復雜地區三維地震勘探試驗工作的應用與研究

梁逸群 賈愛芳 孫琴琴

（晉城職業技術學院，山西晉城 048026）

0 引言

復雜的地形、多變的淺、表層地質結構是三維地震勘探的難題。本次研究的區域屬于典型的山區地貌，侵蝕沖刷劇烈，形成許多山梁和溝谷，在控制面積約2km2范圍內，地表高差最大約460m。另外，勘探區內地表主要分布為基巖、坡積物和黃土，且地表條件復雜多變。針對該區域地質條件，制訂了詳細、系統的試驗方案，取得了良好的效果，取得的地質資料精度較高，為下一步礦井建設提供了可靠的地質依據。

1 勘探區地質概況及地球物理特征

1.1 地層

井田位于沁水煤田北部西緣平遙礦區東南部，勘探區位于井田中部，地形較復雜，侵蝕沖刷劇烈，形成許多山梁和溝谷，地勢總體上南高北低，最高點位于井田西南部山頂，海拔為1631.80m，最低點位于井田東北角溝谷中，海拔為1165.00m，最大相對高差466.80m。

根據井田內鉆孔揭露和地表出露情況，現將地層由老到新分述如下:

奧陶系中統峰峰組（O2f）、石炭系中統本溪組（C2b）、石炭系上統太原組（C3t）、二疊系下統山西組（P1s）、二疊系下統下石盒子組（P1x）、二疊系上統上石盒子組（P2s）、第四系中上更新統（Q2+3）。

1.2 構造

井田總體為向斜構造，向斜軸部位于井田東部，軸向北北西，地層傾向以向斜軸部為界，西部向東北傾斜，東部向西南傾斜，井田東部傾向小，5°～12°，西部傾角較大可達18°～21°。井田內斷層較發育，斷層落差3m～60m，傾角40°～70°。井田內發育有陷落柱。

1.3 煤層

勘探區內主要目的煤層為10號煤層，位于太原組下段，9號、10號、11號煤層特征見表1。

表1 可采煤層特征表

1.4 地球物理特征

（1）表、淺層地震地質條件

勘探區屬侵蝕強烈的中山區。地形比較復雜，溝谷縱橫，多形成不對稱“V”字形溝。山上多有植被覆蓋。地面坡度變化較大，此外，還有村莊等障礙物。復雜的地形條件，不僅給測線布設、野外施工帶來較大的困難，而且給資料處理增加了難度。因此，表層地震地質條件差。

（2）中、深層地震地質條件

勘探區內主要目的煤層為10號煤層，位于太原組下段，且9號、10號、11號煤層間距較小，且厚度薄，很難形成各自獨立的反射波，在地震時間剖面上共同形成一組能量較強、波形較突出、可連續追蹤對比的復合波，是本次地震勘探的主要目的波，也是地質解釋的依據，深層地震地質條件較好。

2 三維地震勘探試驗工作

三維地震勘探作為一種高分辨率的勘探技術，其投入大，精度高，效果好，施工方法及采集參數的選擇對勘探效果、施工效率的影響至關重要，因此，在生產前必須作充分的試驗工作來選取最佳的施工參數和施工方法。針對勘探區地質特點，對激發井深、激發藥量等方面進行了充分的試驗，確定了合理的施工參數，用于指導生產。

2.1 試驗點位的選擇

通過對勘探區詳細踏勘，就淺層地層結構巖性而言，主要可劃分為三種類型:

黃土覆蓋區:分布于村莊附近和山梁平緩處。

坡積物區:主要分布于山梁斜坡處，面積不大，堆積厚度不大，極為松散，對地震波的激發與接收不利。

基巖出露區:分布于測區的溝谷部分。

通過踏勘，選擇了3個有代表性的點位進行試驗:

1號試驗點選在勘探區東南部中厚黃土區。

2號試驗點選在勘探區中西部薄黃土區及坡積物區。

3號試驗點選在勘探區西北部薄黃土區及坡積物區、基巖區。

2.2 試驗內容

（1）激發層位（井深）選擇

在薄、中厚黃土覆蓋區分別進行了相同藥量、不同激發井深對比試驗。

①中厚黃土覆蓋區（1號試驗點）

1號試驗點為山梁上黃土覆蓋較厚地段，黃土厚度0～15m，巖性為淺黃色砂質粘土及淺紅色亞粘土。

試驗井深為:7m、8m、9m、10m、12m、13m，進行單孔試驗以及組合孔試驗。

②薄黃土、坡積物覆蓋區以及基巖出露區（2號、3號試驗點）

2號、3號試驗點為薄黃土、坡積物以及基巖出露地段，黃土厚度0～3m，巖性為淺黃色砂質粘土、淺紅色亞粘土及基巖;坡積物厚度0～2m。

試驗井深為:1.5m、2m、2.5m、3m，進行單孔試驗以及組合孔試驗。

（2）激發藥量選擇

在2個試驗點處分別進行了相同井深，藥量0.5kg、1kg對比試驗。

2.3 試驗成果分析

（1）激發井深的選擇

三維地震勘探施工中激發層位的選擇至關重要，合理的激發層位是良好采集資料的前提。

①在中厚黃土中激發，激發深度7m～13m，單井，藥量1kg，接收道距10m，排列長度790m。

由圖1可看出，在中厚黃土區，井深8m～9m成孔至基巖面，原始單炮記錄上煤層反射波信噪比高，連續性好，遠道反映能量較強;井深為10m時，成孔至淺紅色亞粘土層原始單炮記錄上煤層反射波反映明顯，遠道反映能量較強;井深12m～13m時，成孔至淺紅色亞粘土層單炮記錄與井深10m時的單炮記錄煤層反射波沒有明顯區別。

②在薄黃土及坡積物中激發，激發深度1.5m～2.5m，單井，藥量1kg，接收道距10m，排列長度790m。

由圖2可以看出，薄黃土及坡積物地段，井深2m～2.5m成孔至基巖面的原始單炮記錄煤層反射波信噪比高，連續性好，遠道反映能量較強;井深1.5m成孔至基巖面的原始單炮記錄煤層反射波信噪比較高，只是近道面波干擾較大。

③在基巖中激發，激發深度2m～3m，單井，藥量1kg，接收道距10m，排列長度790m。

由圖3可以看出，基巖地段，井深2m～3m成孔至基巖中的原始單炮記錄煤層反射波信噪比高，連續性好，遠道反映能量較強。

（2）激發藥量的選擇

通過對主要目的煤層反射波開時窗200ms進行了頻譜分析（如圖4），井深3m，藥量為0.5kg時煤層反射波主頻高、頻帶寬，主頻在60Hz左右，能量稍弱;藥量為1kg時煤層反射波主頻高、頻帶寬，主頻在50Hz左右，能量強。綜合分析，在基巖出露地段采用單井激發，藥量1kg。

（3）單井與組合井的選擇

通過對煤層反射波開時窗200ms進行了頻譜分析（如圖5），單井，井深3m時煤層反射波主頻高、頻帶寬，主頻在50Hz左右;3m雙井組合時煤層反射波主頻低、頻帶窄，主頻40Hz左右。

綜合分析，在基巖出露地段采用單井激發，井深3m。

2.4 施工參數優選

通過對試驗資料的成果分析對比，設計三維地震施工參數優選方案如下:

（1）激發井深

①黃土覆蓋區:

h黃≥10m，單孔，成孔至基巖面或紅色粘土層中50公分;

10m＞h黃≥7m，單孔，成孔至基巖面;

h黃＜7m，雙孔組合，成孔至基巖面。

②坡積物覆蓋區:雙孔組合，成孔至基巖分化面下50公分。

③基巖出露區:井深3m。

（2）激發藥量

單井，藥量1kg;

雙井組合，藥量1kg×2。

3 應用實例

本次三維地震勘探，試驗充分，成果可靠，結論明確，制定的施工方案合理，技術措施方法得當，野外施工嚴格，原始記錄質量較好;水平剖面和縱橫向垂直剖面，目的層齊全，信噪比高，地質現象清晰，斷層、陷落柱都有明顯的反映，取得了豐富的地質成果。

資料經礦方應用驗證，證實了本次研究取得了良好的地質效果。對煤層底板的深度和起伏形態進行了很好的控制，構造的解釋符合該區的地質特點，據巷道揭露，已經有多條斷層和多個陷落柱被驗證，提高了礦井的生產效益和經濟效益。本區原來勘探程度較低，精查報告中斷層較少。本次共新發現斷層19條，其中Fd1、Fd5（如圖6）、Fd10、Fd14已經被驗證;山西地區的陷落柱比較發育，而且膠結很致密，通過認真分析，共查明了陷落柱7個，其中Xd1（如圖7）經巷道揭露驗證。

4 結論

在復雜地區進行三維地震勘探，在充分了解區域地質特征的基礎上，對全區進行全面的試驗工作，為下一步施工奠定堅實的基礎。

（1）激發井深的選擇

良好的激發層位為三維地震勘探原始資料采集提供有力的保障。就本勘探區而言，中厚黃土覆蓋地段，單井，成孔至基巖面或紅色粘土;薄黃土覆蓋地段及坡積物地段成孔至基巖面或紅色粘土層50公分左右，雙井組合;基巖出露地段，單井，井深3m。

（2）激發藥量的選擇

適量的激發藥量可以提高原始資料目的層反射波的主頻率、頻帶寬度以及能量，通過對本區試驗資料分析，采用單井，藥量1kg;雙井組合，藥量1kg×2。

本次三維地震勘探工作中試驗工作充分，制定的施工方案合理，取得了較為滿意的地質效果。為解決煤礦開采過程中遇到的構造、煤層結構和巖性變化等各種地質問題提供可靠依據。

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