譚坪井田首采區(qū)三維地震系統(tǒng)設(shè)計(jì)及解釋

王永飛

(山西焦煤能源集團(tuán)股份有限公司， 山西 太原 030006)

在煤礦采區(qū)設(shè)計(jì)前，由于井田地質(zhì)條件不確定，有時(shí)會(huì)遇到較大的地質(zhì)構(gòu)造，例如：斷層、陷落柱、褶曲、古河床沖刷帶、巖漿巖侵入等，這些出現(xiàn)在煤層中的地質(zhì)構(gòu)造如果沒有查清，直接影響工作面的開采效率，影響礦井安全生產(chǎn)。對(duì)于各類大型地質(zhì)構(gòu)造，在煤礦采區(qū)及工作面設(shè)計(jì)初期必須盡可能地查明查清，避免因地質(zhì)資料不準(zhǔn)確而影響礦井的生產(chǎn)銜接及經(jīng)濟(jì)效益。因此，采用三維地震技術(shù)對(duì)譚坪井田初期采區(qū)構(gòu)造的發(fā)育程度、分布范圍、煤層可采范圍、厚度變化及對(duì)開采的影響程度進(jìn)行研究具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

1.1 井田位置及研究區(qū)域

譚坪井田位于山西省臨汾市鄉(xiāng)寧縣及吉縣境內(nèi)，井田面積為79.316 2 km2,前期開采地段位于井田東北部，面積為19.02 km2. 譚坪井田先期開采地段示意圖見圖1.

圖1 譚坪井田先期開采地段示意圖

1.2 區(qū)域地層

鄉(xiāng)寧礦區(qū)地層發(fā)育較全，沉積穩(wěn)定，太古界、古生界寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、中生界三疊系、新生界新近系及第四系等在地表均由出露。譚坪井田所屬河?xùn)|煤田南部地層表見表1.

表1 河?xùn)|煤田南部地層表

1.3 區(qū)域構(gòu)造

譚坪井田位于河?xùn)|斷褶帶南部，關(guān)王廟北東向褶帶的南部，總體為走向NE～NNE向NW傾斜的單斜構(gòu)造，斷裂不發(fā)育，沿走向發(fā)育短軸狀次級(jí)背向斜。區(qū)域構(gòu)造綱要圖見圖2.

圖2 區(qū)域構(gòu)造綱要圖

2 三維地震技術(shù)

三維地震勘探是橫、縱波結(jié)合的勘探技術(shù)，在提高構(gòu)造勘探、煤層賦存條件精度方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)能夠獲得比縱波勘探更加豐富的巖性、裂縫等信息，有利于復(fù)雜及埋深大的煤層勘探。

轉(zhuǎn)換波傳播原理：1) 縱波震源激發(fā)，到反射界面處產(chǎn)生向上傳播的反射縱波及轉(zhuǎn)換橫波，會(huì)造成轉(zhuǎn)換波傳播路徑不對(duì)稱。2) 縱波垂直入射到分界面時(shí)不產(chǎn)生轉(zhuǎn)換波，轉(zhuǎn)換波只是在中等偏移距會(huì)有較大能量。3) 由于橫波速度小于縱波速度，轉(zhuǎn)換波的視速度小于縱波視速度。

根據(jù)轉(zhuǎn)換波的傳播原理，設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，須兼顧轉(zhuǎn)換波和縱波的傳播原理，根據(jù)實(shí)際勘查區(qū)地質(zhì)情況，確定縱波與轉(zhuǎn)換波系統(tǒng)的參數(shù)，如接收時(shí)窗、覆蓋次數(shù)、偏移距和面元大小等。

3 地震觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

根據(jù)譚坪井田首采區(qū)三維地震勘探的地質(zhì)任務(wù)及目的，該次三維地震勘探數(shù)據(jù)采集應(yīng)當(dāng)盡可能收集真實(shí)有效的多波、寬頻原始數(shù)據(jù)，野外采集數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)滿足如下要求：1) 采用多道地震儀(nz48)進(jìn)行地震數(shù)據(jù)采集，該系統(tǒng)為72道地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，同時(shí)使用配套檢波器進(jìn)行驗(yàn)證。2) 采用高阻尼檢波器，提高信號(hào)信噪比，使采集的數(shù)據(jù)可信度更高更準(zhǔn)。3) 采用縱波和轉(zhuǎn)換波疊前聯(lián)合反演方法，該方法可將縱橫波精確自動(dòng)匹配的縱波和轉(zhuǎn)換波疊前聯(lián)合反演,獲取精確穩(wěn)定的彈性參數(shù)反演結(jié)果,提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)精度。

3.2 相關(guān)參數(shù)

以河?xùn)|煤田為例，第四系厚度為0～140 m，主采煤層深度為450～700 m，煤系地層傾角為2°～7°，結(jié)合地質(zhì)任務(wù)及目的，工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)：1) 縱波為20～750 m，轉(zhuǎn)換波為200～1 400 m. 2) 縱橫波平均速度比為2.5～4.0. 3) 面元大小：縱波為10 m×10 m，轉(zhuǎn)換波為15 m×15 m. 4) 覆蓋次數(shù)：縱波15次，轉(zhuǎn)換波94次。

3.3 觀測(cè)系統(tǒng)

選用10線10炮正交型寬方位觀測(cè)系統(tǒng)。觀測(cè)系統(tǒng)主要參數(shù)見表2.

表2 觀測(cè)系統(tǒng)主要參數(shù)表

該觀測(cè)系統(tǒng)的覆蓋次數(shù)、炮檢距和方位角分布較為均勻，能夠滿足對(duì)井田地質(zhì)構(gòu)造勘探的要求。跑檢距和方位角分布見圖3.

