山西某煤礦三維地震勘探探采對比研究

韓少明

（山西省煤炭地質物探測繪院，山西晉中　030600）

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山西某煤礦三維地震勘探探采對比研究

韓少明

（山西省煤炭地質物探測繪院，山西晉中030600）

摘要：介紹了三維地震勘探的原理，結合山西某煤礦勘探區的地質情況，從煤層底板標高、斷層、陷落柱等方面，對比分析了三維地震勘探探采中存在的問題及誤差的產生原因，以取得理想的探測效果。

關鍵詞：三維地震勘探，煤層，斷層，陷落柱

隨著煤炭開采機械化程度不斷提高［1］，開采深度和開采地質條件越來越復雜，對三維地震技術的要求越來越高，如要求查明煤層中5 m以上的斷層，查明直徑大于20 m的陷落柱，查明幅度大于10 m的小褶曲等，這就要求進一步提高三維地震對小構造探測水平，進一步提高對地震資料精細化解釋，以提高對小構造解釋的準確率。煤炭企業經過近幾年的高速發展已經進行了大量采區開采工作，對三維地震勘探解釋的構造也有了大量的揭露驗證資料，為了掌握地震資料解釋的準確性及可靠性，需要了解巷道及工作面采掘情況，進一步收集地震解釋資料的驗證情況，以便掌握第一手資料，進行探采對比，進行地震資料精細解釋，尤其在一個新的勘查區，由于對勘察區構造發育規律和煤層變化規律掌握的比較少，所以解釋方法要在實踐中不斷積累、不斷總結，以通過對比解釋進一步提高資料的解釋精度和準確性，總結經驗，以利于以后為礦井安全生產提供更好的服務。

1　三維地震勘探原理

三維地震勘探的理論與工作流程和二維地震勘探大體相似，三維地震勘探地震數據采集在三維空間（縱向、橫向、深度）高密度采集、室內地震數據處理成果是在三維空間進行成像的、是可以任意方向切出地震時間剖面的三維數據體，可以對地質體在不同方向進行觀測和解釋，所以三維地震勘探比常規二維地震勘探更容易識別小構造。

三維地震勘探是用反射波法進行的［2］，三維地震采用高密度的、各種形式的面積觀測系統，所以三維地震又叫面積觀測法，圖1是三維地震勘探原理圖，它是接收點以一定采樣間隔以多條平行線的方式分布，激發點沿炮線分布的面積觀測系統。面積測量系統反射波時距是根據物理地震學的原理，地震波從炮點O激發后，以球面波方式向下傳播，碰到反射界面后，根據惠更斯原理可以把反射界面上每一個點看作是一個新震源。再從新震源發出一系列小的球面波，向四面八方傳播開來，對地面某個接收點來看，它所接收的反射波就是一系列來自反射界面的波的總和。

圖1　三維地震勘探示意圖

2　勘探區概況

2.1地層

勘探區位于司馬井田東南部，地表為第四系黃土覆蓋。地層由老至新有：

①奧陶系中統峰峰組（O2f）；②石炭系中統本溪組（C2b）；③石炭系上統太原組（C3t）；④二疊系下統山西組（P1s）；⑤二疊系下統下石盒子組（P1x）；⑥二疊系上統上石盒子組（P2s）。

2.2煤層

測區內主要可采煤層為山西組的3號煤層與太原組的15號煤層。3號煤層位于山西組中下部，厚度6. 15 m～6. 88 m，平均厚6. 66 m左右。含夾矸1層～3層，多為炭質泥巖或泥巖。其頂、底板多為泥質砂巖或粉砂巖，局部砂巖。15號煤層位于太原組下部，上距3號煤層約110 m，厚度3. 24 m～6. 45 m，平均4. 53 m。煤層結構較復雜，含1層～6層夾石。頂底板多為泥巖、炭質泥巖。

2.3構造

井田位于華北斷塊區呂梁—太行斷塊沁水塊坳東部次級構造單元沾尚—武鄉—陽城北北東向褶皺帶中段，勘探區內基本構造形態為傾向西的單斜構造，在此基礎上發育了次一級小型波狀起伏的褶曲，地層較為平緩，傾角一般為3°～10°，局部稍大。

2.4地震地質條件

測內地層穩定，新生界與基巖的不整合面可獲得TQ波；山西組3號煤層厚度約6 m，層速度約1 600 m/s，其上下圍巖的速度變化在2 500 m/s～4 000 m/s間，兩者的密度明顯區別，其波阻抗差異較大，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（T3波），是地震主要解釋的目的波。以太原組15號煤層為主形成的復合波（T15波），由于受3號煤層的屏蔽作用，在時間剖面上T15波能量較弱。但T15全區基本可連續追蹤對比，它也是本次探測的目的波。

2.5野外數據的采集

三維地震野外資料采集中是用觀測系統來進行施工，觀測系統采用8線6炮制中間激發12次覆蓋32道接收的束狀型觀測系統，線距40 m，道距10 m，炮線距20 m，CDP面元大小5 m×10 m。縱向最大炮檢距190 m，該觀測系統的各面元炮檢距、方位角分布較均勻、面元間差異較小，且方位角分布較寬。

