臨汾同富新煤業槽波地震勘探應用研究

李 璐

（晉能集團臨汾有限公司，山西 臨汾 041000）

1 槽波地震勘探

槽波地震勘探是利用槽波來探測井下低速夾層及地質構造異常體的一種地震方法，是探測煤層不連續性的物理方法，也稱為層內勘探法。槽波地震勘探對探查工作面斷層、采空區、陷落柱和煤層變薄區等構造異常體在勘查精度和距離上明顯優于井下坑道透視等探測方法，目前較常用的槽波地震勘探方法為透射法和發射法。

2 槽波透射法與反射法的原理和操作

2.1 槽波透射法

槽波透射法是采用從順槽一端的震源透過回采工作面傳達至另一端順槽檢波點的直達槽波信號，根據槽波的強弱來判斷在相應的回采工作面內有無構造異常。

2.2 槽波反射法

槽波反射法是在同一巷道內布設炮點和檢波點，當槽波信號在煤層傳播中遇到不連續體表明遇到了地震波的波阻抗，就會產生反射槽波信號，通過觀察回采工作面反射槽波信號的強弱來判斷構造異常體的位置。

3 同富新煤業10203工作面槽波地震勘探

3.1 工作面概況

同富新煤業有限公司位于鄉寧縣東21km 處的管頭鎮萬上村一帶，行政區劃屬管頭鎮管轄。10203工作面為走向布置，回風順槽走向長度1900m，運輸順槽走向長度1730m，工作面傾向長度246m。10203 工作面地表為山坡形態，工作面整體位于上坡及山溝的中上部，山頂位于回風順槽一側。工作面地表標高為1275~1530m，工作面頂板標高1220~1230m?；夭晒ぷ髅嫫骄裆顬?20m，工作面最淺埋深為45m，位于回風順槽開口處，最深埋深為270m，位于回風順槽中部位置。礦井主采10號煤層，煤層最小厚度1.5m，最大厚度2.8m，平均約2.23m，煤層傾角0~10°，平均為5°。

根據地面三維地震勘探資料，在10203 工作面內部可能存在陷落柱和斷層，可能會對工作面回采造成一定影響。同時為查清10203 工作面切眼以外F58 斷層延伸及展布，同富新煤業決定對10203 工作面及切眼以北區域進行槽波地震勘探，以期采取經濟有效的手段精確控制F58 號斷層、查明10203工作面內部地質構造異常體，提高工作面回采率，保障安全開采。

3.2 工程實踐

本次槽波地震探測沿10203 運輸順槽、回風順槽及切眼布置炮點和檢波器。在充分研究同富新煤業相關地質資料的基礎上，以急需解決的地質任務為前提，通過槽波地震勘探數據處理系統，經過計算測試，確定此次工作安排。

10203 工作面透射槽波探測和F58 斷層反射槽波探測均采用10m 接收道距，共布設檢波點446 個，其中10203 工作面透射377 個，F58 斷層反射69 個。

（2）炮點布置

10203 工作面透射槽波探測和F58 斷層反射槽波探測均采用20m 炮間距，共布設炮點233 個，其中10203 工作面透射199 個，F58 斷層反射34 個。

（3）現場施工布置

現場施工時，將檢波器對接至順槽錨桿露頭上，垂直于煤壁，儀器和檢波器位置按照施工設計要求進行布設，每個炮孔深為3.5m，填充藥量為0.35kg。布設完成后，由爆破人員負責放炮，當所有激發點放炮完畢后，收集井下數據，結束現場施工。

3.3 探測成果分析

根據10203 工作面槽波地震勘探成像結果，同時結合工作面地質揭露情況對工作面探測區域進行解釋。通過分析得出：工作面斷層1 條，煤層變薄區4 個，異常區2 個，最終構造解釋，依據反射槽波CDM 成像結果對10203 工作面東北部的F58 斷層的走向進行了解釋。深色區域說明槽波能夠穿透工作面，表示工作面存在的地質構造較少；淺色區域說明槽波未能穿透工作面，表示可能存在地質構造。如圖1 所示為10203 工作面、F58 斷層（10203工作面東北部）槽波地震探測成果圖。

