水較多，且開采范圍不明確，制約了該礦開采的規劃，也加大了煤礦安全管理的難度。為此該礦與一家物探部門合作，查明該礦地質情況。本次勘探的2 個區塊面積3.34km2，滿16 次覆蓋面積3.85km2，工程于2010 年施工完成。

1 本次勘探的地質任務

（1）查明有效控制面積內落差≥5m 的斷層的性質、產狀、及延伸長度，其平面擺動誤差≤30m，對5m＞落差≥3m 的斷點及勘探中遇到的疑點、不確定點作出解釋。

（2）查明直徑≥25m 的陷落柱，盡可能查明20m 左右的陷落柱。

（3）查明3#煤層的底板起伏形態，查明15#煤層的底板起伏形態，深度誤差≤2.0%。

（4）查明波幅大于或等于10m 的褶曲。

（5）查明古窯、小窯采空區范圍及煤層沖刷變薄區。

2 地球物理特征

2.1 表、淺層地震地質條件

本區地表可劃分為3 種類型。

黃土覆蓋區：巖性以含砂粘土及砂質粘土為主，含鈣質結核，厚度變化在0～10m，干黃土結構，這給炮井成孔和激發帶來很大的困難。

坡積物區：分布于局部山梁緩坡上范圍小，厚度0～3m，坡積物成份復雜，既有黃土、砂土填充，又有風化巖石碎塊，成孔困難，激發條件極差，范圍不大。

基巖出露區：出露巖性為中、細粒砂巖、砂質泥巖及泥巖，巖石風化嚴重，大部分地段易于成孔且激發條件較好，個別地段不易成孔。復雜的地形條件和淺層地質結構，對地震波的激發和接收均十分不利。

2.2 深層地震地質條件

15#煤層厚且全區穩定，與其頂、底板圍巖存在明顯的波阻抗差異，能夠形成能量強、波形突出、穩定且全區可連續追蹤對比的反射波（T15 波），是本次地震勘探的主要目的波，也是地質解釋的主要依據。3#煤層屬相對穩定可采煤層，平均厚度1.20m，因此，以3#煤層為主所形成的反射波（T3 波）能量也較強。

3 觀測系統

本次三維地震觀測系統綜合考慮了勘探區的地質任務、地形地貌、目的層的賦存深度、構造等情況，結合本勘探區15 號煤層埋深特點（本區目的層15#煤層埋深變化范圍北塊15#煤層埋藏深度380～550m，南塊15#煤層埋藏深度260～440m），北塊區采用端點放炮56 道接收8 線8 炮規則束狀觀測系統，南塊區采用端點放炮40 道接收8 線8 炮規則束狀觀測系統，使用自然頻率60Hz 的檢波器，3 串組合同坑埋置方式。本次設計的觀測系統具有炮檢距分布均勻、方位角分布較寬等特點，有利于速度分析、多次波衰減和靜校正求解，鑲邊范圍；南塊南北邊界平均40m，西邊界平均60m，東邊界平均30m，北塊南北邊界平均40m，西邊界平均60m，東邊界平均10m。

4 資料處理

本次地震勘探資料數據處理是在涿洲市深達計算機服務部Sun Blade2000 工作站上進行的，采用法國CGG 公司—GEOVECTEURPLUS V6.1 軟件包和美國Green Mountain V5.1版本的綠山初至折射靜校正軟件。

4.1 處理參數和流程

通過對試處理資料的反復對比分析，確定了本次資料處理的參數和流程（見圖1）。

圖1 資料處理流程圖

圖2 三維數據立體圖

圖3 縱、橫時間剖面及等時切片

4.2 處理成果及質量評述

本次資料處理獲得了5m×5m×1ms 為單元的三維數據體（見圖2）。煤層反射波波組特征明顯，信噪比高，連續性好，剖面斷點清楚，達到了處理要求。在此基礎上取得以下成果：

（1）三維數據體5m×5m 網度的縱、橫時間剖面（見圖3）。

（2）三維數據體等時切片。

（3）方差數據體切片。

5 地質成果

本次三維地震勘探的主要成果為：查明了區內3#煤層、15#煤層的埋深及起伏形態，共查出斷層4 條，其中查明落差大于5m 的斷層2 條，解釋了落差小于5m 的斷層2 條；查明長軸直徑大于25m、短軸直徑大于20m 的陷落柱3 個；解釋3#煤層采空區2 處，異常區各1 處。

5.1 斷層控制

本次三維地震勘探共查出斷層4 條，均為正斷層，查明落差大于等于5m 的斷層2 條（F、F2），落差小于5m 的斷層2 條（F1、F3）；控制可靠斷層2 條（F、F2），控制較差及落差小于5m不與評價的斷層2 條。F 正斷層位于（南塊）東部邊界處，走向N70°E，傾向NW，傾角約75°，落差0～12m，3#、15#，煤層同時錯斷，3#、15#煤層底板上區內延伸長度區內450m，按20m×20m網度所抽取的時間剖面評價該斷層有20 個斷點控制，其中A級斷點10 個，B 級斷點6 個，C 級斷點4 個，按斷層評級標準，該斷層控制程度可靠（見圖4）。

圖4 F 正斷層在時間剖面上的反映

5.2 3#煤層采空區及15#煤層異常區的控制

3#煤層采空區（南塊）：

Ⅰ采空區：位于勘探區的南部，在時間剖面上T3 波表現為能量變弱、振幅降低、反射波同相軸呈蚯蚓狀間斷連續等特征，面積約0.03km2。

Ⅱ采空區：位于勘探區的東南部，在時間剖面上T3 波表現為能量變弱、振幅降低、反射波同相軸不連續下凹、時間發生延遲、呈蚯蚓狀間斷連續等多種特征，面積約0.15km2。2 塊共計面積約0.18km2。

結論：2013 年該礦開采均揭露F1、F2斷層，落差F1=3.6m，F2=8m，斷層導水性較弱，與本次物探報告對比，判斷性較高，位置準確，產狀基本查明。因此該技術在公司得到了普遍應用。