地震勘探法在山西省郭莊找煤勘探中的應用

地震勘探法是勘測各種地下資源的重要手段。我國地形多樣，地質條件復雜，地震勘探在煤田勘探方面發揮著更為重要作用，這對于緩解我國能源緊張，保證經濟的持續發展有重要意義。

1、地震勘探原理概述

地震勘探法，就是利用地下密度的差異與介質彈性，通過觀測和分析地質對人工激發的地震波的響應，采集相關數據，并推斷地下巖層的性質和形態。人工激發的地震波在地下巖層中傳播過程中，隨著時間延長，其形態展現出某種動態特征，如時間與空間的關系，以及振幅、頻率、相位等的變化規律。其中前者是地震波對地下地質體的構造響應，后者則更多是地下地質巖層的巖性特征。根據地震波的動力學參數以及時間場理論和費馬原理，就可以探究地下巖層的具體組成，并分析其結構，如巖石彈性、巖性、密度、構造歷史與地質年代、埋藏深度、孔隙率和含水性、溫度和頻率等。將這些分析結果與煤田的固有性質進行對比，就可以初步判斷煤田的埋藏深度、儲量、分布位圖等特征。目前常使用的勘探儀器是第三代勘探儀器即數字記錄地震勘探儀，它由地震檢波器、放大系統、記錄系統等三部分組成。

2、地震勘探法在山西省郭莊找煤勘探中的實際應用

2.1 地質概括及地震地質條件

郭莊煤礦位于太行山中段西側，長治盆地西部，主體結構位于武鄉一陽城NNE向斷褶帶中段，晉獲斷裂帶西側，區內主體構造線向西緩傾，發育兩翼寬緩的褶曲。利用地震勘探法勘探的區域位于郭莊井田的北東部，底層走向為NNW-SSE，傾向E，地層傾角一般小于10度，局部達到15度以上，構造相對簡單。其地震地質條件如下所述:(一)表層地震地質條件。郭莊煤礦秉承太行山特色，地表少植物，土層為褐黃、棕黃色亞粘土。在較深處(5米)細砂層較多，空隙較大。在這種地表環境下，地震波的波速一般為300-700m/s，地震波損失較大，高頻信息嚴重衰減，因此該勘探區表層地震地質條件較差。(二)淺層地震地質條件。根據地質資料及以往勘察結果，勘探區域屬于第四系中的中更新統，其厚度大約在30m-150m，平均厚72.33m。巖土性質較表層差別不大，主要由亞粘土構成，同時夾帶中、細砂層，這構成了一層較好的隔水層，且潛水面深度在18m-28m。根據小折射資料可知潛水層地震波速在1200-1800m/S之間。該層地震波衰減不嚴重，而且可以取得相對理想的目的層地震反射波組，因此該勘探區淺層地震地質條件較好。(三)深部地震地質條件。勘探區煤層埋深350-500m左右，其中煤層、砂巖、泥巖的地震波速分別為2000-2300m/S，3300m/S、2600’3200m/S，波阻抗較小，密度適中，地震地質條件較好。

2.2 地震資料采集

地震勘探所使用設備如下:GQ Z240型地震儀，采樣間隔1ms，采樣長度2S，采集道數128道，檢波器為kx60型垂直檢波器。另有淺層sWS-IAT_程數字地震儀1臺，無線遙控SDB2000爆炸機3臺，以及若干采集站、交叉站、電源站、地震電纜。采集過程如下:(一)獲取最佳激發、接收參數。由于地質條件的不可預知性，需要通過實驗獲取相對較好的激發以及接受參數。對于地震勘探法而言，激發孔深、藥量及組合孔數一般是最為重要的參數。郭莊煤礦地震勘探之前，設置了以下物理試驗點:激發孔深15m、18m、20m、25m、28m，激發藥量:1kg、2kg、2.5、3kg、3.5kg。對實驗記錄進行分析，確定須將激發點定在潛水層以下，避免有效波頻率的降低。為此將孔深定位于在18-28m.炸藥量2.5kg。其他主要參數如下:炮間距為20m，道間距為lOm，橫向覆蓋4次，縱向覆蓋4次，橫向最小偏移距5m，橫向最大炮檢距210m。(二)利用瞬發雷管和炸藥引爆后，采用SN388多道遙測地震儀512道全頻帶接收地震波信號。為了全面掌握勘探區內表淺層低速帶的縱橫向變化情況，還進行了低速帶調查工作。根據預測目的層的埋深和觀測位置等條件，利用公式求第一界面深度:其中為為折射波曲線的延長線與時間軸交點之時間值。

