二維地震勘探在煤礦采區補勘中的應用

劉海彬，方大為

（湖南省煤田地質局 物探測量隊，湖南 株洲 412003）

1 概述

地震勘探方法目前已廣泛應用于煤田地質勘探中。隨著計算機技術的飛速發展，新的數據處理方法不斷涌現，地震資料中提取的信息更加豐富，解釋自動化程度越來越高，為解決煤田地質問題起到了巨大作用。湖南省煤田地震勘探起步較早，但苦于地震地質條件較差，摸索幾十年也未達到理想的效果。本次在某煤礦區完成的二維地震勘探項目，就是利用先進地震儀、采用新方法并取得了較好成績的一個成功例子。

2 地質概況及地震地質條件

勘探區構造位置處于一個向斜內，向斜東翼保存較完整，西翼被大逆斷層破壞，僅部分保存。區域內褶曲、斷裂、陷落柱均十分發育，主要褶曲和斷層有10多條。勘探區內出露的地層由新至老有二疊系上統長興組（P2ch）、二疊系上統龍潭組（P2l）、二疊系下統茅口組（P1m）、二疊系下統棲霞組（P1q）以及石炭系中上統壺天群（C2+3）。本區含煤地層為龍潭組，由砂質泥巖、粉砂巖夾薄層細砂巖、炭質泥巖及煤層組成，全組厚5.72～38.00m，一般厚19.40 m。巖性穩定，含煤層數不多，共2層，其中1煤不可采，可采2煤層層位穩定，厚度0～11.75 m，平均2.77 m，含夾矸1～2層，其頂板含菱鐵礦層及結核。

勘探區內地形起伏不大，以坡地、水田、小河、水庫居多，第四系土層土質和風化基巖交替呈現，潛水位1～8m深度變化不等，低（降）速層的厚度變化較大，對地震波激發的均一性有較大影響。地表植被較發育，尤其民房和水域分布廣，給地震施工帶來一定的困難。

本區含煤地層為二疊系上統龍潭組，其上覆地層為長興組，下伏地層為茅口組。長興組以硅質巖和硅質灰巖為主，龍潭組主要以砂質泥巖、粉砂巖夾薄層細砂巖、炭質泥巖及煤層為主，茅口組主要由灰巖等組成。因此從理論上講，2煤層（Vp≈2400m／s）與其上下圍巖（石英砂巖Vp≈4800m／s）、含煤地層與下伏的茅口灰巖（Vp≈4500m／s）均存在較大的波阻抗差，故該界面是一個良好的反射界面，從已有地質資料和鉆探資料分析，本區構造比較平緩，煤系地層埋深在250～600m 之間，傾角較小（＜30°），要獲得有效波，需要根據目的層的深度和傾角選擇合適的觀測系統。

3 地震勘探野外施工方法

3.1 觀測系統及采集參數

根據地震試驗情況，最后選定二維地震觀測系統的覆蓋次數24次以上，接收道數110～180道，道間距10m，中間發炮，炮點距為20m；同時兩條勘探線運用小寬線觀測系統，該方法是省內煤田勘探首次運用，接收道數達到330道，道間距10m，中間發炮，炮點距為10m，覆蓋次數達到80次以上。

激發和接收方式：震源藥柱，藥量1～2kg，井深5～8 m，2串2并60Hz檢波器串聯組合接收，儀器采用加拿大ARIES數字地震儀，采樣率1ms。

3.2 激發方法

在施工前和施工過程中進行了較全面的試驗工作，包括井型、井深試驗、藥量試驗、震源組合試驗等。

成孔是本次激發成敗的關鍵。考慮到地表土質特點，首先用洛陽鏟成孔2～5m，到達耕植土的底層，下面為殘積土、全風化、強風化巖，部分河床地段為流沙層，從耕植土的底層開始用手盤鉆繼續往下成孔，達到5～8m 的深度；對于地表裸露巖石部分，運用30m 鉆機直接鉆到5～8 m。該深度基本達到了強風化巖內部，大部分處于潛水面以下，是良好的激發層位。典型試驗記錄見圖1。

圖1 不同井深試驗記錄對比（藥量均為1kg）

4 地震資料處理

該區地震數據處理采用的處理系統為CGG 地震資料處理系統，同時采用了綠山Fathalm 初至折射靜校正軟件進行靜校正處理。CGG 地震資料處理系統與FOCUS處理系統、Fathalm 折射靜校正軟件共同形成了相互滲透、綜合應用的模式，可充分發揮各自的優勢，以期得到最佳的處理成果，其資料處理流程見圖2。