3　勘探區實例［3］

3.13號煤層底板標高解釋精度及誤差分析

測區內3號煤層底板賦存標高在665 m～800 m之間，在測區內選擇12個標高點進行探采對比，表1是地震解釋標高和工作面揭露標高對比統計表，從表1對比中可以看出，平均絕對誤差4. 02 m，如果去掉1個誤差大的點（10號點），平均絕對誤差為1. 5 m，再通過埋深誤差統計，因為本區煤層埋深淺，平均埋深只有200 m左右，平均埋深誤差率為0. 98%，比“規范”要求的埋深小于1. 5%精度要高，通過對標高誤差大的10號點分析可知，10號點位于西北部，首先是速度問題，由于用于速度標定的鉆孔數量小且分布不均勻，導致局部速度變化大，尤其在邊緣地帶速度差異更大。其次就是與第四系厚度局部變化大有關，第四系埋藏淺、厚度變化大，反射波追蹤困難，利用分層計算速度時深轉換時，由于兩層速度差異很大，導致煤層底板等高線局部變化大。總體看埋深誤差高于規范要求，取得理想探測效果。

表1　地震解釋標高和工作面揭露標高統計表

3.23號煤層斷層解釋及精度分析

利用地震資料在測區中南部解釋逆斷層1條，編號為F1，落差3 m，走向北東，長度200 m；礦方在向北部巷道掘進中發現有地質異常現象，根據反饋回來的信息，對資料進行全面分析，圖2是該處的時間剖面，從圖中可以看出，3號煤層反射波在此處沒有明顯錯斷，只是傾角發生變化，結合15號煤層有一個落差15 m的斷層，且T3波和T15波之間時間有變大跡象，所以在3號煤層解釋一條F2逆斷層，該斷層落差5 m，走向北東，長度約300 m，在采區采掘工作面結束后，根據收集到的3號煤層采掘資料可知，F1，F2斷層均已被揭露，F1逆斷層落差4. 5 m，F2為逆斷層落差7 m。總體看地震解釋的2條斷層巷道及工作面已揭露驗證，與實際吻合。

圖2　F2逆斷層在時間剖面上的反映

現在通過探采對比，對地震資料解釋尤其對逆斷層解釋有了新的認識。從此次探采對比實例中分析可得出：盡管3號煤層時間剖面反射波沒有明顯錯斷跡象，只是傾角發生變化，屬性切片上也沒有明顯異常跡象，但15號煤層反射波中有明顯錯斷，3號煤層反射波傾角又有變陡，且3號煤層和15號煤層之間距離有變厚跡象，這就是解釋逆斷層的依據，且是斷距下大上小的逆斷層，地震資料精細解釋本來就是一個不斷認識的過程，所以解釋方法要在實踐中不斷積累、不斷總結經驗，不斷提高解釋水平。這不僅用到地震解釋技術還要有一定的地質解釋經驗。

3.33號煤層陷落柱的解釋及精度分析

地震勘探解釋直徑大于20 m的陷落柱3個，直徑小于20 m 的2個。根據收集到的煤層采掘平面圖和地震資料解釋底板圖進行探采對比，三維地震解釋的5個陷落柱已有4個被揭露，分別為X2陷落柱、X3陷落柱、X4陷落柱和X5陷落柱，1個陷落柱（X1）在勘探區西南部邊界村莊邊沒有開采，圖3是陷落柱在時間剖面上的反映特征，由圖可以看出，該探測區內陷落柱特征非常明顯，尤其是X4和X5陷落柱陷落特征更加清晰。

圖3　X2，X3，X4，X5陷落柱在時間剖面片上反映的特征

4　結語

通過此次收集煤層采掘資料，對煤層底板標高、斷層、陷落柱等進行探采對比分析研究，并對在探采對比中發現的問題及誤差原因進行了分析，找出問題，剖析原因，總結經驗，使我們認識到地震解釋工作的重要性，地震資料解釋工作要運用多種手段，并在實踐中不斷總結經驗，用實例說明了只要施工參數合理，施工嚴謹，資料處理精細，資料解釋手段及經驗豐富，采用三維地震勘探方法解決地質問題可以獲得理想效果。

參考文獻：

［1］劉青華，王祝文.煤礦采空區及塌陷區的地球物理探查［J］.煤炭學報，2005（6）：715.

［2］崔永波.淺談三維地震勘探技術［J］.地球物理學，2009（6）：107.

［3］韓少明.石圪節司馬煤業有限責任公司司馬礦井首采區三維地震勘探報告［R］.山西省煤炭地質物探測繪院，2004.

The comparison research on a coal mine 3D seismic exploration in Shanxi

Han Shaoming
（Shanxi Coal Geological Geophysical Surveying and Mapping Institute，Jinzhong 030600，China）

Abstract：This paper introduced the principle of 3D seismic exploration，combining with the geological condition of a coal mine exploration area in Shanxi，from the coal seam floor elevation，fault，collapse column and other aspects，contrast analyzed the existing problems and error causes in 3D seismic exploration，in order to obtain ideal detection effect.

Key words：3D seismic exploration，coal seam，fault，collapse column

中圖分類號：P631

文獻標識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）09-0088-02

收稿日期：2016-01-17

作者簡介：韓少明（1960-），男，工程師