2.3 資料處理與分析

郭莊煤礦地震勘探，是通過利用地震初疊時間剖面，結合疊加速度剖面判定煤層反射波位置，再通過資料處理人員進行目標性處理并進行檢查、解釋、調整，最終獲得的成果用以指導煤田開發。(一)資料處理。郭莊煤礦勘探區域處于太行山區域，地形起伏較大，矯正難度大，而且由于地理條件限制，勘探區域內單炮地震子波不一致，因此需做好振幅恢復和補償處理工作。首先需要對各種干擾波進行有效地壓制，增強有效信號的能量，提高信噪比。在勘探區域內進行實驗分析，發現主要干擾源有面波、聲波、線性干擾、無線電干擾等，因此需要利用各種技術手段如數字濾波、陷波、內切濾波除去干擾。另外，地震勘探法所采取的數據面較小，而由于太行山區斷裂構造較復雜，采用疊前時間偏移可以有效避免NMO校正疊加所產生的畸變。因此本次勘探中采用了GEOcluster系統疊前克希霍夫繞射積分法疊前時間偏移方法。(二)渡場分析。在本勘探區域內，初至渡為直達渡、基巖面折射波、繞射波等的綜合反映。但是隨著炮間距的增大，能量有明顯衰減跡象。在非巖石地段，由于炮間偏移距較小時，直達波波速較低，能量較強，反射波受直達波干擾比較嚴重。有效地震波為T2、T6、T8等，其中T2波為黃色亞粘土底部砂巖地層界面的反射波，出現在T6波之前約450ms.大部分被干擾波干擾，能量若。T6波對應于勘探區域的煤層，視頻率45-55Hz，其能量較強且連續性好，其近道出現的時間在700ms左右，顯示為二或三個正相位、兩個負相位的反射波形，是本區域地震勘探的標準波，也是主要目的波和最突出的反射波。T8波:對應于石炭系太原組煤層，其有一定的聲波延遲，能量較弱，波形變化大，視頻率50-65Hz。最后是干擾波和聲波。聲波干擾不可避免，主要是炮井深度受到一定限制，不過經過試驗發現采用悶井小藥量激發能有效降低聲波干擾作用。

3勘探成果及影響地震勘探的主要因素

利用地震勘探，本次取得以下成果:對煤層的層次構造形態及煤層厚薄趨勢進行了描述，特別是對郭莊東南300M處煤層變薄的情況做出了詳細解釋，分析了煤層中巖漿侵入情況，以及對疑似巖漿侵入異常進行了解釋;在斷層和陷落柱的控制方面，發現陷落柱10個，差小于5m的斷層21條，小于10m的斷層74條，大于10m的斷層則有122條;煤層總體為單斜構造.傾向NNE，走向NWW，地層傾角在2°-3°。但是影響地震勘探準確性的因素仍然較為復雜。從野外數據采集環節分析，影響地震勘探分辨率的主要因素之一是反射信號的帶寬，特別是信號的高頻成分的獲取。其中首要因素就是震源對分辨率的影響，因為震源所激發出的地震波的波形和頻寬是提高記錄分辨率的基礎，炸藥震源被認為是一種較好的震源，但是如何更好的對其進行控制，并提高準確率也一直是各方研究的課題。其次，地層特性對地震信號也有較大影響，因為地震波在地層中傳播受到波前擴散、吸收衰減效應和界面反射等因素的影響。最后是檢波器對地震信號的影響，檢波器是人為的機械制造，其信號采集的精確對直接影響到地震勘探的準確性。