圖2 資料處理流程

根據地質任務要求，尋找煤炭資源是這次勘探的主要目的，所以處理原則是在確保高信噪比的前提下，盡量保留原始資料中的高頻有效信息，最大限度地提高時間剖面的縱、橫向分辨率；盡量保留和改善弱反射層次，以確保對小構造的分辨能力；盡量保持地震信號振幅的真實性和反映地層及煤層界面特征的動力學特點；準確拾取初至折射靜校正；利用鉆孔進行速度反算，找出速度變化規律，然后對速度譜上多層反射波的速度進行分析，重點控制有效波。為有效地壓制多次波，在選擇煤層反射波迭加速度時按照“就高不就低”的原則。工作站采用交互速度分析，并且在剩余靜校正的基礎上再做第二次速度分析，個別地段根據資料的顯示情況再加密速度分析距離，以提高速度分析精度。

5 地震解釋

地震資料的地質解釋屬地震反演范疇，必須采用正確有效的方法，克服地震解釋的多解性，綜合利用各種參數，獲取可靠的地質信息。

本次解釋工作是在SUN blade2000工作站上進行的，利用美國斯倫貝謝公司GeoFrame3.7地震解釋組合體軟件（IESX）、可視化軟件（GeoViz和Voxels）以及地質繪圖軟件（CPS3）等進行人機聯做地質解釋工作。

5.1 主要反射波組地質屬性的確定

本區地震時間剖面上發育有TQ波和T2波。

根據區內22個鉆孔資料顯示，TQ波對應第四系底界面反射波。區內新生界厚度較小，多在8～40m，局部地段可到124m，TQ波在區內不能連續追蹤。T2波由兩個相位組成，其主頻約為45～65 Hz。2煤層（Vp≈2400 m／s）與其上（石英砂巖Vp≈4800m／s）、下（茅口灰巖Vp≈4500 m／s）圍巖、均存在較大的波阻抗差，故該界面有較好的反射波產生。因此T2波是對應2 煤層的反射波，如圖3所示。在有2煤層賦存的地段，可連續追蹤到能量強的T2波，當2煤層宏觀結構發生變化，如變薄、采空或無煤，該波會發生強相位轉換、能量變弱或消失。

圖3 2煤對應的反射波T2波

5.2 斷層的解釋

以反射波同相軸的錯斷、疊掩、扭曲、強相位轉換、斷點繞射波和斷面波作為解釋依據。利用T2波及各弱反射波的波形、波組、波系對比，控制斷層的傾向、落差，對水平疊加剖面進行對比解釋（見圖4、圖5）。

圖4 龍華逆斷層在時間剖面上的反映

5.3 煤層采空區

根據本區已知地質資料，當2煤采空時，T2波能量變弱或消失（見圖6）。以此為采空區解釋依據，對地震測線T2波進行解釋，在平面圖上勾繪出采空區邊界。

圖6 采空區在地震時間剖面上的顯示

6 地質成果

本次地震勘探工作控制了區內的基本構造形態，進一步控制了落差大于20m 的斷層，除了進一步提高龍花、顏家沖、鐵家沖、竹山塘四條已知斷層的可靠程度外，新發現多條斷層。初步查明了可采煤層的隱伏露頭位置；查明了煤層的賦存深度和起伏形態，其煤層賦存形態是一向斜構造，局部發育有次一級褶曲。向斜整體南北向延展長，東西向延展短。測區顏家沖斷層以南較平緩，以北較陡。最小傾角約4°，最大傾角約18°，煤層底界深度約在-190m～-480m。

7 結語

1）充分開展地震試驗工作，確定最佳觀測系統和采集參數，是地震勘探必須遵循的環節。

2）在復雜地震地質條件下成孔到達最佳激發層位是能否獲得有效反射波的關鍵。

3）利用地震勘探方法能夠在南方復雜地震地質條件下解決地質構造問題，對煤炭資源的賦存形態進行總體評價。

〔1〕方大為，張可能，王國霞，等.地震勘探法在寧鄉清溪沖煤礦危機礦山資源勘查中的應用研究，2010年湖南礦物巖石地球化學論叢，2010.10.

〔2〕劉天放，張愛敏，等.地震勘探原理及方法〔M〕.北京：煤炭工業出版社，1996.11.