南陽礦區二采區三維地震勘探激發因素試驗分析

薛金蛟(山西省煤炭工業廳煤炭資源地質局, 山西 太原 030045)

1 前言

南陽煤業位于高平市西南4km處的野川鎮南楊村，礦井二采區最高點位于勘探區中南部山梁上，標高約為1 228.7m，最低點位于勘探區東北部溝谷中，標高約為1 042.1m，相對高差約為186.6m。三采區最高點位于勘探區中南部山梁上，標高約為1 162.1m，最低點位于勘探區東部溝谷中，標高約為926.6m，相對高差約為235.5m。

井田內可采煤層為3號煤層、9號煤層和15號煤層，9號煤層為本井田內局部可采煤層。3號煤層賦存于山西組下部，煤層厚度4.11～6.26m，平均5.35m，屬厚煤層，其可采性指數為1，煤厚變異系數為28%，一般含0～1層夾矸，偶見3層夾矸，煤層結構簡單，夾矸厚度0.02～0.5m，巖性多為炭質泥巖，該煤層頂板為細砂巖、粉砂巖、泥巖，底板為細砂巖、粉砂巖、泥巖。井田內該煤層呈西厚東薄之趨勢，為全區可采穩定煤層。

9號煤層位于太原組中部，煤層厚度0.8～1.19m，平均厚0.99m，井田內厚度變化較大，北部煤層厚度較小，一般不達可采厚度，南部煤層變厚，達可采厚度，本煤礦內只在南部有達到可采厚度的煤層，但是范圍很小，為局部可采的不穩定煤層。煤層頂板為細砂巖、粉砂巖或泥巖，底板為泥巖或粉砂巖。9到15號煤層間距一般31.13～49.6m，平均40.37m。

15號煤層賦存于太原組下部，位于3號煤層之下，上距3號煤層78.5～117.17m，平均88.87m，煤層厚度2.02～3.50m，平均2.57m，為中厚煤層，可采性指數為1，煤厚變異系數為23%，一般含0～1層夾矸，偶見2層夾矸，煤層結構簡單，夾矸厚度0.05～0.40m，巖性多為炭質泥巖。該煤層頂板石灰巖，底板為細砂巖，呈中間薄、西北及東南較厚，為全區可采煤層。

礦區勘探區總體上為一單斜構造，地層走向近南北，傾向西，地層平緩，傾角為3°～10°，發育有次一級向背斜構造，勘探區內西南部采區解釋斷層3條，陷落柱2個，二采區解釋斷層1條，陷落柱1個。三采區解釋斷層6條，陷落柱11個。

為確保南陽礦區三維地震勘探地質任務的完成，在地質勘探前需做充分試驗，全面掌握礦區地球物理特征，了解本區有效波及干擾波的發育情況，合理確定施工參數，選擇最佳的激發因素、接收因素和儀器采集因素[1]。

根據以往在本區及鄰區的施工經驗，本次試驗在礦井二采區試驗點位2處，2處試驗點S1、S2分別代表基巖出露、薄黃土覆蓋等典型地段，S1位于330/1725附近，為基巖出露地段；S2位于290/1355附近，為薄黃土覆蓋地段。試驗工作主要進行不同激發條件下的成孔方法、激發井深、激發藥量以及壓制干擾波方面進行試驗[2]。

2 試驗方法和內容

2.1 試驗方法

圖1 S1點不同孔深的單炮記錄

二采區試驗工作采用428XL數字地震儀，自然頻率為60Hz的檢波器進行采集；成孔工具采用風動鑿巖機和洛陽鏟。火工品采用瞬發電雷管及地震勘探專用炸藥。根據本區地震地質條件，二采區完成試驗物理點15個，獲取地震監視記錄15張。根據《煤炭煤層氣地震勘探規范》(MT/T 897—2000)，對試驗記錄進行評價，記錄全部合格。

