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高精度三维地震勘探技术在长沟煤矿的应用
石君华( 中国煤炭地质总局水文物测队 河北邯郸 056001)
摘 要: 本文以阳泉煤业(集团)长沟煤矿三维地震勘探工程为例, 讨论了表、 浅层地震地质条件复杂、 地层倾角较大、 部分地段煤层埋深较浅且巷道采空区错综复杂等特点, 设计合理的观测系统, 充分发挥多道仪器的优势, 以达到经济技术的合理性, 资料处理解释中应用叠前时间偏移和属性解释技术, 对采空区边界的圈定和巷道采空区的精细解释取得了较好的地震勘探成果。
关键词: 三维地震勘探; 观测系统; 巷道采空区; 叠前时间偏移 属性解释
作者简介: 石君华(1972-), 男, 四川简阳人, 汉族, 物探高级工程师, 1996年毕业于中国矿业大学勘查地球物理专业, 一直从事地球物理勘探工作。
0前言
阳泉煤业(集团) 长沟煤矿是整合矿井, 勘探区为一典型的山区地貌, 沟谷纵横, 梁垣陡立, 高差变化较大树林密布, 最大相对高差约383.18m, 不利于机械化施工。本区浅层地层结构就岩性而言, 主要分为二种类型: 黄土覆盖区, 面积约占全区的30%, 主要分布于山脊两侧的平台、 斜坡及沟谷, 厚度一般小于20m, 岩性以含砂粘土和粘土为主, 不含水, 波速极低; 基岩出露区, 分布于测区的大部, 占全区面积约70%, 岩性主要为砂岩、 泥岩等, 个别岩石比较坚硬。本次勘探的主要目的层15#煤层埋藏深度变化较大, 最大埋深500m, 最小埋深80m, 一般埋深在200m-300m; 15#煤层平均厚度5.2m , 沉积稳定, 结构简单, 倾角变化较大( 5°～25°) , 一般为10°左右。测区巷道采空区较多、 东北部煤层埋深较浅。表、 浅、 深层地震地质条件复杂。
根据测区的地震地质条件和采空区特点, 选用合适的观测系统、 野外数据采集、 资料处理、 资料解释技术获得了质量较高的地震地质成果。
1 本区技术难点
①复杂的地形条件严重影响激发、 接收点的到位率; ②多变的浅层岩性, 特别是黄土覆盖地段给激发带来一定的困难, 影响高分辨率、 高信噪比资料的获得; ③井下作业的强噪音可能对提高资料信噪比带来一定困难; ④东、 北部煤层埋藏浅, 对观测系统设计及施工不利, 难以发挥多道仪器的作用。
2 技术对策
①对偏离设计点位的激发、 接收点位置进行二次测量; ②增加叠加次数以提高资料信噪比; ③合理选取激发井深、 药量, 提高激发主频、 拓宽有效频带, 提高资料信噪比。尽量统一激发岩性。④在东北部煤层埋深较浅地段采用较小的炮点网格和较少的检波点数。即在东北部使用炮点网格40m×20m、 单线20道的观测系统, 其它地段则使用炮点网格40m×30m、 单线30道的观测系统; 采用16线( 320—480道) 接收, 最大程度发挥多道优势, 减少炮数, 达到经济技术合理。
3 观测系统的设计
针对本次三维勘探地质任务的要求和本区地震地质条件, 在观测系统类型的设计上主要考虑了以下几点:
①采用较小面元, 提高纵横向分辨率, 确保小构造落实的精度; ②本区为一单斜构造, 倾角较大, 因此采用单边放炮; ③ 每次滚动八条检波线, 在提高静校正耦合精度的同时, 改进炮检距、 方位角分配的均匀程度, 减小采集脚印; ④本区埋深较浅且埋深变化较大, 应保证覆盖次数均匀以及最大炮检距符合要求; ⑤充分发挥多道仪器的优势以及经济技术的合理性, 采用16线接收, 线距20m。经过以上分析, 本次勘探采用单边放炮16线4炮制规则束状观测系统, 见图1。

