發耳煤礦復雜條件下三維地震勘探效果分析

發耳煤礦復雜條件下三維地震勘探效果分析

魏燧1，肖永洲2

(1.兗礦集團有限公司，山東 鄒城 273500；2.兗礦貴州能化有限公司，貴州 貴陽 550081)

[摘要]分析了發耳煤礦復雜的地形條件、構造條件、煤層條件、物性條件，根據該礦的地質條件，提出了三維地震勘探的技術對策，依據采掘揭露資料、井下鉆探資料、地面鉆探資料，對發耳煤礦三維地震勘探的效果進行了驗證，三維地震勘探成果煤層埋深相對誤差一般小于4%，可基本控制落差大于10m的斷層，同時指出了三維地震勘探在貴州煤礦應用需要解決的技術難點。

[關鍵詞]復雜條件；三維地震勘探；勘探效果；分析

[中圖分類號]TD166[文獻標識碼]B

[收稿日期]2014-05-26

DOI[]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.01.007

[作者簡介]魏燧(1961-)，男，山東菏澤人，高級工程師，兗礦集團資源開發部部長，從事礦井建設管理、西南部及西部煤炭資源項目的建設開發工作。

3-D Seismic Exploration Effect of Faer Colliery under Complex Condition

[引用格式]魏燧，肖永洲.發耳煤礦復雜條件下三維地震勘探效果分析[J].煤礦開采，2015，20(1)：23-25，44.

發耳煤礦位于貴州省水城縣發耳鄉，設計生產能力3Mt/a，劃分為2個獨立的井區——一井區和二井區。一井區設計生產能力1.8Mt/a，為生產礦井，平硐-斜井開拓，采用長壁后退式采煤法，綜合機械化開采，全部陷落法管理頂板，生產采區為一采區和三采區，開拓采區為五采區；二井區設計生產能力1.2Mt/a，為基建礦井，斜井開拓，正在建設。2009年以來，發耳煤礦完成了一井區1.96km2、二井區4.8km2的三維地震勘探[1-2]。

貴州煤礦的地形地貌條件、地質構造條件、煤層賦存條件都比較復雜，地震地質條件較差，采區三維地震勘探起步較晚，應用尚不廣泛，三維地震勘探效果實際驗證資料少，尚未有系統的評價。

1三維地震勘探條件

1.1　地形起伏大，條件復雜

發耳煤礦地處云貴高原，地形條件總體上受區域性地質構造和巖性控制，屬高原高中山地貌，大部屬典型的巖溶山區，地形與巖性、構造、風化剝蝕相關。碳酸鹽巖地層呈溶蝕洼地、山峰，喀斯特地貌較發育；碎屑巖地層則表現為長梁山、沖溝，以河谷、沖溝等侵蝕地貌為主。地形標高900～1915.6m，相對最大高差可達1015.6m，一般相對高差500m，含煤地層出露標高一般為900～1300m。地表發育有緩坡、臺階、沖溝和懸崖陡壁，地形迭宕起伏，切割劇烈，山勢陡峻，相對復雜，給地震測線測量和野外資料采集造成很大困難。

1.2　煤層厚度薄，穩定性較差

井田內地層由下到上依次發育有二疊系中統峨嵋山玄武巖組(P2β)、龍譚組(P2l)，三疊系下統飛仙關組(T1f)、永寧鎮組(T1yn)及第四系(Q)。

煤層厚度較薄，以1.0～2.0m厚度薄煤層和中厚煤層為主，沒有超過3.5m的厚煤層；煤層穩定程度低，屬于較穩定～極不穩定類型；煤厚變異系數大，一般30%～80%，出現煤厚變薄帶和無煤帶，厚度變化規律性不強；煤層傾角一般4～28°，平均15°左右，傾角變化也大。1煤平均厚度1.75m，位于煤系地層頂部，上距龍潭組頂界平均13.60m，下距3層煤頂界平均10.58m，為三維地震勘探的第一個目的層。