2.2 試驗內容

1.激發因素試驗

在薄黃土覆蓋和基巖出露等不同地表特征下分別進行激發孔深、藥量等試驗。

1)孔深試驗

采用道距10m，80道接收，“一”字型排列，同坑無組內距組合方式，中間爆破，儀器錄制參數為前放增益0dB，S1藥量1.5kg，S2藥量1.5kg。S1(基巖出露地段)進行2.5m、3m、3.5m孔深試驗。S2(薄黃土覆蓋地段)進行2.5m、3m、4m(到基巖面)。

2)藥量試驗

采用道距10m，80道接收，“一”字型排列，同坑無組內距組合方式，中間爆破，儀器錄制參數為前放增益0dB，S1井深3m，S2井深4m(到基巖面)。S1(基巖出露地段)進行1kg、1.5kg、2kg藥量試驗。S2(薄黃土覆蓋地段)進行1kg、1.5kg、2kg藥量試驗。

2.接收因素試驗

1)儀器因素試驗

采用428XL數字地震儀，采樣間隔1ms，記錄長度2.0s，進行儀器前放增益試驗，試驗的前放增益為0dB、12dB。

2)波場調查試驗

錄制波場調查記錄。波場調查擬采用道距10m，80道接收，“一”字型排列，端點激發無偏移距，儀器前放增益0dB。

3 試驗結果分析

3.1 井深試驗

1)S1孔深試驗

不同孔深的單炮記錄如圖1所示。分析以上記錄，時窗在200～400ms之間有較明顯的反射波，在進過鉆孔對比后，為本次勘探目的煤層的反射波。對比不同孔深試驗記錄，單一變化孔深，當孔深3m時，有效波能量明顯，視頻率較高，故選擇井深3m為最佳孔深。

2)S2孔深試驗

不同孔深的單炮記錄如圖2所示。分析以上記錄，時窗在200～400ms之間有較明顯的反射波，在進過鉆孔對比后，為本次勘探目的煤層的反射波。對比不同井深試驗記錄，單一變化孔深，當孔深達到基巖面時(不低于3m)，有效波能量明顯，視頻率較高，故選擇孔深打到基巖面為最佳孔深。

圖2 S2點不同井深的單炮記錄

3.2 藥量試驗

1)S1藥量試驗

不同藥量的單炮記錄如圖3所示。分析以上記錄，在孔深打到3m的條件下，單一變化藥量，當藥量1.5kg時，有效波能量較為明顯，所以選擇最佳藥量1.5kg。

圖3 S1點不同藥量的單炮記錄

圖4 S2點不同藥量的單炮記錄

2)S2藥量試驗

不同藥量的單炮記錄如圖4所示。分析以上記錄，在井深打到基巖面的條件下，單一變化藥量，當藥量2kg時，有效波能量較為明顯，所以選擇最佳藥量2kg。

3.3 儀器因素試驗

1)S1不同前放增益試驗

分析不同前放增益下的記錄，當增益選取0dB時，有效波能量相對較明顯，所以選擇0dB為儀器前放增益，具體如圖5所示。

圖5 S1不同前放增益的單炮記錄

2)S2不同前放增益試驗

分析不同前放增益下的記錄，當增益選取12dB時，有效波能量相對較明顯，所以選擇0dB為儀器前放增益，具體如圖6所示。

圖6 S2不同前放增益的單炮記錄

3.4 波場調查試驗

波場調查單炮記錄如圖7所示。分析以上記錄，在基巖區域、黃土區域有效波時窗在200～400ms處，主要的干擾波有面波、淺層多次波、聲波。

圖7 波場調查單炮記錄

4 結論

在薄黃土覆蓋和基巖出露等不同地表特征下分別進行激發孔深、藥量等試驗。通過上述試驗得出激發條件：二采區基巖覆蓋區孔深3m，最低不低于2.8m，藥量1.5kg；薄黃土覆蓋區，孔深至基巖面或入基巖，孔深大于3m時，藥量2kg。不夠3m足時，按基巖覆蓋區成孔，藥量1.5～2kg。