山區煤田三維地震勘探漏解釋煤炭陷落柱原因探析

文/梁兵孫恩澤

山區煤田三維地震勘探漏解釋煤炭陷落柱原因探析

文/梁兵孫恩澤

近年來，山西省長治經坊煤業有限公司委托某工程地質技術服務公司對井田內北采區進行三維地震勘探工作。但近期根據掘進巷道揭露情況來看，三維地震勘探未對3-702采面長軸120m、短軸70m的陷落柱作出解釋。陷落柱的存在，不但破壞煤層，減少可采儲量，影響綜采機械化采煤順利進行，更重要的是它往往成為水和瓦斯突出的重要通道，給礦井安全生產帶來嚴重威脅。為此，經坊煤業公司重新將三維地震勘探資料進行對比，對3-702采面漏解釋陷落柱的原因作出分析，為避免今后三維地震勘探中出現類似情況具有一定借鑒意義。

一、常規典型陷落柱在地震時間剖面上的響應特征

陷落柱俗稱“無炭柱”，是在一定的地質、水文地質條件下，可溶性巖石溶解形成空洞，上覆非可溶性巖層向下塌陷而形成的一種特殊地質構造。陷落柱其平面范圍小，體積小，與一般的地質構造表現形式截然不同，這也決定了它在地震時間剖面上表現形式的特殊性和多解性。

較大陷落柱在水平疊加時間剖面上的表現特征為，反射波在小范圍內消失或錯斷，并伴生一些小斷層，在斷陷點處產生繞射波及延遲繞射波，斷陷點之間波形較雜亂，在柱頂處，可產生柱頂繞射波。陷落柱的剖面形態依據斷陷點之間的距離及上下波組的特征來確定，較小的陷落柱有所不同。判斷小型陷落柱的主要依據是水平疊加時間剖面上同相軸能量變弱以及延遲繞射波的出現。見圖1。

圖1 常規典型陷落柱在地震時間剖面上的反映

二、本次地震勘探成果的驗證評價方法

地質勘探成果的驗證主要是從煤層的賦存范圍及埋藏深度的精度、構造或地質異常體的控制情況和精度，以及成果表述的規范性和成圖的精度三個方面進行評價。為了客觀地評價三維地震勘探成果，經坊煤業公司結合現行地震勘探規范，通過本次勘探，試圖從地質體解釋(或定性)的正確性、位置精度和規模精度三個方面采用模糊數學的觀點進行綜合評定。

1.實際揭露認為地震解釋的陷落柱確實存在，評價時則主要是從位置誤差和陷落柱規模誤差兩個方面來界定驗證的效果。

2.一種可能是地震解釋有陷落柱存在的位置實際揭露不是陷落柱，但確實有地質構造或地質異常體；另一種可能就是地震解釋有小斷層或其他地質異常體的位置，實際揭露卻是陷落柱。這無疑屬于多解性問題。評價時則主要應從地震勘探規范所要求的分辨能力、位置誤差和地質體規模誤差幾個方面來界定驗證的效果。

3.地震解釋結果與實際揭露根本不一致。即解釋有陷落柱實際沒有或實際有陷落柱而解釋結果認為沒有兩種情況。評價時則主要應以地震勘探規范所要求的分辨極限為界來統計評價。

三、本次勘探漏解釋陷落柱在地震時間剖面上的響應特征

根據地震資料對比顯示，3-702采面長軸120m、短軸70m的陷落柱在地震時間剖面上有一定的反映特征和跡象，如圖2所示，主要表現為3號煤層對應的T3反射波其上的輔助相位在斷陷點處產生繞射波及延遲繞射波，但在T3反射波處該特征并不明顯，屬于一種特殊類型的陷落柱。

圖2 漏解釋陷落柱在地震時間剖面上的反映

四、遺漏解釋陷落柱原因分析及問題探討

地震勘探是一種間接技術手段，本身存在一定的多解性和局限性，不可能全面解決所有地質問題，這是地球物理界的共識。惡劣的地表條件不但對地震波的激發、傳播和接收有影響,且對處理的靜校正影響也非常明顯,降低資料處理成像效果和解釋的可靠性。由于勘探區地震地質條件十分復雜，屬山區煤田，且陷落柱地震特征不明顯，具有一定的特殊性和多解性，因此解釋人員認為該現象的依據不足，未能作出準確的地質解釋，是導致3-702采面長軸120m、短軸70m的陷落柱遺漏解釋的主要原因。

從經坊煤業公司開采驗證情況和探采對比實例分析可以看出，相對平原區而言，山區三維地震勘探的精度和準確率較低，包括已知的陷落柱，地震解釋的陷落柱準確率還未能令人十分滿意。分析原因，山區煤田三維勘探還存在以下幾方面的技術問題。

1.靜校正問題沒有得到完全的解決。山區靜校正目前采用地形校正加折射波靜校正的方法。因未能很好解決因地形校正替換速度的不準確性和山區無統一折射面，而造成的折射波校正低頻分量，最終導致煤層深度解釋誤差大，或出現假斷層、假陷落柱等偽構造現象。

2.共中心點散射問題嚴重，無法做到共反射點疊加。相對油田地震勘探來說，因目的層淺，煤田地震勘探散射問題更為嚴重。在山西大部分礦區，山區高差100m以上，如果山坡坡度為30°，當煤層埋深500m時，散射范圍可達50m以上。因此，采用的共中心點疊加技術（非共反射點疊加）大大降低了橫向分辨率和勘探精度，致使出現漏掉陷落柱和斷層的現象。

3.疊后時間偏移方法對山區的不適應所造成的誤差。由于方法的不適應，常常使得煤層反射波成像品質降低和構造點歸位不準等。表現在實際與地震解釋結果之間存在較大的位置誤差。

4.在資料采集方面沒有完全擺脫坑炮激發。由于山地鉆機大多比較笨重，施工效率低，成本高，因此常常不被采用。成孔大多使用人工鉆、鎬刨鍬挖、鑿眼機等方法，導致單炮低頻干擾波（面波、聲波）發育，高頻干擾也大，頻帶窄，主頻低，降低了原始資料的信噪比和分辨率。

5.地震勘探解釋人員對地質規律的掌握有待加強。地震勘探技術的最終目的是將地震勘探資料轉換成可供直接使用的地質成果。沒有地質規律作指導或不符合地質規律的成果其可靠程度是不高的。因此，要多從地質角度分析三維地震成果數據體中的構造信息。

五、結論

實踐表明，三維地震勘探技術的推廣應用對優化礦井設計，減少無效巷道，降低礦井萬噸掘進率，降低噸煤成本，提高回采率，延長礦井服務年限，減少地質風險等方面可以起到很大作用，是煤礦高產高效礦井建設和生產不可或缺的重要技術手段。但是，三維地震勘探工作也是一個復雜的系統工程，要充分考慮地形、地質、設備等因素，合理確定采集參數，并在施工和資料解釋中采取相關措施，保證數據滿足地震勘探的精度要求。

（作者單位：山西省長治經坊煤業有限公司）

（責任編輯：周瓊）