三維地震勘探在煤礦開采中應用效果

楊 劍

（甘肅煤田地質局綜合普查隊，甘肅 天水 741000）

隨著采煤技術的發展，采煤機械化程度的提高，綜采技術大量應用，提前掌握煤礦采區范圍內煤層賦存情況及地質構造情況，對煤礦安全生產及經濟效益意義重大，而三維地震勘探就是解決這一難題的有效手段，本次勘探承擔的地質任務就是解決采區地質構造問題。

1 概況

井田東北邊界以趙兒塔向斜軸為界，與羊場灣井田相鄰；正北以29勘探線為界與英子梁井田相接；東、南、西三面均以1層煤+600m水平煤層底板等高線在地面的投影線為界。井田為兩翼基本對稱的背斜賦煤構造。

三維地震勘查區布置在碎石井背斜西翼的二煤+900m水平以淺范圍內。北起27勘探線；南至24-Ⅰ勘探線；西部以二煤＋900m水平煤層底板等高線在地面的投影線為界；東部北段以Ⅰ火燒區的下傾邊界為界，東部南段界線在碎石井背斜軸以西約150m。

2 地質概況

2.1 勘查區地層

井田內絕大部分地層被第四系風成沙層覆蓋，僅在大沙河兩側有中侏羅統地層零星出露。勘探區地層由新至老有第四系、下白堊統志丹群、中侏羅統安定組、直羅組和延安組，下侏羅統富縣組及上三疊統延長群。中侏羅統延安組為主要含煤地層。勘查區為碎石井背斜的西翼，基本為一單斜構造，地層傾角15～36°，西傾，向深部地層傾角變大。

2.2 地震地質條件

（1）地表條件

勘查區內廣布相對高差為10m的沙丘，多系風成壟狀及新月形流動的沙丘，間有被植被固定、半固定沙丘，形成沙丘密布的地貌?？碧絽^地勢南高北低，相對高差約90m，地形起伏變化大，行車不便，給地震施工帶來較大困難。

（2）淺層地震地質條件

井田內第四系廣布，厚度變化大，為0.6～25m，平均8m，不含水。表層多為固定、半固定沙丘，中部為黃色沙土，底部為砂礫石及卵石層，其厚度在0～10m左右。成孔困難，對地震波激發與接收十分不利。

（3）深層地震地質條件

勘查區含煤地層為中侏羅統延安組，劃分為上、下含煤段，共含煤四組（上、下含煤段各兩組），地層總厚度平均320.76m，含煤層數多，達20層。綜合分析區內現有地質資料，主要可采煤層與圍巖均具有明顯的物性差異，具備形成反射波的物性條件?？傊?，深層地震地質條件較好，能產生較好反射波。

3 三維地震野外采集方法

3.1 激發與接收因素

采用wf-50風水兩用鉆機鉆井，井深大于6 m單井激發，采用2～3kg藥量激發；井深3～5m，2井組合，藥量2×2kg；井深小于3m，3井組合，藥量3×1kg；個別地段適當加大井深，建筑物附近采用深井小藥量激發。檢波器組合采用3個60Hz檢波器串聯組合，點式堆放，挖坑埋置。施工中盡可能采用深井激發以壓制面波及聲波的干擾，并避免在風中作業以保障記錄面貌有較高的信噪比。由于面波及聲波均為規則干擾波，在資料處理中可以得到有效地壓制。

3.2 儀器因素

使用法國產428XL數字地震儀。施工前按規定對儀器進行了年檢、月檢、日檢。檢查記錄合格。采樣間隔1ms，記錄長度1.5s，全頻帶接收。

3.3 觀測系統

采用8線10炮規則束狀觀測系統，分析本區地質資料，選取CDP網格10×10m（橫向10m，縱向10m），疊加次數20次(橫向4次，縱向5次)，能夠達到完成地質任務的目的。觀測系統參數為：觀測系統類型：8線10炮束狀觀測系統。CDP網格：10m×10m，接收道數：40×8 =320道。接收線數：8條。疊加次數：5×4=20次（縱向5次，橫向4次）。接收道距：20m；接收線距：40m。炮線距：20～60m，炮排距：80m?？v向最大炮檢距：780m；縱向最小炮檢距：0m。橫向最大非縱炮間距：310m；橫向最小非縱炮檢距：10m。最大炮檢距：839m。