1.3　地質構造條件較復雜

受燕山運動和喜馬拉雅運動影響，斷層條數多、密度大，小褶曲、小斷層發育，對井巷開拓和煤層開采影響較大，地質構造較復雜。

1.4　地震地質條件差

淺表層第四系巖性為黏土、碎石夾雜泥土，坡堆積層松散，在土中激發產生的面波能量強，且易生成強能量淺層多次反射—折射波，干擾有效波。

淺部永寧鎮組石灰巖厚度達100m以上，在溝谷地段有土層覆蓋，近地表巖性橫向、縱向變化較快，對地震資料的成像造成較大影響，對煤層反射波有一定的屏蔽作用。

淺表層地震地質條件差，淺層及深層地震地質條件一般。成孔施工難度大，激發條件較差，給測線施測、成孔、地震波的激發和接收都帶來很大的困難，也提高了成本費用。

2復雜條件下開展三維地震勘探的技術對策

發耳煤礦三維地震勘探為典型的山地三維地震勘探，對勘探區進行全面踏勘，深入分析研究地貌、巖性條件，從提高數據采集質量和數據處理質量兩個方面考慮，認為激發方法、成孔技術、大高差的靜校正方法為物探工作的技術難點，并采取了針對性技術措施，基本解決了復雜條件下的三維地震勘探技術難點。

為獲得高分辨地震資料，采取了高定位精度、高空間采樣率、高時間采樣率、高覆蓋次數的對策；對采集參數和試驗方案進行了優化，實施了檢波器挖坑埋實和激發井埋實，干擾嚴重時不施工，避開高頻環境噪聲干擾，杜絕坑炮和淺井炮。

2.1　激發方法選擇

為避免地震波能量吸收及散射，杜絕坑炮和淺井炮，鉆孔必須打到高速層，且必須采用悶井激發，杜絕開花炮，采用QPY-30鉆機或WTZ-301風動鉆機成孔且打到基巖下一定深度的高速層，深井激發，并采用泥漿、水、砂土進行封孔，使其產生集中向下的爆發力，提高激發能量、激發頻率，在有效地避免聲波的同時盡可能地壓制面波干擾，從而提高低頻信號的信噪比；在基巖中激發，可提高地震子波的主頻和地震波的分辨率，為取得優質的原始地震數據提供技術保證。

井深效果分析：試驗井深為4m，6m，7m，8m，9m，10m，12m，14m，16m，18m，單井激發。當試驗點位于地勢較高處、覆蓋土層較厚時，淺層巖層風化嚴重，井深小于10m，記錄面貌差，有效波不突出，面波較重；井深大于10m，有效波較明顯，反射波能量強。試驗點位于低洼處時，井深大于6m，有效波的能量均較突出。隨著井深的增加，有效波的能量有所增強，當井深大于10m時，激發效果基本沒有變化，因此確定最佳井深大于10m。

藥量效果分析：每個試驗點均采用最佳井深10m進行藥量試驗，分別進行0.5kg，1.5kg，2.0kg，2.5kg，3.0kg藥量試驗，除了0.5kg藥量激發的背景干擾稍重外，其余藥量激發均取得良好的地震效果，為確保取得良好的記錄資料，確定藥量為1.5kg。

通過井深、藥量試驗，最終確定井深藥量組合方式為井深大于10m、藥量1.5kg。

2.2　檢波器及接受方式選擇

勘探區為山區，地形復雜，樹木多，造成單炮記錄的背景干擾嚴重，對資料信噪比影響較大，為消除其影響，采用抗干擾能力強的60Hz檢波器，采用3只檢波器串聯零基距組合方式，檢波器靈敏度高。在野外施工中抓好檢波器埋置的工作，力求使檢波器與地表土壤或巖石組成一個阻尼較好的振動系統，壓制地表隨機高頻噪聲，為提高高頻段有效波的信噪比打好基礎。在裸露巖石區域，為使檢波器與巖石耦合較好，采用輕便發電機和電鉆等設備成小孔，將檢波器尾錐直接插入孔內，巖石和孔壁間充填物質，使檢波器與地表土壤或巖石組成一個阻尼較好的振動系統，提高了高頻段有效波的信噪比。

2.3　復雜山區觀測系統設計

勘探區內溝梁發育，地表落差較大，根據地貌特點將勘探區劃分為數個小區，為增加采集方位角的寬度和偏移距的均勻度，更合理地獲取物探信息，采用了8線8炮常規觀測系統與塊狀特殊觀測系統相結合的方式，大大提高采集方位角的分布范圍，對偏移距的分布范圍也有明顯改善，同時輔以高覆蓋次數，提高了信噪比。

