二維地震勘探技術在煤礦采空區探測中的應用

柴斌

摘? 要：通過對勘探區地質概況及地震地質條件的分析，采用二維地震勘探技術，確定最佳的的觀測系統和采集參數，并結合地質條件，選擇合適的處理參數。通過資料對采空區反射波特征進行研究，結合地震剖面和地震波屬性，對采空區的分布范圍進行了解釋，解釋結果與礦方資料吻合較好，說明該方法適用于煤礦采空區的探測，且效果較好。

關鍵詞：采空區;二維地震;煤層

中圖分類號：P631.4? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）09-0156-03

Abstract： Based on the analysis of geological situation and seismic geological conditions in the exploration area， the best observation system and acquisition parameters are determined using two-dimensional seismic exploration technology， and the appropriate processing parameters are selected in combination with geological conditions. The characteristics of reflected wave in goaf are studied through data. combined with seismic profile and seismic wave attribute， the distribution range of goaf is explained. the interpretation results are in good agreement with the mine data， which shows that this method is suitable for the detection of goaf in coal mine. And the effect is good.

Keywords： goaf; two-dimensional earthquake; coal seam

1 概述

經過百年的開采，老虎臺礦面臨煤炭資源枯竭問題。在煤層開采后，地下會留下采空區，采空區的垮塌會造成地面下沉、裂縫，毀壞耕地、建筑物等設施，破壞生態環境。地下采空區是工程建設的一大隱患，對其進行高效、準確探測是很重要的。采空區會直接影響煤礦的安全生產，及早發現采空區的分布范圍，采取相應的應對措施，就能保證煤炭安全生產[1-2]。

2 地質概況及地震地質條件

老虎臺井田地層自下而上分為：太古界鞍山群，中生界下白堊系，新生界下第三系，撫順群和第四系[3]，老虎臺井田共有兩層煤，即一層煤（也叫本層煤），三層煤（也叫B層煤）二層煤（A層煤）缺失。一層煤為開采的主要煤層，三層煤曾在-159m、-225m、-280m和-330m等水平進行試采，但由于巖漿侵入的嚴重破壞，煤層常被玄武巖吞食或相變為頁巖。

勘探區內地勢起伏不大，北部地面建筑物密集，有礦區鐵路通過，靠近勘探區北部邊界，有一條主干公路通過，南部地表大面積覆蓋著厚度不均的回填土方，南部局部地段因地下煤層開采導致地面塌陷、地面沉陷和地裂縫，甚至有積水區，西部、南部有矸石山。勘探區內機電活動和人為活動，會給數據采集造成影響。測區內建筑物、鐵路、回填土方和積水區等，會對采集工作有一定影響。

淺層主要為沖積層，上部為砂質粘土，細至粗砂，底部為卵石，層厚4～24.3m，平均14.15m，沖積層砂及礫石存在強含水層，含水層對地震波的激發非常有利，但底部為卵石，難以成孔。勘探區南部覆蓋大范圍回填土方，會對地震波的高頻信息產生一定的吸收衰減作用。綜合來看，淺層地震地質條件一般。

勘探區內僅賦存一層煤層，即本層煤，厚度較厚，比較穩定，煤層的頂板巖性為油母頁巖，巨厚、致密、堅硬，與煤層本身存在較大的物性差異，因此本層煤與其頂板可以形成良好的反射界面，可以形成能量較強的反射波;煤層的底板巖性為凝灰巖，與煤層本身存在較大的物性差異，但由于是侵入巖，界面凹凸不平，因此本層煤與其底板的反射界面，形成的反射波能量較弱，由于采空區影響，反射波連續性較差。綜上所示，測區內深層地震地質條件較好，淺層地震地質條件一般，而表層的人類文明活動，必然會給數據采集帶來影響。

3 數據采集

本次工程施工采用地震縱波反射波法，單邊下傾方向激發。根據試驗結論及本區的地質情況，確定本次二維地震勘測野外數據采集采用如下施工因素：

3.1 激發因素

震動臺次5次，掃描頻率為10-100Hz，掃描長度6s，驅動電平70-80%。

3.2 觀測系統

采用單邊下傾激發，96道接收，采用10m道距，20m炮點距，疊加次數24次。

3.3 接收參數

采用60Hz檢波器，采樣間隔為1ms，記錄長度2s，前放增益0dbm，全頻帶接收，記錄格式為SEG-Y。

4 資料處理

資料處理是地震勘探工作的三大主要環節之一，處理結果是解釋工作的基礎資料。根據本次地震勘探所承擔的地質任務，考慮本區復雜的表、淺層地震地質條件，本區資料處理應以高精度、高分辨率、高信噪比為目標。考慮到本區地表復雜，低速帶厚度變化大等實際情況，本次資料處理要重點做好以下幾方面工作：