圖3 炮檢距和方位角分布圖

4 數(shù)據(jù)采集

4.1 測(cè) 量

測(cè)量共完成三維地震線束15束，放樣總點(diǎn)數(shù)23 939個(gè)，其中接收點(diǎn)數(shù) 16 363個(gè)(檢波點(diǎn)空69個(gè))，激發(fā)點(diǎn)7 576個(gè)，總長(zhǎng)度為303.5 km.

4.2 試 驗(yàn)

完成試驗(yàn)點(diǎn)位6個(gè)，其中4個(gè)黃土試驗(yàn)點(diǎn)，1個(gè)基巖出露區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)，1個(gè)河灘卵石區(qū)試驗(yàn)點(diǎn);完成點(diǎn)試驗(yàn)物理點(diǎn)96個(gè);完成段試驗(yàn)物理點(diǎn)70個(gè)，全部合格。

4.3 采 集

三維完成線束15束，滿疊加面積13.5 km2；生產(chǎn)物理點(diǎn)7 287個(gè)，加密167炮；資料合格率100%. 三維地震設(shè)計(jì)與實(shí)際工作量統(tǒng)計(jì)見表3.

表3 三維地震設(shè)計(jì)與實(shí)際工作量統(tǒng)計(jì)表

5 資料處理

完成13.5 km2的三維地震數(shù)據(jù)處理，提供一個(gè)三維疊后偏移數(shù)據(jù)體。三維地震數(shù)據(jù)體網(wǎng)格為5 m×5 m×1 ms；Inline范圍417～1 077，Crossline范圍160～1 927，時(shí)間范圍0～1 500 ms.

按照規(guī)范對(duì)三維地震數(shù)據(jù)以40 m×80 m網(wǎng)格線間隔進(jìn)行剖面質(zhì)量評(píng)級(jí)，評(píng)級(jí)時(shí)間剖面長(zhǎng)度總計(jì)505.91 km2，其中Ⅰ類剖面：441.35 km2，占87.24%；Ⅱ類剖面：59.31 km2，占11.72%；Ⅲ類剖面：5.25 km2，占1.04%. Ⅰ類和Ⅱ類剖面占總剖面的98.96%,滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

6 解釋方法

采用疊后時(shí)間偏移三維地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行解釋。成圖及解釋使用三維地震解釋軟件(IESX)、三維軟件(GeoViz)、CPS-3、龍軟GIS3.2等。1) 利用鉆孔的測(cè)井曲線(密度、聲波等)進(jìn)行人工合成來標(biāo)定目的層的反射波，進(jìn)行聯(lián)井解釋，按照從整體到局部，從粗到細(xì)、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜解釋原則，對(duì)80 m×80 m粗網(wǎng)格控制解釋，建立起構(gòu)造輪廓，然后加密到40 m×40 m，形成全區(qū)構(gòu)造骨架，控制較大構(gòu)造。使用軟件自動(dòng)追蹤功能，將層位和構(gòu)造加密到5 m×5 m的細(xì)網(wǎng)格，進(jìn)一步對(duì)小構(gòu)造進(jìn)行解釋，最終確定解釋方案。2) 確定解釋方案過程中，必須確保縱向、橫向及任意時(shí)間剖面相互結(jié)合，規(guī)則時(shí)間剖面及連井時(shí)間剖面相互結(jié)合，時(shí)間剖面及水平切片、沿層切片相互結(jié)合，從剖面、平面、立體各個(gè)角度相互對(duì)比、檢校，保證解釋出正確可靠的結(jié)果。3) 疊后偏移數(shù)據(jù)體進(jìn)行多屬性分析，形成以疊后偏移數(shù)據(jù)體為核心多地震屬性體(波形差異體、方差體、相干體、瞬時(shí)振幅體、瞬時(shí)頻率體、曲率體、分頻數(shù)據(jù)體、傾角體、傾角方位角體、反射系數(shù)體；層間統(tǒng)計(jì)屬性體，能量變化屬性體，振幅變化屬性體等)，與煤層地質(zhì)模型地震反射波場(chǎng)特征、地震時(shí)間剖面相結(jié)合，綜合判定解釋成果。

7 成果精度

結(jié)合井田所在區(qū)域構(gòu)造規(guī)律，結(jié)合斷點(diǎn)的性質(zhì)、落差和傾向等要素進(jìn)行組合分析，確定斷層23條。分析結(jié)果具體為：1) 全部為正斷層。2) 落差在50～100 m的斷層1條，落差20～50 m的斷層4條，落差8～20 m的斷層11條，落差小于8 m的斷層7條。3) 可靠斷層有13條，較可靠斷層有10條。

8 結(jié) 論

1) 譚坪井田三維地震解釋結(jié)果與以往普查、詳查、勘探、水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探等資料進(jìn)行相互驗(yàn)證，三維地震解釋結(jié)果與勘探資料一致。

2) 對(duì)先期開采地段范圍內(nèi)2、3、10號(hào)煤層進(jìn)行地震數(shù)據(jù)采集、處理，解釋,查明井田開采煤礦的地質(zhì)情況，為井田后續(xù)開發(fā)利用提供了準(zhǔn)確的地質(zhì)資料。

3) 對(duì)初期采區(qū)構(gòu)造的發(fā)育程度、分布范圍、煤層可采范圍、厚度變化進(jìn)行了詳細(xì)解釋，為下一步礦井采區(qū)設(shè)計(jì)及工作面布置提供了有價(jià)值的物探資料。

4) 三維地震勘探技術(shù)能夠解決煤礦地質(zhì)構(gòu)造的前期預(yù)測(cè)，為鉆探驗(yàn)證提供準(zhǔn)確的目標(biāo)，為礦井工作面設(shè)計(jì)及安全工作提供地質(zhì)保障。