3.4 三維地震采集效果分析

圖1 地震單炮記錄

單炮記錄面貌干凈，地震反射波能量強，波組特征清晰，有效波明顯，記錄頻率較高。

通過對剖面綜合分析、對比和解釋。T2、T7、T14的單斜形態對應本區的單斜構造，與鉆探揭示的構造形態十分吻合。初步分析，三組（T2、T7、T14）反射波組分別對應三組煤層（二煤、七煤、十四煤），波組特征與煤厚有較好的對應關系，T2波強相位對應二煤厚煤層，T7、T14波較弱相位對應七煤、十四煤層。單斜深部T14波尖滅特征對應該地段十四煤煤層變薄區（110孔、2417孔地段煤層厚度小于1m）。

圖2 地震時間剖面

波組總體特征為：二煤層反射波能量強，信噪比高，波的連續性好，可做為本區的標志層位。下組煤反射波能量弱，信噪比低，連續性差，與煤厚特征相關外，上覆厚煤層對下覆煤層的能量有一定的屏蔽作用。如圖2所示。

4 地質成果

4.1 勘查區構造分析

經本次勘探，勘查區為一單斜構造，全區共揭示斷層13條。發育7條逆斷層，6條正斷層。本區構造比較簡單。從地震構造圖看出，勘探區為碎石井背斜西翼的單斜構造帶，軸部寬緩，翼部變陡。背斜軸向南傾伏。補6勘探線以南含煤地層傾角10～21°，由南向北煤層傾角逐漸增大，補6勘探線以北傾角為20～28°；地層的走向與背斜軸基本一致，近南北向。

4.2 斷層驗證情況

在11201工作面回風巷、運輸巷掘進過程中（具體位置見圖4），揭露斷層與地震解釋DF38斷層性質、傾向、落差吻合較好。在三維地震時間剖面上，該斷層斷點反映清晰，斷層性質明確，時差近10ms。構造圖反映，斷層為正斷層，二煤斷層，斷層走向北東，斷面傾向南東，傾角65°，最大落差：9m。

圖3 斷層及火燒區在時間剖面上反映

圖4 DF38 斷層位置圖

4.3 地質成果評價

查明了區內煤系地層為一單斜形態。查明了區內落差大于5m的斷層共13條。其中，DF38斷層的可靠性已經巷道驗證?？刂屏司飬^內主要煤層的底板標高，并編制出二煤、七煤、十四煤的底板等高線圖，較好地反映出主要煤層的展布形態。并對煤層底板起伏形態進行了描述。圈定了十四煤層無煤區邊界；并對各主要煤層的厚度進行了解釋。根據地震資料反映，對主要煤層I號火燒區下傾邊界附近的構造異常進行了解釋。通過本次地震勘探，認為區內沒有幅度大于8m的褶曲，也未見古河床沖刷現象。

5 結論

本次三維地震勘探在設計、施工、資料處理、報告編制過程中，各種參數選擇和方法應用均進行了嚴格的論證和充分的試驗，保證了數據采集、數據處理和報告編制各個環節的合理性。采用深井大藥量激發，高疊加次數（20次）保證了深部煤層反射波有足夠的能量，方法正確，效果顯著。資料處理中對各種參數的選擇進行了反復試驗，方法正確，流程選擇得當，經過預處理、常規處理獲得的數據體目的層反射波能量強，連續性好，構造顯示清晰。地震資料解釋中充分利用處理后的地震信息，結合地質、鉆探資料進行多方位、多角度的綜合解釋，方法正確，控制的構造精度較高，取得了較好的地震效果。