鎮城底礦三維地震勘探技術的應用和研究

徐兵奎

(西山煤電股份公司鎮城底礦，山西 古交 030203)

目前，在國內物探技術中，能直接查明采區中小型構造，既經濟又有效的方法就是三維地震勘探。自2002年西山煤電股份公司鎮城底礦在井田內各采區開展了多次三維地震勘探技術應用研究，通過三維地震勘探在對優化采區設計和劃分、合理布置巷道和回采工作面、避免或減少地質風險及提高資源回收率等方面起到重要作用，為礦井高產高效建設提供可靠地質保障。

1 礦井概況

鎮城底礦位于西山煤田的西北邊緣，地處古交市西北，汾河沿井田北部穿過，距太原市64 km，距古交市11 km，交通十分便利。礦井原年設計生產能力1．50 Mt/a，服務年限117年。2008年重新核定生產能力 1．90 Mt/a。井田面積 23．839 6 km2，含煤層地層為二迭系山西組及石炭系太原組，可采煤層8層，現采煤層為2．3#和8#。全區煤層總厚度為16．79 m，含煤系數為10．42%，所含煤層煤質以肥煤、焦煤為主。

礦井地質構造復雜，斷層、陷落柱發育，自建井到目前為止，在采掘過程中共揭露大于3 m的斷層154條，117個陷落柱，對礦井生產影響較大。勘探區內地表起伏較大，沖溝陡坎較發育，山頂黃土覆蓋，溝底坡上有基巖出露，基巖風化程度較強，不夠致密，勘探區淺表層地震地質條件較差。勘探區主要目的層2．3#煤層賦存于二疊系山西組，煤層厚度2．6～4 m，煤層穩定，其與頂底板的波阻抗差異明顯，是理想的地震彈性波反射界面，且地層傾角較小，對地震勘探有利，深層地震地質條件良好。

2 三維地震勘探地質任務

1)查明勘探區內直徑大于20 m的陷落柱，其平面擺動位置誤差不大于20 m。

2)控制勘探區2．3#和8#煤層埋藏深度及起伏形態，編制出基本等高距為5 m的底板等高線圖，深度誤差不大于2%。

3)查明勘探區內落差大于或等于5 m的斷層。解釋落差大于3 m的斷點，查明斷層在2．3#和8#煤層中的延伸范圍和平面位置，其平面擺動范圍不大于20 m。

4)初步查明勘探區內8#煤層至奧灰頂界面的厚度及變化趨勢，厚度誤差不大于3%。

3 三維地震勘技術方法

該礦各采區的三維地震勘采用8線8炮制束狀觀測系統，結合測區地層的構造形態進行測線線束方向布置，使地震線束方向與地層主體走向基本垂直，形成的CDP網格為5 m×10 m，有利于對構造的控制。

資料處理軟件采用法國地震數據處理軟件包CGG處理系統和綠山折射靜校正軟件，進行了疊后時間偏移處理。解釋工作使用美國斯侖貝謝公司的GeoFrame全三維解釋系統。在解釋過程中利用了縱向、橫向時間剖面相結合，任意方向時間剖面與聯井時間剖面相結合，時間剖面和時間切片、順層切片相結合的方式，立體地全方位地進行了分析判斷和解釋，確保解釋成果的可靠性和準確性。

