煤礦巷道地震超前探查構造中的速度參數選取

戴世鑫，王旭東，謝 強

（1.湖南科技大學煤炭資源清潔利用與礦山環境保護湖南省重點實驗室，湖南 湘潭411201；2.濟寧礦業集團霄云井田資源開發有限公司，山東濟寧272213；3.中礦龍科能源科技 （北京）有限公司，北京 100085）

煤礦巷道地震超前探查構造中的速度參數選取

戴世鑫1，王旭東2，謝 強3

（1.湖南科技大學煤炭資源清潔利用與礦山環境保護湖南省重點實驗室，湖南 湘潭411201；2.濟寧礦業集團霄云井田資源開發有限公司，山東濟寧272213；3.中礦龍科能源科技 （北京）有限公司，北京 100085）

地震波超前探查是目前較為先進的超前地質預報技術，但準確度一直備受質疑，通過實際研究表明：地震超前探查的準確度取決于速度的選取，實際處理中由于初次采取的速度是建立在以往地面三維地震勘探的基礎上，其速度選取有一定誤差，造成斷層解釋的不準確性。而掃描速度譜與偏移速度建模相結合的方法，對初選取的速度參數進行修正，重新處理得到的結果與實際揭露結果吻合。結果表明：通過掃描速度譜與偏移速度建模相結合的方法選取速度參數，對于提高煤礦巷道地震超前探查構造的準確性具有重要意義。

超前探查；地震波；斷層；速度

地震波超前探測是運用地震波在傳播過程中遇到不均勻地質體（存在波阻抗差異）時會發生反射的原理，結合巷道的特點，設計研制的沿巷道后方布置震源和檢波器來探測巷道前方地質條件和水文地質條件的觀測系統。圖1為地震超前探測模型及合成記錄示意圖，圖1中（a）為測線前方存在的三層介質速度模型，采用一點接收，多個激發點排列依次激發。圖1（b）圖中共有三個波組，自左向右分別為直達波組、一、二層波阻抗界面的反射波組、二、三層波阻抗界面的反射波組［1－2］。

圖1 地震超前勘探原理示意圖

從圖1中可以看出地震波速度是地震勘探中一個重要而又復雜的參數，在地震勘探數據處理與解釋中占有重要地位，地震勘探從某種意義上講就是速度勘探［3－5］。

本文擬結合礦井巷道地層特點和波場發育規律，采用掃描速度譜與偏移速度建模相結合的方法，對選取速度參數進行修正，獲取相應結果，并與斷層實際揭露情況進行對比，驗證不同地震波速度參數是否會對超前探查構造造成影響。

1 掃描速度譜與偏移速度建模相結合的方法

掃描速度譜的基本原理是通過確定零偏距時間t0，速度v和偏移距xi，計算出反射波的到達時間ti，并將ti所對應的振幅相加，最終得到對應于速度v的疊加振幅。由此可知，選擇的速度與疊加振幅的大小密切相關。如果選取的速度值正確，則通過計算得出的反射波到達時間與實際記錄同相軸的時間一致，疊加振幅最大，因此可得到準確的速度值［6］。

利用掃描速度譜獲得的速度值，通過偏移速度建模的方法，最終得到反射界面的實際位置。偏移速度建模是建立在射線偏移的基礎上使反射波自動歸位到其空間的真實位置。根據惠更斯原理，地下任意反射點p都可看作子波震源，進行掃描偏移時，將每個網格點看作一個反射點，則它的反射波旅行時見式（1）。式中：v為地震波的速度，m/ms；h為點p的垂直深度，m；ti，j為掃描點p處第i炮第j個接收點的旅行時，ms；j＝1，2，3，...，m（m為參與疊加的記錄道）。圖2為掃描偏移網格圖。這樣將記錄道上ti，j時刻的振幅值ai，j與點p的振幅值相疊加，作為點p的總振幅值Ai，見式（2）。

