李元杰 米建強(qiáng)

摘? 要：該文以三維地震勘探技術(shù)在砂墩子煤礦N42采區(qū)的應(yīng)用為例，詳細(xì)闡述地震數(shù)據(jù)采集選取合理的觀測系統(tǒng)和采集參數(shù)，獲取了高質(zhì)量野外原始數(shù)據(jù);地震資料處理采用針對性的處理流程，獲得了高分辨率、高信噪比數(shù)據(jù)體;地震資料解釋采用人機(jī)交互解釋方法，獲得了可靠的地質(zhì)成果。應(yīng)用實例表明：利用三維地震勘探技術(shù)查明了采區(qū)煤層賦存狀況、斷層、采空區(qū)及煤層露頭分布情況，為開采設(shè)計提供了依據(jù)，為煤礦安全開采提供地質(zhì)保障。

關(guān)鍵詞：地震勘探? ?小斷層? ?采空區(qū)? ?煤層露頭

中圖分類號：P315.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2021）06（c）-0051-04

Application of 3D Seismic Exploration Technology in N42 Mining area of Shadunzi Coal Mine

LI Yuanjie1? ?MI Jianqiang2

（1.Xi'an Research Institute of China Coal Technology & Engineering Group， Xi'an， Shaanxi Province， 710077 China; 2.Shadunzi Coal Mine of Jinneng Holding Coal Industry Group， Hami，

Xinjiang Uygur Autonomous Region， 839003? China）

Abstract： Taking the application of 3D seismic exploration technology in N42 mining area of Shadunzi Coal Mine as an example， this paper elaborates on seismic data acquisition， selects reasonable observation system and acquisition parameters， and obtains high-quality field original data; The seismic data processing adopts the targeted processing flow to obtain the data volume with high resolution and high signal-to-noise ratio; The seismic data interpretation adopts the man-machine interactive interpretation method， and reliable geological results are obtained. Application examples show that the occurrence of coal seams， faults， goaf and coal seam outcrop distribution in the mining area are found out by using three-dimensional seismic exploration technology， which provides a basis for mining design and geological guarantee for safe mining of coal mines.

Key Words： Seismic exploration; Small fault; Coaf; Coal outcrop

三維地震勘探技術(shù)是地球物理勘探中最重要的方法之一，需要采集、處理和解釋這3個環(huán)節(jié)的密切配合，其目的是為了讓地下目標(biāo)體的成像更加清晰、位置判斷更加準(zhǔn)確[1]。三維地震勘探技術(shù)在煤田勘探方面得到廣泛應(yīng)用，其解決復(fù)雜地質(zhì)問題的能力已得到廣泛證實。該文以砂墩子煤礦N42采區(qū)三維地震勘探為例，詳細(xì)闡述了三維地震勘探技術(shù)在煤礦采區(qū)勘探中的應(yīng)用，取得了良好的地質(zhì)效果，為煤礦提供了地質(zhì)安全保障。

1? 地質(zhì)概況

勘探區(qū)內(nèi)揭露地層由老到新依次為古生界石炭系、中生界侏羅系中侏羅統(tǒng)西山窯組、新生界下古近系和第四系。

勘探區(qū)含煤地層為中侏羅統(tǒng)西山窯組中段，淺湖泊相沉積，巖性以細(xì)砂巖為主，夾礫巖、薄層的菱鐵礦和炭質(zhì)泥巖等。含煤層13層，煤層總厚0.40～47.07 m，平均總厚13.77 m。其中4-1號煤層為唯一可采煤層，其余煤層薄且不穩(wěn)定，均為零星可采、不可采。

勘探區(qū)總體為北部背斜、南部單斜的形態(tài)，局部褶皺發(fā)育，傾角6°～25°。地層走向呈弧形向南西凸出，由北向南傾向依次為西—南西—南，沿傾向發(fā)育少量寬緩的次級褶皺。構(gòu)造復(fù)雜程度定為二類，即中等構(gòu)造。

2? 地震地質(zhì)條件

2.1 淺表層地震地質(zhì)條件

勘探區(qū)地表為戈壁、丘陵地貌，起伏不大，全區(qū)海拔高度一般為1 082～1 210 m，呈現(xiàn)北高南低，東西變化不大的地貌特征，最大相對高差約130 m，地形較為簡單。表層松散的戈壁沙礫層對地震激發(fā)的高頻信號能量的吸收衰減作用較強(qiáng)，因此對提高地震資料的分辨率有一定影響?？碧絽^(qū)內(nèi)道路特別少，交通不便，給地震測線布置和野外施工造成一定困難。因此，勘探區(qū)的淺表層地震地質(zhì)條件是復(fù)雜的。

2.2 深層地震地質(zhì)條件

勘探區(qū)侏羅系中統(tǒng)西山窯組是主要含煤地層，4-1號煤層埋深主要在200～530 m，埋藏條件較好。4-1號煤層頂板、底板巖性多為粉砂巖，與煤層的物性差異較大，與周圍巖石波阻抗差異明顯，有助于獲取較好的反射波。勘探區(qū)總體為北部背斜、南部單斜的形態(tài)，傾角一般為6°～12°。因此，勘探區(qū)的深層地震地質(zhì)條件是一般的。

2.3 綜合地震地質(zhì)條件

勘探區(qū)淺表層地震地質(zhì)條件復(fù)雜，深層地震地質(zhì)條件一般。因此，綜合地震地質(zhì)條件是復(fù)雜的，但具備完成該次勘探任務(wù)的物性基礎(chǔ)。