2.4　最佳觀測范圍調查

勘探過程中根據實際情況適當加大排列長度，對試驗段進行了試處理，得到高信噪比的地震時間剖面，進行了覆蓋次數的對比處理，在200ms，300ms，400ms左右，形成3組較強的反射波，可以滿足地震解釋的要求。

3三維地震勘探地質成果

通過三維地震勘探，控制了主采煤層的形態，查明了主要構造及發育規律，控制了主要煤層厚度變化趨勢。

一井區原構造展布方式是根據鉆孔資料及地面出露的地層資料，結合區域構造規律推斷而來，斷層的性質、產狀、落差及地層的走向、傾向、傾角等分析判斷均存在較大局限性。共組合斷層7條，全部為正斷層，斷層落差20～55m，走向NW30°左右，3條斷層傾向NE60°，4條斷層傾向NW60°，平行排列，斷層之間的間距由西往東依次為40m，170m，105m，220m，220m，470m，形成一系列的地塹、地壘、臺階式構造。由于斷層落差大，無法跨越斷層布置正規工作面，致使采區難以設計。

三維地震勘探成果否定了原斷層組合方式，對構造方案進行了較大的修正。一井區解釋落差10m以上斷層11條 (圖1)。

圖1　一井區三維地震勘探前后構造對比

4三維地震勘探效果驗證

根據三維地震勘探成果進行了采區設計，一井區回采了10102和10103工作面，掘進了10105工作面，掘進了大量巷道予以驗證(圖2)；二井區完成了補充勘探，有鉆探工程予以驗證。

圖2　一井區1煤斷層三維地震勘探與實際驗證對比

4.1　煤層埋深驗證

一井區1煤埋深絕對誤差為-10.8～+5.2m，相對誤差為-4.80%～+2.09%，只有A3點為正誤差，由于受斷層影響，其他點均為負誤差(表1)。

表1　一井區1煤底板標高三維地震勘探與實際驗證對比

注：絕對誤差中比實際淺為-，比實際深為+。

二井區1煤底板標高絕對誤差為-8.37～+39.39m，相對誤差為-3.78%～+7.19%，3個鉆孔中為負誤差，其他8孔中為正誤差，BJ1304鉆孔由于斷層影響，誤差最大，達到+39.39m(表2)。

表2　二井區1煤底板標高三維地震勘探與實際驗證對比

注：絕對誤差中比實際淺為-，比實際深為+。

4.2　斷層驗證

一井區井巷工程及井下鉆探驗證斷層6條，斷層落差的誤差最大為5m，較為準確；斷層的平面位置擺動誤差為50～91m，誤差較大。F-12斷層延展長度誤差較大，F-13斷層實際揭露分岔為2條，探F9，F10斷層實則為1條；10102和10103工作面回采揭露5條落差1.1～5.7m的小斷層，三維地震勘探中沒有查出(表3)。

表3　一井區1煤層斷層三維地震勘探與實際驗證對比

二井區補充勘探驗證斷層5條，FJ1305斷層落差的誤差最大為30m，B1101鉆孔未控制到F28斷層；斷層的平面位置擺動誤差為10～50.5m(表4)。

表4　二井區1煤層斷層三維地震勘探與實際驗證對比

5結束語

(1)通過試驗研究，找出適用于勘探區不同巖性地層的激發方法，優化設計采集參數和試驗方案，正確進行靜較正，保證了數據采集質量和資料處理質量，達到了三維地震勘探目的。

(2)發耳煤礦三維地震勘探煤層埋深相對誤差一般小于4%，但局部絕對誤差較大；可基本控制落差大于10m的斷層，但對斷層落差、平面擺動位置控制誤差較大；對落差小于10m的斷層，控制程度差。

(3)只要在充分踏勘、理論分析的基礎上，深入研究復雜的地形、地質、物性條件，進行充分的井深、藥量、檢波器組合方式、觀測系統排列組合方式等試驗，找出適用于不同巖性地層，尤其在厚層石灰巖出露條件下的激發方式；正確進行靜較正，提高數據采集質量和資料處理質量，三維地震勘探在復雜條件下同樣可以取得較好的效果。

[參考文獻]

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[責任編輯：施紅霞]

開采技術與裝備