對x－h平面按Δx，Δh劃分的方格網上每一點px，（h）進行計算，只要劃分得夠細，總能在所要求的精度上反映反射點的全部可能位置。這樣使反射界面上的疊加掃描點p的總振幅Ai得到較大數值，而不在反射界面上的掃描點p的總振幅Ai數值則較少。因此進行掃描速度譜與偏移速度建模相結合的方法，不僅能實現真正反射點疊加，同時也能準確的確定反射界面的真實位置。

圖2 掃描偏移網格圖

2 實驗地點與數據處理與解釋

本實驗地點為山東濟寧礦業集團霄云煤礦1302工作面，位于主井口西南953m，距離副井口西南992m。巖性以砂質泥巖和粉砂、細砂為主，巖石硬度一般，個別地段巖石較破碎，三煤頂板巖性為細砂巖，巖石較硬，煤層底板以泥巖和粉砂巖為主，三煤為黑色，條痕色為灰黑色，以亮煤為主，暗煤絲炭次之，上部為硬質煤，塊狀結構，中部為泥巖夾矸，下部為碎煤，底部煤質較差，為半亮型煤。現場采作礦井巷道地震波超前探測方法，力求提高探測的準確率。

將現場采集到的物探數據經過處理方能轉化為可利用的物性圖件，地震波探測數據在自行研制開發的MSP2.0軟件平臺上進行，其處理流程為：數據預處理→頻譜分析→直達波求取→反射波提取→速度分析→深度偏移→界面提取。

深度偏移處理為MSP處理的核心部分，在給定速度模型的條件將來自前方介質的反射能量偏移歸位至空間點上，以此成果圖件為基礎提取取巷道前方反射界面，根據速度譜同時結合現場巖性情況，進一步根據以往探測的驗證結果，根據以往地面地震資料，取綜合速度為3.15m/ms進行偏移處理速度。

3 初次處理與重新處理解釋對比

對于霄云礦的地震數據進行了兩次處理，初次處理是由于霄云礦復雜的地質條件，在地震波速度不準確的前提下進行的處理，其地震波速選取對斷層界面位置的解釋產生了較大的影響，重新處理是在井下實測，通過掃描速度譜與偏移速度建模相結合的方法對速度進行校正，重新處理得到的結果與實際揭露情況基本吻合。

3.1 霄云礦1302工作面皮帶順槽處理解釋對比

初次解釋由于是根據以往地面地震資料，取綜合速度為3.15m/ms進行偏移處理速度。所以解釋的成果見圖3。

我們可以看出解釋的霄云礦1302工作面皮帶順槽有4個構造，而根據現場巷道掘進發現的斷層見圖4。

圖3 縱波超前探測界面提取圖

圖4 實際揭露斷層與預測斷層顯示圖

圖3中的R1、R2、R3、R4為解釋的構造，圖4中的A1為實際掘進發現的斷層。可以看出，解釋多了三個，解釋的R4即為實際掘進發現的斷層A1，在其范圍內，這是霄云礦1302工作面皮帶順槽初次解釋成果。

重新解釋成果進行了多次有針對性的實驗，對霄云煤礦1302工作面皮帶順槽進行了綜合的速度分析，通過掃描速度譜與偏移速度建模相結合的方法對速度進行校正，得出對于1302工作面皮帶順槽取綜合速度為2.8m/ms進行偏移處理速度最為合理，解釋成果見圖5。

可以看出采取正確的煤層速度后，經過處理和解釋，與實際揭露狀況吻合。

3.2 霄云礦1302工作面軌道順槽處理解釋對比

初次解釋根據以往地面地震資料，取綜合速度為3.15m/ms進行偏移處理速度，解釋的成果見圖6。

我們可以看出解釋的霄云礦1302工作面皮帶順槽有4個構造，而根據現場巷道掘進發現的斷層見圖7。

圖5 超前探測重新解釋成果圖

圖6 縱波超前探測界面提取圖

圖7 實際揭露斷層與預測斷層顯示圖

圖6中的R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7為解釋的構造，圖7中的B1為實際掘進發現的斷層。可以看出，解釋的R4即為實際掘進發現的斷層B1，在其范圍內，這是霄云礦1302工作面軌道順槽初次解釋成果。