3? 三維地震勘探

3.1 數(shù)據(jù)采集

觀測系統(tǒng)根據(jù)線束方向盡量垂直地層走向和主要構(gòu)造走向的原則進(jìn)行布設(shè)，該次三維地震測線選擇北偏東25°方向布置，以束為單位施工，線束和測線樁號按照南小北大、西小東大的原則進(jìn)行編號。根據(jù)克朗軟件模擬和試驗情況，該次三維地震觀測系統(tǒng)按照區(qū)域劃分采用兩種采集參數(shù)，三維淺部區(qū)域（4-1號煤層埋深<300 m）采用8L×8S×84T×4R×24次觀測系統(tǒng)，道距10 m，激發(fā)點距20 m，接收線距40 m，激發(fā)線距70 m;深部區(qū)域（4-1號煤層埋深≥300 m）采用8L×8S×96T×4R×24次觀測系統(tǒng)，道距10 m，激發(fā)點距20 m，接收線距40 m，激發(fā)線距80 m;采用2臺KZ-28型可控震源進(jìn)行激發(fā)，震動次數(shù)3～4次，震動臺數(shù)2臺，掃描長度12 s，掃描頻率10～115 Hz，驅(qū)動電平75%;野外數(shù)據(jù)采集施工使用法國Sercel公司428XL數(shù)字地震儀，60 Hz模擬檢波器，記錄數(shù)據(jù)格式SEG-D，儀器前放增益12 dB，采樣間隔1 ms，記錄長度2.0 s。

3.2 數(shù)據(jù)處理

該次三維地震勘探區(qū)的地表條件復(fù)雜，在精細(xì)野外采集基礎(chǔ)上，認(rèn)真分析、全面考慮，精選參數(shù)，才能獲得良好的處理結(jié)果。地震數(shù)據(jù)處理進(jìn)行精細(xì)的靜校正和速度分析，建立正確的近地表模型;利用疊后偏移保證成像質(zhì)量，提高信噪比，盡可能拓寬地震信號的有效帶寬，確保小構(gòu)造較好成像;多次分析偏移速度，選取合理的偏移速度場，保證成像的準(zhǔn)確歸位，以確保解釋精度;處理中加強(qiáng)地質(zhì)解釋指導(dǎo)，進(jìn)一步提高地震剖面信噪比和分辨率，最終取得了高質(zhì)量的三維數(shù)據(jù)體。

3.3 資料解釋

資料解釋是在解釋工作站上人機(jī)聯(lián)合對目的層反射波進(jìn)行對比解釋，將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成地質(zhì)信息。采用工作站和人工解釋相結(jié)合，時間剖面、水平切片、順層切片、地震屬性分析、波阻抗反演解釋相結(jié)合的思路和流程進(jìn)行解釋[2-3]。

3.3.1 斷層解釋

根據(jù)時間剖面上反射波或波組的錯段、扭曲、終止、產(chǎn)狀突變、相位轉(zhuǎn)換和斷面波等特征判定斷層，具體見圖1。

3.3.2 采空區(qū)解釋

小窯采空區(qū)的存在會給煤礦安全生產(chǎn)巨大的安全隱患，三維地震勘探技術(shù)在小窯采空區(qū)探測中有很大優(yōu)勢[4-6]。采空區(qū)在地震時間剖面上的特征表現(xiàn)為煤層反射波變?nèi)?、缺失，采空區(qū)邊界處反射波同相軸頻率和產(chǎn)狀發(fā)生突變、同相軸不連續(xù)且雜亂無章，與周圍正常煤層反射波存在明顯差異，具體見圖2。

3.3.3 煤層露頭解釋

三維地震勘探圈定煤層露頭位置不僅有助于煤層儲量的估算，而且更有助于指導(dǎo)礦山生產(chǎn)[7-9]。在地震時間數(shù)據(jù)體上識別煤層露頭并確定露頭位置的工作，主要通過識別煤層露頭在時間剖面上表現(xiàn)的兩個基本特征來完成。第一，新生界底界面反射波與煤層反射波呈現(xiàn)明顯的角度不整合接觸關(guān)系，這是確定煤層露頭位置的主要標(biāo)志[10];第二，當(dāng)新生界底界面與煤層之間間距小于10 m直至被剝蝕時，底界面反射波開始與煤層反射波發(fā)生復(fù)合，逐漸由相消干涉過渡到相長干涉，復(fù)合反射波振幅發(fā)生逐漸由弱變強(qiáng)再變?nèi)醯囊?guī)律性變化，具體見圖3。

4? 地質(zhì)成果

通過三維地震勘探查明了新生界底界面起伏形態(tài);查明了主要可采煤層4-1號煤層底板起伏形態(tài)、賦存范圍及露頭位置;查明勘探區(qū)內(nèi)落差大于5 m斷層在新生界、4-1號煤層中的性質(zhì)、落差、走向和傾向，并且對落差3～5 m的斷層進(jìn)行了解釋，全區(qū)共解釋斷層159條;查明了勘探區(qū)內(nèi)4-1號煤層的采空區(qū)范圍及分布情況，圈定采空區(qū)2處;查明了4-1號煤層沖刷帶，圈定3處煤層變薄帶;查明了勘探區(qū)內(nèi)主要煤層中褶幅大于10 m的褶皺;預(yù)測了4-1號煤層厚度變化趨勢。

5? 結(jié)語

隨著礦井開拓的不斷延伸，查明采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造情況已成為煤礦開采過程中首要解決的問題，對煤礦安全高效生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。三維地震勘探技術(shù)在查明煤礦采區(qū)地質(zhì)情況過程中起到不可替代的作用，為巷道、工作面合理布置和安全高效生產(chǎn)提供了保障。

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