二维地震勘探在东明露天矿地质研究中的应用.pdf

露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月二维地震勘探在东明露天矿地质研究中的应用康佳明1，钟晓勇1，陈俊彬1，李坤1，魏金发2，郭旭1，申志宇1（1.内蒙古呼伦贝尔东明矿业有限责任公司，内蒙古 呼伦贝尔 021500；2.华能伊敏煤电有限责任公司，内蒙古 呼伦贝尔 021500）摘要：为了研究东明露天矿构造赋存情况，解决富水区域和导水通道对生产造成极大的安全隐患，提高露天矿的安全生产能力，采用浅层二维地震法在划定的区域内进行探测研究，通过合理选取激发震源、道间距离、垂叠次数等技术参数,采用最优参数施工，最终确定了断层的分布范围、延展长度、落差等情况。关键词：露天矿地质探测；二维地震法；构造赋存；地质构造中图分类号：P631.4文献标志码：B文章编号：员远苑员原怨愿员远（圆园23）03原园园38原园3Application of 2D seismic exploration in geological research of Dongming Open-pit MineKANG Jiaming1,ZHONG Xiaoyong1,CHEN Junbin1,LI Kun1,WEI Jinfa2,GUO Xu1,SHEN Zhiyu1（1.Inner Mongolia Dongming Mining Co.,Ltd.,Hulunbei er 021500,China;2.Huaneng Yimin Coal and Electricity Co.,Ltd.,Hulunbei er 021500,China）Abstract:In order to study the structural occurrence of Dongming Open-pit Mine,solve the potential safety problems caused bywater-rich areas and water diversion channels,and improve the safety production capacity of open-pit mines,the article usesshallow-layer two-dimensional seismic method to detect and study in the demarcated area.Through reasonably selecting technicalparameters such as excitation source,interchannel distance,vertical stack number,we adopt the optimized parameters,determinedistribution range,extension length and drop of the fault.Key words:geological exploration of open-pit mines;two-dimensional earthquake method;tectonic occurrence;geological structure移动扫码阅读露天煤矿在生产过程中经常会受到地下水的影响，而且富水区域和导水通道会对露天矿的生产造成极大的安全隐患，故需探明构造赋存情况且查明不良的工程地质作用。浅层地震波勘探是根据地震波传播的基本规律来研究地下界面特征或构造形态1。从浅层震源发出的震动弹性波由震源开始逐渐传播，当弹性波在传播过程中碰到不同波阻抗界面，不同界面对地震波有不同的反射作用。地面检波器接收到信号后对数据进行数据解释和分析，最终判断出各类地层的埋深、构造发育情况及产状等。综上，为研究东明露天矿的构造赋存形态，在划定的区域内进行了浅层二维地震物探，分析其探测效果，为露天矿的水文地质构造探测和分析提供基础参考资料。1工区地球物理概况1）工程地质及水文地质。依据陈巴尔虎旗煤田的勘察结果，陈巴尔虎旗煤田受构造等因素影响，整体呈现一向斜构造，该向斜构造基础之上又发育断层、次级向斜背斜构造，以及它们的复合形式构成，东明露天矿位于该构造的翼部。第四系（Q）和白垩系（K）组成了东明露天矿区域的主要地层。本区开采的目的煤层属于白垩系地层，煤层产状走向近东西，倾角为5毅，属于平缓稳定煤层，平均厚度17.52m，广泛分布在煤系地层之上。已查明近东西走向的收稿日期：2022-08-27责任编辑：陈毓作者简介：康佳明（1989），男，内蒙古呼伦贝尔人，工程师，本科，2016 年毕业于中国地质大学，主要从事露天矿水文地质技术管理工作。DOI:10.13235/ki.ltcm.2023.03.010康佳明，钟晓勇，陈俊彬，等.二维地震勘探在东明露天矿地质研究中的应用 J.露天采矿技术，2023，38（3）：38原40.KANG Jiaming,ZHONG Xiaoyong,CHEN Junbin,et al.Application of 2D seismic exploration in geologicalresearch of Dongming Open-pit Mine 允.Opencast Mining Technology,2023,38（3）:38原40.38露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月断层有6条。构造隆升造成的局部区域煤层顶板缺失对煤层的厚度和连续性造成一定影响2。东明露天矿所在地区地势低，且处在向斜盆地谷底区，受周边河流、区域地质构造影响及地层影响，地下水补给通道多，且第四系松散储水层厚度大地下水储量异常丰富。2）地震地质条件。煤层属于稳定连续的沉积类型地层，在物性特征方面具有低密度等典型特征。由于煤层与围岩（顶底板）之间通常存在着明显的波阻抗差异，煤层会形成很强的反射波3。东明露天矿矿区及周边地势平坦，适合开展野外工作。露天矿主采煤层为12号煤，煤层厚度适中、发育稳定，主采煤层与其顶底板泥岩岩性差异明显，能形成较为连续的对应反射波。