三維地震勘探技術(shù)在山西朔州某勘探區(qū)的應用

劉　松，李淅龍

（中煤科工集團西安研究院，陜西西安710077）

三維地震勘探技術(shù)在山西朔州某勘探區(qū)的應用

劉松*，李淅龍

（中煤科工集團西安研究院，陜西西安710077）

三維地震勘探技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)井田煤層的構(gòu)造形態(tài)、斷裂等，為井田下一步安全開拓提供地質(zhì)保障。本勘探區(qū)地表復雜，采取了多種成孔手段結(jié)合的方法確保了地震資料良好的激發(fā)層位，為獲得較好的地震野外資料打下了基礎(chǔ)。通過多種手段查明了地下構(gòu)造形態(tài)、采空區(qū)范圍以及陷落柱，取得了良好的效果。

特殊觀測系統(tǒng)；三維地震勘探；資料解釋；朔州

1　概況

為進一步查明井田主采煤層的構(gòu)造形態(tài)、煤層賦存條件以及采空區(qū)分布范圍，勘探區(qū)采用了三維地震勘探技術(shù)對采區(qū)進行地面勘探。勘探區(qū)地處洪濤山脈西側(cè)，屬黃土梁峁切割沖刷地貌，勘探區(qū)內(nèi)地形較為復雜，溝谷多呈“U”字型，除極少部分溝谷地區(qū)均為第四系黃土覆蓋。最高點位于區(qū)北部山梁上，標高+1662.5m，最低點位于西界溝底，標高+1440m，相對高差222.5m，屬低中山丘陵地區(qū)，井田內(nèi)黃土廣泛分布，沖溝、梁、峁發(fā)育，植被稀少，地形切割強烈。

2　施工過程及難點

三維地震是一種高密度的面積勘探技術(shù)，利用炮點和檢波點的靈活組合獲得分布均勻的CMP點網(wǎng)格。本次三維地震勘探線束布置主要考慮勘探區(qū)地表形態(tài)、構(gòu)造發(fā)育和煤層傾角等情況，采用10線4炮制規(guī)則觀測系統(tǒng)（表1）。

表1　施工參數(shù)一覽表

2.1激發(fā)方式

針對不同的地表條件選取了不同的激發(fā)方式，黃土區(qū)和過渡區(qū)采用人工洛陽鏟成孔深井激發(fā)，基巖出露區(qū)采用風鉆和電鉆成孔激發(fā)。冬季施工中，由于天氣寒冷，凍土層較厚，厚度達2m左右。給人工洛陽鏟成孔帶來很大的困難。因此，成孔過程中，使用電鉆開口，再用人工洛陽鏟成孔。

主要激發(fā)參數(shù)如下：

黃土區(qū)：井深地表起伏情況及黃土厚度變化情況而定，保證激發(fā)層位進入紅土層1m，藥量2kg；

過渡區(qū)：達到基巖面，井深不低于3m，藥量2kg；

基巖出露區(qū)：井深3m，藥量1.5kg。

2.2特殊觀測系統(tǒng)

本次勘探區(qū)內(nèi)影響施工的障礙物眾多，包括村莊、工業(yè)場地。如果按照常規(guī)方法施工，則可能造成一些炮點和檢波器無法布設(shè)，從而導致障礙物影響區(qū)域覆蓋次數(shù)嚴重不足，最終降低成果的解釋精度。鑒于此，在施工過程中，借助專業(yè)三維地震勘探設(shè)計軟件，對施工過程中遇到的村莊進行恢復性放炮的處理，包括加大或改變排列，加密或者改變原設(shè)計炮點等。對于一般的小障礙物，通過上述方法就能夠消除地表障礙對地下資料的影響。但是對于成片的大障礙物，由于最大偏移距和炮檢距的限制，簡單的方法不可行，需實施特殊觀測系統(tǒng)。

此次施工中，下石井村南北向約500m，東西向約600m。通過對現(xiàn)場的詳細踏勘，發(fā)現(xiàn)村莊錯落有致。街道基本呈東西走向，而且街道之間的距離大概30m。綜合考慮本身的CDP網(wǎng)格，最終設(shè)計18條特觀線，編號T1，T2，…，T18，基本垂直正常測線，每條線接收檢波器為48個，全排列接收。在村莊外的測點與原檢波點重合，方便資料處理，村莊內(nèi)實測每一個檢波點，并做好標志（油漆配合布條、粉筆）。炮點的布設(shè)根據(jù)測線的布設(shè)情況先進行模擬然后下達成孔任務書，實際成孔過程中再進行局部微調(diào)。

3　資料解釋

三維地震勘探資料的處理過程中，認真分析了所要解決的地質(zhì)任務和原始資料的特點，選用了有針對性的處理模塊，優(yōu)化處理流程，精選處理參數(shù)，嚴格控制中間處理質(zhì)量，最終獲得了較好的地震時間剖面（圖1）。