图1一个排列片观测系统图( 左图: 炮排距30m、 单线30道; 右图: 炮排距20m、 单线20道)
观测系统主要参数: 16线4炮制线束状观测系统, 端点激发; 接收道数: 16×30=480( 深部) , 16×20=320( 浅部) ; CDP网格: 10m( 横) ×5m( 纵) ; 覆盖次数: 20次( 横4×纵5) ; 最小炮检距: 22.36m; 最大炮检距: 374.4m, 297.0m。
4 地震数据采集
由于区内浅层地震地质条件复杂, 既有基岩裸露, 又有黄土覆盖、 还有坡积物地段。出露地层横向岩性变化大、 岩性复杂, 对地震波的激发接收不利。本次勘探用风镐和人工钻结合成孔, 基岩出露地段井深为3m, 黄土地段成孔穿过黄土到基岩内1m, 坡积物地段成孔要打穿坡积物并在基岩内激发, 下药后把炮孔填实; 检波器布设时, 必须除去地表植被, 将检波器插实, 实现检波器与岩土的最佳耦合。本次采用TNT成型炸药, 单孔药量1Kg～2Kg; 采用60HZ动圈式检波器3只串联点式接收; 仪器采样率: 1ms, 记录长度: 1s, 前放增益: 12dB, 全频带接收, 见图2典型地震记录。

基岩出露区井深3m药量1Kg 黄土覆盖区井深6.3m药量1Kg
图2 典型地震记录
5 资料的处理及解释
由于本区地层倾角较大, 构造复杂, 采空区多且赋存情况特别复杂, 随开采程度、 开采方式、 开采厚度、 采空区年限等不同而有较大差异。测区南部15105工作面是三维地震勘探前的新近采空区, 机械化程度较高、 开采率较高, 反射波在时间剖面上主要表现为:被采煤层反射波突然消失; 而测区北部主要采用巷采, 都是过去靠人工挖采造成, 错综复杂, 开采率较低、 采空年限较长, 反射波在时间剖面上主要表现为: 错断下凹、 振幅变弱、 极性反转、 波形变化无规律、 凌乱等, 部分地段就一条3m左右宽的巷道采过去, 在地震剖面上反射波没有明显变化, 部分地段采空巷道较多, 反射波稍向下弯曲。这些巷道采空区给资料解释带来难度。根据矿方要求对采空区边界圈定精度要高, 本次解释经过对叠前时间偏移和叠后时间偏移的对比分析以及属性体解释技术的研究, 针对测区北部巷道采空区, 解释主要采用叠前时间偏移数据体和主频属性解释对巷道采空区经行了圈定, 经过资料验证, 获得了较好的效果,见图3～4。

图3 测区北部采空区CK3在叠后时间偏移数据体( 上) 和叠前时间偏移数据体( 下) 时间剖面上的显示

图4 主频属性解释
从图3中能够看出利用叠后时间偏移所解释的采空区CK3范围小, 而利用叠前时间偏移所解释的采空区CK3范围较大, 分析解释叠前 叠后两个采空区边界之差范围处的时间剖面, 叠前时间剖面比叠后时间剖面反映的采空区特征更明显; 图4中所圈定的范围是矿上当前已采宽度4m间距36m的3条并行巷道处, 时间剖面上没有明显反映, 而本区经过对属性解释技术的研究, 发现在主频属性解释上有明显反映, 因此根据主频属性对测区北部的巷道采空区进行了解释圈定。
6 地质成果及验证情况
本次勘探查明了测区内8#、 15#煤层的赋存情况。在测区内共解释了断层3条, 落差均大于5m; 共解释陷落柱7个; 挠曲1个; 基本查明了8#煤层中倾角大于15°的区段有五处, 15#煤层中倾角大于15°的区段有五处; 经过本次勘探对原有采空区CK3边界范围进行了修正, 在测区中部和北部新发现采空区2个。本次三维地震勘探解释的3条断层( DF1、 DF2、 DF3) , 3个陷落柱( DX1、 DX3、 DX5) 和1处采空区( CK2) 现已被巷道和井工工程部分揭露, 解释成果与实际验证情况基本吻合。
7 结论
经过此项目的研究发现, 在成孔条件复杂、 成孔成本高的地区能够充分发挥多道仪器的优势, 以达到经济技术的合理性。对过去机械化程度低、 开采率较低、 没有规划、 巷道采空区较多且错综复杂、 地层倾角较大、 构造复杂的三维地震勘探区, 采用叠前时间偏移数据体和属性解释技术圈定的采空区更合理, 解释的采空区边界更准确。

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