三維地震勘探在同煤集團金莊煤礦的應用

賈青軍，程增慶

(1.大同煤礦集團金莊煤業(yè)有限責任公司，山西大同037100;2.中國煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院，河北涿州072750)

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

太原組由灰、灰白色粗砂巖、灰黑色粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、炭泥巖及煤層組成;本組共含煤10 層，最底部有一層灰白色中粗砂巖，為標志層K2，作為與下伏本溪組的分界標志。山西組由灰、灰黑色中細砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、炭泥巖和煤組成。下部含較穩(wěn)定的山4號煤層，中、上部夾不穩(wěn)定，局部有可采點的山3、山2、山1號煤層，底部有一層灰白色中粗砂巖，分布較穩(wěn)定，定為標志層K3，作為與太原組的分界標志。本組厚38 ～65 m，平均48 m，與下伏地層整合接觸。

主要可采煤層:①5 號煤層:位于太原組中上部，距山西組底界K3砂巖一般20 m 左右。井田東部分叉為5－1，合并區(qū)煤層總厚 4.42 ～19.339 m，一般厚 7 ～9 m，含夾矸 1 ～2 層，煤層層位穩(wěn)定，厚度大，井田內(nèi)皆賦存且可采，賦存范圍內(nèi)厚度變化不大，有0 ～6 層夾矸，一般 2 ～4 層，井田內(nèi)西部厚，東部薄。是本區(qū)主要可采煤層之一，屬穩(wěn)定型煤層。分叉區(qū)煤層厚0 ～2.9 m，零星可采。②8 號煤層:位于太原組下部，下距底界K2砂巖一般15 m 左右，位于5 號煤層之下，一般20 m。煤層厚度0 ～5.64 m，一般為1 ～3 m。煤層層位穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，夾矸 0～2 層，基本上全區(qū)可采，是本區(qū)主要可采煤層之一，屬穩(wěn)定型煤層。井田內(nèi)8 號煤層分叉為8－1，分叉區(qū)煤層厚0 ～4.60 m，一般 2 ～4 m，含夾矸 1 ～2 層，井田東部可采。

2 研究區(qū)地震地質(zhì)條件

本井田為低山丘陵地形，地勢東南部高，西北部低，黃土梁及“V”字型溝谷發(fā)育。本區(qū)最高點1 709 m，位于井田東南部，最低點在元子河河床，標高1 412 m，相對高差297 m，一般地形標高1 450 ～1 600 m。

本區(qū)屬海河流域，永定河水系，桑干河北岸支系。井田西部為元子河，發(fā)源于馬道頭、郭家坪、坡屋一帶，流經(jīng)李石匠、增子房向南經(jīng)蘭花口，匯入桑干河水系;井田東部為大峪河，發(fā)源于葫蘆裕、布山溝、馬道頭一帶，經(jīng)吳家窯、大峪口匯入桑干河。

勘探區(qū)內(nèi)有小京莊、馬道頭、大京莊、馬力窯、樹兒里、柴家村、向陽寨等村莊，給地震成孔、測量布線等野外施工環(huán)節(jié)帶來困難。

通過對勘探區(qū)內(nèi)表、淺層地層情況的分析，本區(qū)為地震勘探V 類地區(qū)。勘探區(qū)內(nèi)幾乎無潛水層、黃土梁及“V”字型溝谷發(fā)育、地表出露地層多樣且復雜、地震成孔困難(需要上多種鉆機)、最佳激發(fā)層位的選擇比較困難。

本區(qū)主采煤層(5 煤層、8 煤層)發(fā)育穩(wěn)定，煤層與圍巖之間有較大的波阻抗差異，其頂、底板是良好的反射界面，可形成較強的反射波。根據(jù)合成地震記錄及本區(qū)所獲得的實際資料，本區(qū)主要反射波有:

1)T5反射波:為5 煤層產(chǎn)生的復合波，為本次追蹤的主要目的層反射波。

2)T8反射波:為8 煤層產(chǎn)生的復合波，為本次追蹤的目的層反射波。

3 主要技術(shù)措施

3.1 采集技術(shù)措施

測區(qū)西、中部樹林面積較大、樹木高大、茂密，因此，測量設備(GPS)應采用加長桿進行測量，并在防護林中設立明顯的測量標記，以便后續(xù)施工。三維測區(qū)炮線沿南北方向穿過村莊，目前村莊范圍比地形圖上有所擴大，如馬力窯、向陽寨分別有3 個、7 個炮排位于村莊內(nèi)，并且位于目的層的淺部，埋深在340～370 m，技術(shù)要求縱向變觀范圍不能太大，不能采用恢復性放炮方式，采用村中放炮方式使用深井普通炸藥對村內(nèi)危房有較大的震動，有可能導致危房倒塌，其次不能夠保證地震資料的質(zhì)量。因此建議村中采用聚能彈進行激發(fā)，一是減小對房屋的震動和破壞作用，二是有利于地震反射波能量下傳，提高單炮記錄品質(zhì)。原設計三維區(qū)試驗點位不能涵蓋上述四種地表出露地層，試驗點增加了厚黃土區(qū)試驗內(nèi)容。根據(jù)上述表、淺層地震地質(zhì)條件，建議采用鉆進能力強的機械鉆機進行施工，既提高了生產(chǎn)效率，又能夠保證施工質(zhì)量。、由于二維測區(qū)面積較大，要求二維測區(qū)施工隊項目組進行詳細的踏勘工作，有針對性地做好試驗工作，采取有效技術(shù)措施，為上線生產(chǎn)做好準備工作。

3.2 處理技術(shù)措施

資料處理主要是針對本區(qū)巖漿巖、斷層及煤層特征等進行煤炭地震資料數(shù)據(jù)處理方法及流程的研究。在全面細致、認真分析原始資料的基礎上，踏實而精細地做好地震資料處理各個環(huán)節(jié)的基礎分析工作，根據(jù)地震資料的特點制定地震處理方法與各個環(huán)節(jié)處理參數(shù)的選擇，在整個流程中始終不破壞地震資料的動力學特征為出發(fā)點，采用確定性處理方法和處理技術(shù)，搭配綠色處理模塊的處理流程，實現(xiàn)地震資料的綠色處理達到保持保幅和提高分辨率處理效果，核心就是在靜校正、衰減多次撥、速度分析及作好高精度動、靜校正等工作，為地震地質(zhì)高精度解釋提供高精度的處理成果。

3.3 解釋技術(shù)措施

地震解釋主要是利用地震多屬性解釋技術(shù)。本次解釋主要利用的是地震時間、地震振幅、相干、傾角、波阻抗、頻率、速度等屬性。

4 效果

4.1 采集成果

圖1 是本次地震采集獲得的典型地震記錄，該記錄中左圖是在黃土覆蓋區(qū)塬上激發(fā)及塬上接收的地震單炮記錄顯示，該記錄中右圖是在黃土覆蓋區(qū)塬上激發(fā)及溝中接收的地震單炮記錄顯示。質(zhì)量張記錄均顯示出高信噪比。

圖1 黃土覆蓋區(qū)塬上激發(fā)(塬上接收左、溝中接收右)單炮記錄顯示

4.2 成果

圖2 是本次研究處理成果，圖中顯示出5 號煤層、8 號煤層反射波信噪比較高，斷層特征較為清楚。測區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，正斷層較多，區(qū)內(nèi)解釋的212 條斷層(含落差小于5 m 斷層)正斷層為151。規(guī)模較大斷層有12 條，控制著測區(qū)內(nèi)地層的起伏形態(tài)。斷層走向多為北西西向和北西向，其次北東和北北東向斷層，前者斷層落差較大，對煤層的影響、破壞作用較大，控制著測區(qū)的構(gòu)造形態(tài)，使局部地段小褶曲發(fā)育，造成地層起伏，有的幅度較大。發(fā)現(xiàn)陷落柱構(gòu)造11 個，均同時陷落5#煤層和8#煤層。

圖2 處理成果中的雁狀斷層剖面顯示

5 結(jié)語

本研究表明在金莊煤礦實施三維地震勘探技術(shù)可以有效地發(fā)現(xiàn)斷層及陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造。

［1］劉勝，程增慶. 煤炭地震激發(fā)介質(zhì)與井深的關系［J］. 物化探計算技術(shù)，2008(6).

［2］劉勝，程增慶. 煤炭高密度三維地震勘探方法研究［J］.煤炭工程，2009(3).