4 勘探斷層、陷落柱及地層起伏形態采勘對比

1)南二采區。

2002年10月，由江蘇煤炭地質物測隊提交勘探報告，勘探面積 0．74 km2。

勘探范圍經實際揭露總體呈一向斜和背斜構造，煤巖層產狀趨于平緩，煤巖層傾角0°～13°，與勘探成果一致。

本次勘探還編制了奧陶系頂至8#煤層底板的等厚線圖，控制了其層間距，由于波能量弱，波品質差，所以對該間距控制的精度較差，僅供參考。

勘探內地質構造復雜，三維地震勘探資料解釋有21條正斷層，其中落差大于等于10 m的6條，落差大于等于5 m小于10 m的8條，落差小于5 m的斷層7條。

落差大于等于5 m的斷層采勘對比情況如下：

FS65實際揭露落差5～6 m，FD20預測落差0～5 m，實際揭露位置最大誤差18 m，走向和落差與勘探基本一致。

FS80實際揭露落差4．5～5 m，FD21預測落差0～5 m，實際揭露位置最大誤差11 m，走向最大誤差13°落差與勘探基本一致。

FS81實際揭露落差7 m，FD5預測落差0～7 m，實際揭露位置最大誤差16 m，走向和落差與勘探基本一致。

F119實際揭露落差9～11 m，FD6預測落差0～9 m，實際位置最大誤差13 m，走向、落差與勘探基本一致。

FS66實際揭露落差6．2 m，FD7－1預測落差0～7 m，實際揭露走向最大誤差19°，位置和落差與勘探基本一致。

FS72實際揭露落差6 m，FD11預測落差0～4 m，實際揭露走向最大誤差32°，位置、落差與勘探基本一致。

FS78實際揭露落差12 m，FD7預測落差4～12 m，實際揭露走向最大誤差15°，位置和落差與勘探基本一致。

F37實際揭露落差10 m，FD2預測落差0～18 m，實際揭露走向最大誤差32°，位置、落差與勘探基本一致。

FS71實際揭露落差4～6 m，FD10預測落差0～6 m，實際揭露位置最大誤差32 m，走向最大誤差30°落差與勘探基本一致。

FS76實際揭露落差6 m，FD17預計落差0～6 m，實際揭露位置、走向和落差與勘探基本一致。

FS126實際揭露落差6 m，三維地震勘探未預測到。

落差小于5 m大于3 m的斷層采勘對比情況如下：

2條未預測到，1條經實際揭露沒有。

陷落柱采勘對比情況如下：

勘探區有一長軸21 m的陷落柱未預測到。

采勘對比圖見圖1。

圖1 南二采區采勘對比圖

2)南三采區。

2008年5月，由黑龍江省煤田地質物測隊和山西焦煤集團三維地震物探公司共同提交勘探報告，勘探面積 2．0 km2。

勘探區地層起伏形態由幾個大的褶曲控制，局部發育有一些小褶曲，煤層傾角3°～11°，與勘探成果一致。

勘探區還解釋了區內的8#煤層至奧灰頂界面厚度及變化趨勢，厚度大致在50～80 m。

本區內地質構造復雜，三維地震勘探資料解釋有20條正斷層，3個陷落柱。其中落差大于等于7 m的14條，落差小于7 m的斷層6條。

落差大于等于5 m的斷層采勘對比情況如下：

FS88實際揭露落差12 m，FD20預測落差0～18 m，實際揭露位置最大誤差10 m，走向、落差與勘探基本一致。

FS89實際揭露落差5．5 m，FD19預測落差0～4 m，實際揭露位置最大誤差4 m，走向、落差與勘探基本一致。

FS129實際揭露落差6～13 m，FD11預測落差0～20 m，實際揭露位置最大誤差9 m，走向、落差與勘探基本一致。

FS125實際揭露落差5 m，FD16預測落差0～8 m，實際揭露走向最大誤差13°，位置、落差與勘探基本一致。

落差小于5．0 m大于3 m的斷層采勘對比情況如下：

4條未預測到，其它斷層沒有實際揭露。

陷落柱采勘對比情況如下：

E56陷落柱實際揭露長軸84 m，短軸64 m，X3預計長軸80 m，短軸74實際揭露中心位置偏移17 m，大小與勘探基本一致。采勘對比圖見圖2。

圖2 南三采區采勘對比圖

3)南六采區。

2004年9月，由安徽煤田地質局物探測量隊提交勘探報告，勘探面積1．0 km2。

該區煤系地層整體形態為一不對稱的背斜構造，軸向南北向，與勘探成果一致。

三維地震勘探資料解釋有6條正斷層，其中落差大于等于10 m的1條，落差大于等于5 m小于10 m的1條，落差小于5 m的斷層4條。

落差大于等于5 m的斷層采勘對比情況如下：

FS101實際揭露落差8～12 m，F112預測落差0～20 m，實際揭露位置最大誤差18 m，走向、落差與勘探基本一致。

落差小于5．0m大于3m的斷層采勘對比情況如下：

FS103實際揭露落差2．2～4．4 m，FD4預測落差0～3 m，實際揭露位置最大誤差8 m，落差比預測的較大，走向與勘探基本一致。

FS113實際揭露落差3～4 m，FD2預測落差0～6 m，實際揭露走向、落差、位置與勘探基本一致。

還有1條未預測到，其他斷層沒有實際揭露。

采勘對比圖見圖3。

鎮城底礦地質構造復雜，經過分析和研究，本次勘探范圍內共揭露26條斷層和2個陷落柱，16條落差大于等于5 m，10條落差小于5．0 m大于3 m，落差與預測的基本一致，有1條位置偏移超過20 m，3條走向偏移超過20°。

另外7條落差小于5．0 m大于3 m的斷層三維地震勘探未預測到，1條經實際揭露沒有，1條經實際揭露落差增大，有1條與勘探基本一致。1條落差大于5 m的斷層未預測到。

勘探區1個陷落柱位置偏移17 m，大小與預測

圖3 南六采區采勘對比圖

的基本一致，還有1長軸21 m的陷落柱未預測到。

從總結情況看，三維地震勘探可靠性和準確率較高，其它斷層和陷落柱因沒有實際揭露，不做比較，在今后的生產中應及時進行采勘對比。

5 結論及建議

1)經過近年來三維地震勘探成果采勘對比，證實了三維地震勘探技術能更有效地查清煤礦5 m以上落差的斷層和直徑大于30 m的陷落柱，其平面擺動一般不超過20 m，為采區、工作面設計提供了可靠依據，是礦井高產高效建設的可靠地質保障。

2)三維地震勘探控制煤層及基巖面起伏狀態是連續的，是鉆探無法相比的。它不僅可以確定總體形態變化，而且能控制2．3#和8#煤層的埋藏深度。根據鎮城底礦的開采實踐，三維地震勘探確定煤層及基巖面形態是可靠的，能真實地反映煤巖層起伏規律，滿足了采區設計及施工的要求。