（1）速度分析：動校速度準確是保證疊加效果的關鍵。為此處理中采用掃描速度多次迭代計算動校正量。

（2）頻譜分析：譜分析是選擇濾波參數的依據，根據處理需要，分析了頻譜，原始記錄，疊前、疊后三種頻譜。

（3）靜校正：由于表層速度變化較大，且厚度不均，所以，一次靜校正的精度對資料的質量優劣影響較大。因此要做好靜校正工作。本區靜校正基準面為+90m。

（4）高分辨率處理：反褶積是提高分辨率的重要環節，采用何種反褶積方法，要根據資料的特點做充分的試處理，最后確定最佳的反褶積方法和參數。采用譜白化反褶積，能較好地提高分辨率，基本消除原始記錄的頻率差別，也大大削弱了線性干擾。

（5）保幅處理：除常規的振幅恢復處理以外，還應進行道平衡及道間均衡處理，另外Q補償（Q是大地濾波因子）應盡可能考慮消除因淺表層厚度不均等對地震波衰減的影響，從而使處理剖面較真實地反映煤層信息。

5 采空區解釋

由于勘查區為大范圍采空區，并且大部分是在公路上施工，因此，所獲得的時間剖面信噪比較低。

DZ2線：剖面長1055m，地質資料顯示，該線位于未開采區域。地震資料顯示，在600ms附近有一強反射，結合地質資料確定該組反射波為煤層反射波。南部反射波同相軸連續性較好;往北反射波同相軸連續性較差，信噪比低，但上部地層反射波完整，未變形。綜合分析該線一層煤未開采。該線北部反射波連續性差、信噪比低的原因：有可能受F1逆斷層影響。（見圖1）。

DZ3線：剖面長865m，地質資料顯示，該線0-75m為采空區，75-865m位于未開采區域。地震資料顯示，0-190m煤層反射波能量弱，同相軸連續性差，信噪比較低，且上部地層反射波不完整，時間剖面上形成“漏斗”狀，巖移界面明顯，巖移角大約75°左右為采空區;190-475m煤層反射波能量強，反射波同相軸連續性較好，信噪比高，為一層煤未開采區，475m-865m煤層反射波能量弱，同相軸連續性差，信噪比較低，但上部地層反射波較完整，未變形。綜合分析該線0-190m為一層煤采空區;190m-865m一層煤未開采。該線北部反射波連續性差、信噪比低的原因：有可能受F1逆斷層影響（見圖2）。

DZ4線：剖面長752.5m，地質資料顯示，該線0-413m為采空區，413-752.5m位于未開采區域。地震資料顯示，該線煤層反射波能量弱，同相軸連續性差，信噪比較低，且上部地層反射波不完整，時間剖面上上部地層有“塌陷”現象，巖移界面明顯，巖移角大約在65°-75°之間，根據對比結果分析，0-450m為一層煤采空區;450-752.5m煤層反射波能量較弱，同相軸連續性一般，信噪比較低，但上部地層反射波較完整，未變形。綜合分析該線0-450m為一層煤采空區;450m-752.5m一層煤未開采。該線北部反射波連續性差、信噪比低的原因：有可能受多條斷層發育影響（見圖3）。

DZ5線：剖面長950m，地質資料顯示，該線0-140m為采空區，140-950m位于未開采區域。地震資料顯示，0-145m煤層反射波能量弱，同相軸連續性差，信噪比較低，且上部地層反射波不完整，為一層煤采空區;145-950m煤層反射波能量一般，同相軸連續性一般，信噪比較低，上部地層反射波較完整，未變形。綜合分析該線0-145m為一層煤采空區;145m-950m一層煤未開采。該線北部反射波連續性差、信噪比低的原因：有可能受F1斷層影響（見圖4）。

DZ7線：剖面長340m，地質資料顯示，該線為一層煤采空區。地震資料顯示，該線煤層反射波能量弱，反射波同相軸連續性差，信噪比較低，為一層煤采空區，且F18逆斷層從一層煤上部切過（見圖5）。

DZ9線：剖面長1040m，地質資料顯示，該線0-645m為一層煤采空區，645-1040m位于未開采區域。地震資料顯示，該線一層煤反射波同相軸連續性差，信噪比較低，且上部地層反射波較完整，F18逆斷層從一層煤上部切過。綜合分析該線為一層煤采空區。該線北部反射波連續性差、信噪比低有可能受F18逆斷層影響（見圖6）。

5 結論

從解釋結果分析，勘探區適合縱波地震勘查，由于受地表條件限制，選擇可控震源激發效果更佳。數據采集方法正確，施工因素合理，采集數據真實可靠。資料處理流程合理，參數選擇合適，時間剖面有效波突出、信噪比較高（未開采區）。

基本查明了勘查區內有煤區、采空區及煤層缺失區的分布范圍，查明了老虎臺礦采空區北部邊界，為煤礦安全開車提供了可靠的地質依據。

參考文獻：

[1]唐漢平.淺層煤礦采空區三維地震勘探技術[J].能源技術與管理，2014，39（4）：163-164.

[2]王馨茹，李雪梅，王曉雯.三維地震勘探技術在煤礦采空區的探測應用[J].能源技術與管理，2015，40（3）：172-173.

[3]曹海東.老虎臺井田離層裂隙發育特征探討[J].煤炭技術，2017，12（36）：108-110.