三維地震勘探法在煤礦采空區探測中的運用分析

■王剛

（河北省煤田地質局物測地質隊河北邢臺054000）

三維地震勘探法在煤礦采空區探測中的運用分析

■王剛

（河北省煤田地質局物測地質隊河北邢臺054000）

三維地震勘探法是一種集計算機學、數學、物理學等為一體的重要勘探方法，其位置預測的可靠性更高，勘探圖像清晰度比較高。在煤礦采空區探測中應用三維地震勘探法，可以準確探測采空區范圍和位置，從而有針對性地采取防護措施，保障煤炭開采生產安全。本文簡要介紹了煤礦采空區地球物理特性，分析了煤礦采空區應用三維地震勘探法的基本原理，闡述了三維地震勘探法在煤礦采空區探測的具體應用，以供參考。

三維地震勘探法 煤礦采空區 探測 運用

1 煤礦采空區地球物理特性

煤礦采空區是指通過機采、炮采或者鎬挖等方法開采部分煤層或者全部煤層以后留下來的空間區域。當部分煤層開采完成以后，煤層上方的地應力無法到保持原有的平衡性，一部分覆巖層會逐漸發生變形或者位移，形成各種不規則裂縫，甚至發生嚴重的坍塌，出現破碎帶、裂隙帶和冒落帶[1]。不同煤礦的開采時間、開采厚度、煤層厚度和埋深都不同，這也使得煤礦采空區出現不同的存在形式，大多數的煤礦采礦區往往都填充著塌落的覆基巖或者地下水。

2 煤礦采空區應用三維地震勘探法的基本原理

在煤礦采空區應用三維地震勘探法，是基于不同介質，其波阻抗不同的原理，反射波能量和波阻抗差異成正比例關系，不同介質之間的波阻抗差異越大，可以獲得更好的勘探效果。煤礦開采之前，煤層具有低頻、低密度等特點，周圍圍巖和煤層之間的波阻抗差異比較大，探測反射波能量非常強。當煤層之間被采空，采空區上覆地層密度比較低，煤層更加疏松，在應用三維地震勘探法時，地震波的頻率、速度、能量等都會發生變化，并且通過分析其時間剖面情況，其存在著明顯的延時現象，頻率較低，波形異常，煤層反射波相位和相軸出現分離不連續[2]。

3 三維地震勘探法在煤礦采空區探測的具體應用

在黃土高原西側有一個王家嶺煤礦，其位于侵蝕較強的中、低山地地貌區域，相對高差可達130m，地形復雜多變，淺表層地球物理特性相對較差，被大面積的黃土所覆蓋，煤礦區坡度比較陡。該煤礦地層從下到上包括：石千峰組、下石盒子組、疊統組、中奧陶統組、治里組等。該煤礦勘探區中包含3號和8號煤層，這兩個煤層之間的距離約46m，3號煤層平均厚度約6.65m，8號煤層平均厚度約2.45m，適合應用三維地震勘探法進行探測。通過運用三維地震勘探法，全面了解煤礦采空區的構造、目的層發育、地震地質條件等情況。

運用三維地震勘探法在煤礦采空區進行探測時，設置8炮束8線狀觀測系統，結合200m～400m埋深的煤層特點，偏移距約10m，通過50道進行接收，由于該煤礦區的陡坡懸崖相對比較多、地形復雜多變，無法在正點實施炮檢點，適當增加備用道數，用24次覆蓋結構，確保煤礦采空區探測數據的全面性。通過噪音偏移和衰減、傾角時差疊加、速度分析、反褶積處理、靜校正、高通濾波、真振幅恢復、資料整理和分析等，提高探測數據的分辨率。地震波受到大地濾波影響，其傳播能量衰減較多，特別是損失很多的高頻成分。同時，檢波器震源能量差異會影響有效波振幅，使得振幅變化無法真正反映出地下煤層的相互差異和動力學特性，應運用一致性地表振幅補償，恢復地震波能量。

以該煤礦區II采空區為例，其時間剖面上顯示：T2波相軸中斷、下凹，并且T2波具有不連續性，波形雜亂，呈現蚯蚓形狀排列，連續性較差，頻率很低，同相軸比較粗，中間區域時間延遲[3]。

在該煤礦II采空區運用三維地震勘探法，通過分析方差、相位、頻率、波形、振幅等屬性，其中方差、弧長和振幅對于該煤礦采空區的探測效果非常明顯。

根據該煤礦采空區振幅屬性，通過振幅切片可以分析反射波振幅強度，采空區上下巖層的波阻抗存在較大差異，振幅強度可以反映出上下兩層的巖性變化情況。這種振幅切片法在很大程度上彌補了傳統解釋方法的一些問題，具有空間分辨率高、快速解釋、直觀清晰等優點，結合煤礦采空區的屬性特征和地球物理特性，煤礦采空區的地震帶振幅比較低，從而探測采空區范圍。同時，煤礦采空區的方差屬性主要是對三維數據計算方差值，相鄰地震道和每個樣點的平均主值方差，利用加權歸一化，獲得求取值。方差屬性對于探測煤礦采空區的地層、采空區和斷層不連續的效果非常明顯，結合平均樣點主值和采空區樣點值之間的差值，準確分辨和識別煤礦采空區。另外，煤礦采空區弧長屬性主要反映了地震波的頻率和振幅變化，呈現出地震反射波波形特點，地震波振幅和頻率增大，會直接增大弧長值，在煤礦采空區地震反射波頻率和振幅變化非常明顯，從而確定采空區位置。

4 結束語

煤礦采空區嚴重威脅煤礦的安全開采和生產，而從地震時間剖面角度考慮，煤礦采空區具有非常明顯的地球物理特點，如延遲、錯斷、同相軸下凹等，通過運用三維地震勘探法，可以有效提高煤礦采空區的探測效率和準確度。

[1]何黃生.三維地震勘探在煤礦采空區探測中的應用分析 [J].能源技術與管理, 2012,02:60-61+74.

[2]霍軍鵬,周竹峰,王萬合.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]王馨茹,李雪梅,王曉雯.三維地震勘探技術在煤礦采空區的探測應用 [J].能源技術與管理,2015,03:172-173.

P3[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-173-2