三維地震勘探技術在山西朔州某勘探區的應用

劉　松，李淅龍

（中煤科工集團西安研究院，陜西西安710077）

三維地震勘探技術在山西朔州某勘探區的應用

劉松*，李淅龍

（中煤科工集團西安研究院，陜西西安710077）

三維地震勘探技術可以發現井田煤層的構造形態、斷裂等，為井田下一步安全開拓提供地質保障。本勘探區地表復雜，采取了多種成孔手段結合的方法確保了地震資料良好的激發層位，為獲得較好的地震野外資料打下了基礎。通過多種手段查明了地下構造形態、采空區范圍以及陷落柱，取得了良好的效果。

特殊觀測系統；三維地震勘探；資料解釋；朔州

1　概況

為進一步查明井田主采煤層的構造形態、煤層賦存條件以及采空區分布范圍，勘探區采用了三維地震勘探技術對采區進行地面勘探?？碧絽^地處洪濤山脈西側，屬黃土梁峁切割沖刷地貌，勘探區內地形較為復雜，溝谷多呈“U”字型，除極少部分溝谷地區均為第四系黃土覆蓋。最高點位于區北部山梁上，標高+1662.5m，最低點位于西界溝底，標高+1440m，相對高差222.5m，屬低中山丘陵地區，井田內黃土廣泛分布，沖溝、梁、峁發育，植被稀少，地形切割強烈。

2　施工過程及難點

三維地震是一種高密度的面積勘探技術，利用炮點和檢波點的靈活組合獲得分布均勻的CMP點網格。本次三維地震勘探線束布置主要考慮勘探區地表形態、構造發育和煤層傾角等情況，采用10線4炮制規則觀測系統（表1）。

表1　施工參數一覽表

2.1激發方式

針對不同的地表條件選取了不同的激發方式，黃土區和過渡區采用人工洛陽鏟成孔深井激發，基巖出露區采用風鉆和電鉆成孔激發。冬季施工中，由于天氣寒冷，凍土層較厚，厚度達2m左右。給人工洛陽鏟成孔帶來很大的困難。因此，成孔過程中，使用電鉆開口，再用人工洛陽鏟成孔。

主要激發參數如下：

黃土區：井深地表起伏情況及黃土厚度變化情況而定，保證激發層位進入紅土層1m，藥量2kg；

過渡區：達到基巖面，井深不低于3m，藥量2kg；

基巖出露區：井深3m，藥量1.5kg。

2.2特殊觀測系統

本次勘探區內影響施工的障礙物眾多，包括村莊、工業場地。如果按照常規方法施工，則可能造成一些炮點和檢波器無法布設，從而導致障礙物影響區域覆蓋次數嚴重不足，最終降低成果的解釋精度。鑒于此，在施工過程中，借助專業三維地震勘探設計軟件，對施工過程中遇到的村莊進行恢復性放炮的處理，包括加大或改變排列，加密或者改變原設計炮點等。對于一般的小障礙物，通過上述方法就能夠消除地表障礙對地下資料的影響。但是對于成片的大障礙物，由于最大偏移距和炮檢距的限制，簡單的方法不可行，需實施特殊觀測系統。

此次施工中，下石井村南北向約500m，東西向約600m。通過對現場的詳細踏勘，發現村莊錯落有致。街道基本呈東西走向，而且街道之間的距離大概30m。綜合考慮本身的CDP網格，最終設計18條特觀線，編號T1，T2，…，T18，基本垂直正常測線，每條線接收檢波器為48個，全排列接收。在村莊外的測點與原檢波點重合，方便資料處理，村莊內實測每一個檢波點，并做好標志（油漆配合布條、粉筆）。炮點的布設根據測線的布設情況先進行模擬然后下達成孔任務書，實際成孔過程中再進行局部微調。

