利用三維地震方法解決湖西礦采空區問題

李 華

（山東省煤田地質局物探測量隊，山東 濟南 250000）

三維地震勘探可以查明落差≥5m的斷層，控制主要地層層位，解釋主要煤層賦存狀況，尋找和發現地質異常現象（陷落柱、火成巖局部侵入、煤層分叉合并等）。來自3上煤層與圍巖界面產生的反射波，其波形特征與煤層的對應關系較好，時間剖面上能清晰地反映出斷層、煤層的變化，動力學特征明顯，全區能連續追蹤，為本區的主要目的層反射波，是構造、煤層解釋的主要依據。采空區由于煤層全部或部分采空，致使原來的反射機制被破壞，時間剖面上煤層反射波特征發生畸變，難以追蹤和對比，通過煤層反射波的異常變化，可以尋找和發現地質異常采空區的范圍。

1 勘探區概況

湖西礦井位于山東省微山縣、魚臺縣境內，與江蘇省毗鄰。井田處于昭陽湖區中段西部，西距魚臺縣城15km，水陸交通比較方便。本井田位于滕縣煤田西北部，地層自上而下有第四系、上侏羅統蒙陰組、下二疊統下石盒子組和山西組、上石炭統太原組、中石炭統本溪組、中奧陶統。本區含煤地層為下二疊統山西組和上石炭統太原組，煤層埋藏深度在500～1000m，含可采和局部煤層3上、3下、12下1、16煤四層。

本區表層地震地質條件復雜，但中、深層地震地質條件較好，對應各地質層位的反射波較多，尤其是T3波連續突出，動力學特征明顯，能真實地反映其地質形態及構造變化規律，對三維地震勘探完成地質任務較為有利。

2 數據采集

本次三維地震施工采用8線12炮束狀觀測系統，480道接收，接收道距20m，炮點網格20m×100m，覆蓋次數為24次。檢波方式為3個檢波器串型組合檢波；激發方式采取井深8～12m，藥量1～1.5kg高爆速TNT炸藥單井激發。共施工三維地震測線16束，特觀2個，三維地震施工面積7.475km2。本次三維地震勘探設計目的明確，觀測系統選擇合理，試驗工作充分，數據采集方法及采集參數正確，施工要求嚴格，技術措施得當，針對性強，所獲原始記錄質量高，同時，又嚴格執行了三級驗收制度，其質量符合《煤炭煤層氣地震勘探規范》的要求，圓滿完成了預定的野外數據采集任務。

3 資料處理

本次三維地震資料處理針對原始資料特點疊前主要采用了三維地表一致性振幅補償、三維地表一致性反褶積、精細速度分析，疊后采用了具有吸收邊界的差分法波動方程三維一步法偏移，并用鉆井等實際資料進行了約束。去噪時在保證信噪比前提下最大限度地提高了地震資料的分辨率，使目的煤層有效波主頻范圍達到25～75Hz，成果剖面質量有了較大提高。

4 采空區地震資料解釋

將時間剖面上反射波能量強、信噪比高、連續性好、地質意義明確的反射波定為標準波，本區的標準反射波為來自第四系底界的TQ波、3上煤層的反射波T3波。來自侏羅系底界的反射波TJ3波及來自16煤層與圍巖界面形成的反射波T16波為本區的輔助波。

3上煤層采空區的解釋：本區3上煤層較穩定，其反射波的能量、頻率及連續性相對穩定，在解釋過程中在勘探區東南邊界附近，T3波能量變弱、消失，煤系地層內部反射層次出現雜亂無章的現象（圖1）。經礦方提供的井下巷道揭露情況對照，是3上煤層被采空而造成時間剖面上煤系地層內部反射層次的變化，這種現象是解釋本區采空區的主要依據。水平切片上采空區的反應也特別明顯（圖2）。從三維數據體上可以直觀地顯示采空區的范圍（圖3）。

圖1 采空區在時間剖面上的反映

本次三維地震相干數據體沿層切片上不僅對區內斷層的延展方向有清晰反映，對區內幾個采空區的反映也特別突出，對采空區的范圍、形狀、大小等顯示特別直觀（見圖2）。

本次地震資料上3上煤層采空區內T3波消失，波場雜亂，在時間剖面和水平切片上比較特別突出，反映極為明顯，相干沿層切片上采空區的范圍也反映清晰。通過抽取地震數據體縱、橫向時間剖面對比，以及水平切片的仔細分析，參考相關數據上3上煤層反射波的特征，綜合圈定了3上煤層采空區的范圍。根據以上的地震資料數據，本勘探區東南部邊界內外成功解釋了4個采空區，總面積約為0.50km2。

圖2 三維相干數據體沿層切片上采空區的顯示

圖3 三維數據體上采空區的顯示

對于本次的采空區邊界，地震反射波反應較為清晰，但考慮到采空區塌陷角度的影響，與實際位置相比可能有一定擺動誤差。礦方在巷道布置及開拓過程中，將井下揭露的實際情況及時反饋，以便對地震資料作進一步分析。

5 結論

本次三維地震勘探設計目的明確，觀測系統選擇合理，施工方法正確合理，獲得了高質量的原始數據和處理成果，通過對三維地震資料的認真分析和解釋，取得了比較理想的地質效果，成功解釋了4個采空區，總面積約為0.50km2。通過湖西礦的應用實例證明，利用三維地震勘探解決地下隱伏采空區的問題，地質效果是比較理想的，為其他煤礦通過三維地震勘探解決采空區問題提供了借鑒經驗。