圖1　偏移剖面

3.1斷層解釋

斷點解釋是一個關(guān)鍵而復雜的問題，由正演得知，當?shù)貙诱r，時間剖面上反射波同相軸穩(wěn)定、連續(xù)性好、沒有畸變。若時間剖面上標準反射波同相軸發(fā)生錯斷（圖2）、強相位轉(zhuǎn)換、分叉合并、同相軸數(shù)目增多或者發(fā)生扭曲變形等則是識別斷層的依據(jù)。

圖2　大斷層在剖面上的反映

3.2陷落柱解釋

陷落柱是由塊度大小不均、排列雜亂無章的上部地層塌陷物膠結(jié)而成。與正常地層相比，其在地層的連續(xù)性、產(chǎn)狀、巖性等方面，均有很大差別（圖3）。陷落柱與圍巖存在的物性差異是陷落柱探測的物性基礎(chǔ)。識別和判定陷落柱的主要依據(jù)有：

（1）反射波組中斷或能量變?nèi)酢Ｆ渲袛帱c或能量變化位置即為陷落柱邊界的反映；

（2）反射波同相軸扭曲、產(chǎn)狀突變。其扭曲起始點之連線即為陷落柱的邊界反映；

（3）反射波同相軸產(chǎn)生分叉合并和圈閉現(xiàn)象。其分叉、合并點即為陷落柱的邊界反映；

（4）反射波相位轉(zhuǎn)換，極性發(fā)生反轉(zhuǎn)，其反轉(zhuǎn)起始點即為陷落柱邊界；

（5）在疊加時間剖面上，出現(xiàn)斷陷點繞射波、延遲繞射波等。

圖3　陷落柱在剖面上的反映

3.3采空區(qū)解釋

勘探區(qū)內(nèi)有某煤礦綜采后形成的采空區(qū)和小煤窯采用房柱式采煤形成的采空區(qū)，這兩種采煤方式形成的采空區(qū)在地震時間剖面上的響應特征有很大的區(qū)別。綜采采煤后放頂，破壞了上覆圍巖的完整性，對地震波造成強烈的吸收和散射，高頻衰減強烈，地震波無法穿過，在地震時間剖面上表現(xiàn)為煤層反射波缺失，房柱式采煤產(chǎn)生的采空區(qū)周圍并未出現(xiàn)大的物理變形，因而在時間剖面上表現(xiàn)有2種現(xiàn)象，其一采上組煤，由于上組煤采空后，地震波無法穿過，在地震時間剖面上變現(xiàn)為在采空區(qū)內(nèi)部反射波同相軸不連續(xù)且雜亂無章（圖4）；其二是采下組煤，上組煤仍保持完整性，在地震時間剖面上變現(xiàn)為在采空區(qū)內(nèi)部反射波同相軸上部連續(xù)，下部不連續(xù)。

圖4　采空區(qū)反射波同相軸雜亂無章

4　結(jié)論

本次三維地震勘探觀測系統(tǒng)和各項參數(shù)選擇合理，試驗工作充分，技術(shù)措施得當，野外數(shù)據(jù)采集嚴格執(zhí)行了合同書、《施工設(shè)計》和《煤炭煤層氣地震勘探規(guī)范》等相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，雖然勘探區(qū)地形較復雜，但在施工過程中采取了針對性技術(shù)措施，確保了覆蓋次數(shù)，獲得了質(zhì)量可靠的原始資料。生產(chǎn)記錄甲級率65.05%，達到了《煤炭煤層氣地震勘探規(guī)范》的要求，為資料處理、解釋打下了堅實基礎(chǔ)。

本次三維地震勘探組合斷層45條，這些斷層均正斷層，發(fā)現(xiàn)了5個陷落柱（DX1～DX5），并發(fā)現(xiàn)了21處采空區(qū)。

（1）在村莊和工業(yè)廣場附近，雖然采取了特殊觀測系統(tǒng)等措施，其附近剖面連續(xù)性還是受到一定程度的影響，有遺漏小構(gòu)造的可能性。

（2）在三維地震勘探解釋中，由于采空區(qū)影響其上地層的完整性，地震波無法穿過，很難確定是哪一煤層的采空區(qū)，需要有其它的地質(zhì)資料來綜合解釋。

［1］朱書階，李林元，牛跟彥，等.永城礦區(qū)復雜條件下的三維地震勘探技術(shù)［J］.煤炭技術(shù)，2007.

TD82.72

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1004-5716（2016）07-0190-03

2016-04-12

2016-04-12

劉松（1981-），男（漢族），江蘇鹽城人，工程師，現(xiàn)從事煤田地質(zhì)勘探技術(shù)工作。