3　資料解釋

三維地震勘探資料的處理過程中，認真分析了所要解決的地質任務和原始資料的特點，選用了有針對性的處理模塊，優化處理流程，精選處理參數，嚴格控制中間處理質量，最終獲得了較好的地震時間剖面（圖1）。

圖1　偏移剖面

3.1斷層解釋

斷點解釋是一個關鍵而復雜的問題，由正演得知，當地層正常時，時間剖面上反射波同相軸穩定、連續性好、沒有畸變。若時間剖面上標準反射波同相軸發生錯斷（圖2）、強相位轉換、分叉合并、同相軸數目增多或者發生扭曲變形等則是識別斷層的依據。

圖2　大斷層在剖面上的反映

3.2陷落柱解釋

陷落柱是由塊度大小不均、排列雜亂無章的上部地層塌陷物膠結而成。與正常地層相比，其在地層的連續性、產狀、巖性等方面，均有很大差別（圖3）。陷落柱與圍巖存在的物性差異是陷落柱探測的物性基礎。識別和判定陷落柱的主要依據有：

（1）反射波組中斷或能量變弱。其中斷點或能量變化位置即為陷落柱邊界的反映；

（2）反射波同相軸扭曲、產狀突變。其扭曲起始點之連線即為陷落柱的邊界反映；

（3）反射波同相軸產生分叉合并和圈閉現象。其分叉、合并點即為陷落柱的邊界反映；

（4）反射波相位轉換，極性發生反轉，其反轉起始點即為陷落柱邊界；

（5）在疊加時間剖面上，出現斷陷點繞射波、延遲繞射波等。

圖3　陷落柱在剖面上的反映

3.3采空區解釋

勘探區內有某煤礦綜采后形成的采空區和小煤窯采用房柱式采煤形成的采空區，這兩種采煤方式形成的采空區在地震時間剖面上的響應特征有很大的區別。綜采采煤后放頂，破壞了上覆圍巖的完整性，對地震波造成強烈的吸收和散射，高頻衰減強烈，地震波無法穿過，在地震時間剖面上表現為煤層反射波缺失，房柱式采煤產生的采空區周圍并未出現大的物理變形，因而在時間剖面上表現有2種現象，其一采上組煤，由于上組煤采空后，地震波無法穿過，在地震時間剖面上變現為在采空區內部反射波同相軸不連續且雜亂無章（圖4）；其二是采下組煤，上組煤仍保持完整性，在地震時間剖面上變現為在采空區內部反射波同相軸上部連續，下部不連續。

圖4　采空區反射波同相軸雜亂無章

4　結論

本次三維地震勘探觀測系統和各項參數選擇合理，試驗工作充分，技術措施得當，野外數據采集嚴格執行了合同書、《施工設計》和《煤炭煤層氣地震勘探規范》等相關技術規范要求，雖然勘探區地形較復雜，但在施工過程中采取了針對性技術措施，確保了覆蓋次數，獲得了質量可靠的原始資料。生產記錄甲級率65.05%，達到了《煤炭煤層氣地震勘探規范》的要求，為資料處理、解釋打下了堅實基礎。

本次三維地震勘探組合斷層45條，這些斷層均正斷層，發現了5個陷落柱（DX1～DX5），并發現了21處采空區。

（1）在村莊和工業廣場附近，雖然采取了特殊觀測系統等措施，其附近剖面連續性還是受到一定程度的影響，有遺漏小構造的可能性。

（2）在三維地震勘探解釋中，由于采空區影響其上地層的完整性，地震波無法穿過，很難確定是哪一煤層的采空區，需要有其它的地質資料來綜合解釋。

［1］朱書階，李林元，牛跟彥，等.永城礦區復雜條件下的三維地震勘探技術［J］.煤炭技術，2007.

TD82.72

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1004-5716（2016）07-0190-03

2016-04-12

2016-04-12

劉松（1981-），男（漢族），江蘇鹽城人，工程師，現從事煤田地質勘探技術工作。