菏澤煤礦采空區中三維地震勘探技術的應用

【摘 要】在煤礦生產過程中地下必然會出現采空區，并且隨著煤層被開采挖掘，采空區會形成越來越多，與此同時，采空區及其上部地層的地球物理性質也會發生一定的變化。地震勘探能有效地解決地下物性差異明顯的構造，隨著三維地震勘探技術在煤田上的蓬勃發展，使得采空區的探測成為可能。下面本文主要闡述了菏澤的地理環境以及地質層，并在此基礎上探討三維地震勘探技術在菏澤煤礦采空區中的應用。

【關鍵詞】菏澤煤礦；采空區；三維地震勘探技術

0.引言

近年來，國家對煤礦的管理力度在不斷的加大，人們越來越重視煤礦采空區的探測。一直以來三維地震勘探都會避開地震盲區，這主要是由于受到采空區本身地球物理條件的局限性。隨著煤礦行業的發展，在利潤的驅使下，以下小煤窯開始亂采亂挖，對煤炭市場造成了不利影響，同時還破壞了生態平衡，采空區的存在也給大型礦井的安全帶來了威脅。

1.菏澤的地理環境以及地質層分析

菏澤位于山東、河南、江蘇、安徽四省交界處，其地理位置在黃河下游。在菏澤境內大部分都是黃河沖擊平原，地勢平坦，土層深厚，水資源豐富，不過其中在巨野縣有10平方公里的低山殘丘。菏澤低下擁有豐富的礦藏，其中不僅有低熱和天然氣，同時還有煤和石油，其中尤以煤炭的儲藏量非常大，分布地區主要是在巨野縣、鄆城縣、單縣和曹縣等，在這些地方都發現了大量優質的煤礦。僅在巨野縣這一個地方就儲存有281億噸煤炭，巨野縣建設了一個巨野煤田來對當地的煤礦資源進行開采，巨野煤田現在已經成為華東地區目前最大、最好的一塊煤田。

菏澤區域的地質由于地理環境因素而顯得比較特殊，它所處大地構造位置為新華夏隆起帶次級構造單元，根據地質填圖及鉆孔揭露，菏澤區域的煤礦資源非常豐富，例如巨野煤田探明總地質儲量為55.7億噸，且媒質優良、門類齊全，主采煤層為氣煤、焦煤和肥煤這是那種煤炭具有粘結性高、發熱量高、揮發性高以及低灰、特低硫等特點，因此屬于優質富油煤，在工業生產中可以用作良好的動力煤及汽化煤，也可以用作煉焦煤。另外，巨野境內還有豐富的石灰礦石和粘土等建材工業原料，石灰石總儲量11.8億噸，已初步探明C+B及儲量為7636萬噸，且品位高，質量穩定，粘土礦床為泥質結構，疏松塊狀構造，礦石由75-85%的粘土礦物和25-15%的碎石屑礦物組成，礦儲量C+D級607.9萬噸，其中C級262.25萬噸，是生產水泥的理想原料。礦床的水文地質條件簡單，山坡露天開采，可自然排水，初算剝采比為0.15：1。

2.三維地震勘探技術在菏澤煤礦采空區中的應用分析

2.1三維地震勘探觀察采空區剖面特征

在三維地震勘探中可以看出，在地震時間剖面上，由于受一些小煤窯采掘技術落后的影響，它們在開采中往往選擇大量煤柱的地方，并采用房柱的開采方式，不放頂任其自然坍塌從而改變了該區域的地球物理特征，使其變得更加復雜，在勘探中則主要表現為不連續、錯斷或雜亂無章等特征。 如果采掘程度不深，那么在進行三維地震勘探的時候仍然會形成煤層反射波，這組反射波具有能量強、連續性好等特點，在地震時間剖面上的識別具有一定的難度，那么在這種情況下就需要通過屬性提取技術來對其進行分析；而如果煤層被采空了，那么該區域的地球物理特征就會在縱向物性和橫向物性方面發生很大的變化[1-2]。通過上述的三維地震勘探觀察我們可以看出，在采空區的識別中，我們可以將振幅明顯降低，主頻明顯下降的反射波作為區域是否為采空區的判斷標志。

2.2三維地震勘探方法

采用中間放炮#測線方向垂直地層走向，三維地震勘探觀測系統參數設置為：20次覆蓋，CDP網格5m×10m，600道接收，10線8炮束狀。并對勘探區的地質任務、地形地貌#目的層的賦存深度以及構造情況進行綜合考慮。為了最大限度的提高資料的信噪比，我們在進行資料采集的時候，可以通過加大激發井深和藥量來實現[3]。

2.3三維地震勘探效果分析

選擇菏澤煤礦某一采空區（CK1），該區域已被開采，并且從其地球物理特征可以看出，其開采后留有大量煤柱且不放頂，因此主要是采用房柱式來進行開采的，在這個區域中地球物理特征相對較為復雜，并且地層結構相對于其他區域來說比較穩定。在勘探中，我們還發現，在這個區域中有異常區，主要表現為小煤窯采空區特征，圖1即為該區域在時間剖面圖中的特征。 由圖中可以看出，在該區域的反射波局部存在一些錯斷，能量相對于其他區域來說也有一定變弱，同相軸也有不同程度的扭曲特征，并且在其內部還有小范圍連續分布的未采區，具有非常明顯的錯斷特征[4]。由此可見，在采空區采用三維地震勘探技術具有有效性。

圖1 采空區CK1在時間剖面上的顯示

在以上探測效果的基礎上，我們在該區域選擇另一個采空區（CK2），我們可以觀察到與CK1區域時間剖面圖相似的特征，因此推斷該區域的范圍與礦方掌握資料具有一致性。除此之外，開可以看到在該區域內地表存在由于采空塌陷而形成的裂縫。當地震波穿過裂縫或疏松帶時，震波的能量會由于被吸收而減弱，因此我們在時間剖面上會觀察到其反射波的特征為振幅弱且凌亂不規則的特征[5]。

3.總結語

總的來說，煤礦采空區在地震時間剖面上不僅會表現為比較明顯的地震屬性，同時還會表現出比較明顯的地球物理特征，主要特點是存在錯斷、延遲、不連續以及同相軸下凹等現象。在采用三維地震勘探技術來勘測煤礦的采空區，并結合對地震屬性和時間剖面的綜合分析，可以對采空區進行更好的劃分，以為煤礦的大型開采提供安全保障。 [科]

【參考文獻】

[1]唐漢平.復雜地震地質條件下煤礦采空區三維地震勘探技術[J].中國煤炭，2013，（12）：35-37，87.

[2]霍軍鵬，周竹峰，王萬合等.三維地震勘探技術在煤礦采空區探測中的應用[J].黑龍江科技信息，2012，（14）：15-16.

[3]張春燕.三維地震勘探技術在采空區探測中的應用[J].煤炭科技，2011，（3）：54-56.

[4]侯麗兵.煤田采空區三維地震勘探技術及應用[J].能源與節能，2014，（9）：128-129，166.

[5]王立國.三維地震勘探技術在查找煤礦采空區、陷落柱等地質異常體中的應用[J].西部探礦工程，2013，25（8）：142-143，148.