2浅层二维地震法及施工布置2.1方法原理地震勘探是通过人工激发所产生的地震波在地壳内传播，当遇到弹性介质不同的分界面时，在界面上将引起反射4，通过地震检波器记录地下发射波数据，然后再对地震反射波数据进行资料处理和解释，来确定地下界面的形态和构造特征情况5。在水文地质及工程地震调查中，通常使用浅层地震勘探方法，探测深度由几米至几百米。地震勘探公式如下：t=1vx2+4h2依4xhsin渍姨式中：t为传播时间，s；v为波速，m/s；x为炮检距，m；h为界面的法线深度，m；渍为界面倾角,（毅）。浅层二维地震的探查深度相对较浅，其所需求的分辨率相对较高，因此浅层二维地震通常要求具备能产生较高频率成分的震源。检波器是一个布置在特定需求地点以获取大地震动的地震探测器或接收器，地震检波器是地震波到达所引起的质点微弱振动转换成电信号的换能装置，常用的地震检波器一般分为动圈电磁式（主要用于陆地）和压电式（主要用于海洋和沼泽）2种6。当浅层二维地震的地震波传至地表时，检波器随之震动，受惯性力作用，检波器内设置的磁钢和线圈也随之产生运动，从而产生电流信号，由地震勘探仪器将感应电流信号放大、显示，最后记录，以此来采集地震信号。此外还有利用晶体压电效应特性制成的晶体检波器。断层构造一般指煤、岩层顺着破碎面发生显著位移的一种地质现象。通常将落差3耀5 m的断层称为小断层构造。地震勘探资料解释阶段，分辨小断层的位置、延展方向、倾角、落差等特征有着十分重要的意义7。浅层二维地震对于探测采空区及异常区的边界及深度较为准确8。2.2设备和工作测线布置428lite型号数字地震仪具有自身质量轻、搬运灵活，并具有连接简单等优势。除此以外，428lite型号数字地震仪还具有24位A/D转换功能，以及有线数据传输抗干扰能力强等优势，适用于东明露天矿矿区的浅层二维地震勘探的现场施工。东明露天矿浅层二维地震项目中采用数字地震仪进行数据收集，其原理为中间激发，地震震源选用锤击激发产生的地震波，本次二维地震的检波器采用动圈式检波器。施工布置中排列长度定为300 m，震源点与点之间的距离为8 m，接收信道数为80道，接收点与点之间的距离为4 m，最大炮检距离设置为150 m，最小炮检距离设置为4 m。3成果解释及分析东明露天矿最终设计采用浅层二维地震法完成地震测线共计8条测线，8条测线均为主测线，测线总长度达到10 528 m（最终生成物理点1 156个）。本次二维地震数据解译共发现断层15条，均为正断层。将断层按由南向北命名，由西向东的顺序进行统一编排，以DF1耀DF15命名，因本次勘探出断层数量较多，现选取2个具有代表性的断层进行解读。3.1断层及近异常区1）DF5正断层及近异常区解释。DF5断层位于露天矿本次测区的南部区域，60-108-21钻孔以东区域。断层走向N45毅E耀N65毅E，断层倾向N45毅W耀N25毅W，倾角为70毅，落差为0耀3 m，延展长度945 m。由浅层二维地震测线DL1、DL2控制。异常区YC1位于DF5同一区域内，由浅层二维地震测线DL1控制，异常面积约0.004 6 km2，现初判为煤层变薄区域。2）DF8正断层及近异常区解释。DF8正断层位于测区中西部，59-108-19钻孔以东区域。走向N25毅E耀N55毅E，倾向N65毅W耀N35毅W，倾角70毅，落差0耀5m，延展长度1 070 m。由浅层二维地震测线DL4、DL5、DL6控制。异常区YC3位于59-108-19钻孔附近区域，由浅层二维地震测线DL3、DL4控制，异常面积约0.054 2 km2，初判为煤层变薄或煤层内部结构变化区域。YC4位于YC3异常区以东区域，由浅层二维地震测线DL4控制，异常面积约0.019 1 km2，初39露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月图 1综合物探解释平面图判为煤层急剧抬升区域（两翼较陡的背斜构造）。3.2勘探成果通过二维地震工作分析，同时综合已知地质资料，共解释断层15条，均为正断层。综合物探解释平面图如图1。结合高密度电法，总计推测煤层顶板含水层富水异常区21处。从图1可以看出：富水异常区在东部及东南部分布范围较大，在西部分布范围相对较小；是因为对于物探解译时，一般采用单线解译方式造成的，因此西部富水异常区周边可能存在面积更大的富水区域。从煤系地层顶板含水层相对富水区中可以看到，各线的煤系地层含水层富水强度差异性较大，是由煤系地层的岩性特征决定的。从各个富水异常区上部视电阻率变化情况来看，富水异常区多数为条状发育情况，同时受构造控制的区域，有明显的带状分布，因此分析煤系地层含水的富水异常区从水平上看存在局部差异，同时受构造以及其他导水通道影响，富水异常区与上部含水层疑似存在联通。4结语通过在东明露天矿采用二维地震物探方法对矿区指定区域进行了构造赋存勘察。通过探测结果的分析,浅层二维地震对煤层的反射波明显，采用二维地震物探方式对构造赋存情况确定取得了很好的效果。通过二维地震物探方式查出15条断层，为防治水提供科学依据，并对后期矿山开采及水害防治方面提出了改进意见，为煤矿地质构造精准探查与关键技术经验分析提供了参考。参考文献：员 李周妮援综合物探在工程勘察中的研究与应用 阅 援成都：成都理工大学，圆园员缘援圆 郭旭，汪云川，陈俊彬，等援跟管钻进注浆工艺在东明露天煤矿防治水系统中应用研究 允 援露天采矿技术，圆园员苑，猿圆（远）：猿园原猿猿援猿 莫亮台援内蒙 蕴在悦 地区煤层采空区地球物理综合探测方法研究 阅 援徐州：中国矿业大学，圆园员怨援源 朱崇书，董丽援花园水库工程勘察中浅层折射地震勘探方法应用效果分析 允 援黑龙江水利科技，圆园员圆，源园（猿）：圆园员原圆园圆援缘 杜良，葛宝，朱丽丽，等援综合物探技术在隐伏断层探测中的研究与应用 允 援工程勘察，圆园员圆，源园（员）：愿员原愿缘援远 杨柳援浅层地震勘探中的无线同步研究 阅 援成都：成都理工大学，圆园员员援苑 庄益明援 煤层小断层地震多属性精细解释方法研究阅 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