重新解釋成果進行了多次有針對性的實驗，對霄云煤礦1302工作面皮帶順槽進行掃描速度譜與偏移速度建模相結合的方法選取速度，得出對于1302工作面皮帶順槽取綜合速度為2.9m/ms進行偏移處理速度最為合理，解釋成果見圖8。

圖8 超前探測重新解釋成果圖

通過以上兩個例子可以看出采取準確的煤層速度對超前探測的處理與解釋的重要性，能夠為我們的安全生產更好的服務。

4 結 論

1）通過霄云礦的兩個具體實例表明速度參數的選取對斷層界面位置的解釋極為重要，速度的準確性決定著超前探的正確性。霄云礦1302工作面皮帶順槽與霄云礦1302工作面軌道順槽根據掃描速度譜與偏移速度建模相結合的方法對先前選取的速度參數進行了修正，分別由3.15m/ms修正為2.8m/ms和由3.15m/ms修正為2.9m/ms，根據修正后的速度參數進行后續處理，得到的結果與實際揭露結果吻合，說明利用掃描速度譜與偏移速度建模相結合的方法選取的速度參數具有較高的準確性，是可行的。

2）通過掃描速度譜與偏移速度建模相結合的方法選取速度參數能夠有效地提高巷道前方復雜地質構造的探查能力，但同時也要意識到煤礦巷道超前探查涉及的技術原理較多，相對復雜，只有結合實際情況，長期研究總結才能不斷完善。

［1］趙永貴，劉浩，孫宇，等.隧道地質超前預報研究進展［J］.地球物理學進展，2003，18（3）：460－464.

［2］劉志剛，劉秀峰.TSP（隧道地震勘探）在隧道隧洞超前預報中的應用與發展［J］.巖石力學與工程學報，2003，22（8）：1 399－1402.

［3］李振春.共中心點道集偏移速度分析［J］.石油物探［J］.39（1）：20－26.

［4］Maekay S，Abrna R.Imaging and velocity estimation with depth focusing analysis［J］.Geophysics，1992，57（12）：1608－1622.

［5］AI Yahya K.Velocity analysis by iterative profile migration［J］.Geophysics，1989，54（6）：718－729.

［6］張平松，劉盛東，吳健生.坑道掘進空間反射波超前探測技術［J］.煤炭學報，2010，35（8）：1331－1335.

Voltage factors of seismic advanced exploration structure of coal roadway

DAI Shi－xin1，WANG Xun－dong2，XIE Qiang3
（1.Hunan Province Key Laboratory of Coal Resources Clean－Utilization and Mine Environment Protection，Hunan Science and technology University，Xiangtan 411201，China；2.Jining Mining Group Xiaoyun Resources Development Co.，Ltd.，Jining 272213，China；3.Zhong Kuang Long Ke Energy Technology（Beijing）Co.，Ltd.，Beijing 100085，China）

Advanced detection of seismic waves is more advanced geologic prediction technique at present，however，the accuracy is a controversial issue，the research results show that the accuracy of advanced detection of seismic waves depends on the speed selection，because the first time to adopt speed is built on three－dimensional seismic survey，speed selection has certain error，lead to inaccurate interpretation of the fault.Through the combination of scanning speed spectrum and migration velocity modeling，the second processing corrects the parameters of the speed according to the first processing，the results coincide with the actual results.Therefore，adopting the correction parameters of the speed becomes particularly important for improving the accuracy of seismic exploration according to the combination of scanning speed spectrum and migration velocity modeling.

advanced detection；seismic wave；fault；speed

戴世鑫（1983－），男，山東青島人，講師，從事煤田勘探方面研究。Email：hnkjdsx＠126.com。

P631.4

A

1004－4051（2015）09－098－04

2014－11－27

湖南教育廳科研項目資助（編號：B31322）；湖南科技大學煤炭資源清潔利用與礦山環境保護湖南省重點實驗室開放基金資助（編號：E21421）；湖南科技大學科研啟動基金資助（編號：E51390）；湖南省大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目資助（編號：201410534003）