圖1 10203 工作面、F58 斷層（10203 工作面東北部）槽波地震探測成果圖

3.3.1 斷層

工作面內共解釋斷層1 條，命名為CF1 斷層。該斷層走向SN，落差約1 ～2m，位于10203 工作面運輸順槽J24 測點附近的工作面內部，距離10203 運輸順槽50m。該斷層在工作面內延伸長度約50m，在CT 成像反映明顯，為較可靠斷層。如圖2 所示為CF1 斷層（中部）、YC2 異常區（左中）及煤層變薄區Ⅲ（左上）、Ⅳ（右下）在CT 成像圖上的顯示。

油氣資產的折耗是指油氣資產隨著當期開發進展而逐漸轉移到所開采產品（油氣）成本中的價值。計算每期的折耗率，當期產量是分子，而當期產量加期末剩余經濟可采儲量是分母。只有不斷做大分母，才能降低折耗率，實現油氣田持續高效開發。而西達里亞油田面臨的危機，正是由于“分母”太小，導致資產折耗負擔過重。

圖2 CF1 斷層（中部）、YC2 異常區（左中）及煤層變薄區Ⅲ（左上）、Ⅳ（右下）在CT 成像圖上的顯示

3.3.2 煤層變薄區

根據開拓巷道揭露的煤層厚度，整個探測區內絕大多數煤層厚度在2m 左右，煤層厚度較為穩定。通過CT 成像結果顯示，工作面內存在4 處煤層厚度變薄區域，命名為煤層變薄區Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。

煤層變薄區Ⅰ位于回風順槽H10-H12 測點附近，煤層變薄至1~1.5m，煤層變薄范圍約6000m2。如圖3 所示為煤層變薄區Ⅰ（中上部）。

煤層變薄區Ⅱ位于運輸順槽J14-J18測點附近，煤層變薄至1~1.5m，煤層變薄范圍約10000m2。如圖1 所示為煤層變薄區Ⅱ（中下部）。

煤層變薄區Ⅲ位于回風順槽H24 測點附近，煤層變薄至1~1.5m，煤層變薄范圍約4000m2，如圖2所示。

煤層變薄區Ⅳ位于運輸順槽J27-J29測點附近，煤層變薄至1~1.5m，煤層變薄范圍約4000m2，如圖2 所示。

圖3 煤層變薄區Ⅰ（中上部）在CT 成像圖上的顯示

3.3.3 異常區

通過CT 成像結果顯示，工作面內存在2 個異常區。

（1）YC1：異常區1 位于回風順槽H16 ～H18測點之間的工作面內部，距離回風順槽約50m，異常區范圍為95m×70m。根據槽波CT 成像結果，該異常有可能是陷落柱、煤層變薄或者煤層頂底板破碎等地質原因造成。如圖1 所示為YC1 異常區（中部）在CT 成像圖上的顯示。

（2）YC2：異常區2 位于回風順槽H24 ～H26測點之間的工作面內部，距離回風順槽約60m，異常范圍為55m×35m。根據槽波CT 成像結果，該異常有可能是陷落柱、煤層變薄或者煤層頂底板破碎等地質原因造成。如圖4 所示為YC2 異常區（中部）在CT 成像圖上的顯示。

圖4 YC2 異常區（中部）在CT 成像圖上的顯示

3.3.4 F58 斷層反射

從F58 斷層反射槽波單炮記錄可見明顯的反射槽波記錄，反射槽波CDM 成像結果中可以發現較強的異常。通過綜合分析對探測區域進行解釋，10203 工作面切眼以外北側存在F58 斷層，單線點線段即為反射槽波解釋的F58 斷層走向，雙線段為地面三維地震解釋斷層走向。F58 斷層距離回風順槽約150m，該斷層在H26 測點向切眼方向范圍內走向與地面三維地震解釋斷層相同，但在H26 測點向外的225m 范圍內，斷層走向呈近NE 向。如圖5所示為F58 斷層（中部）在CDM 成像圖上的顯示。

3.3.5 主要勘探成果

同富新煤業10203 工作面、F58 斷層槽波地震探測項目共采集有效數據233 炮，共布設檢波器446 道，測線總長度4450m。所采集的原始數據質量較高，所得數據全部合格。采用槽波CACT 成像方法分析處理，對探測區域的構造情況進行了充分的解釋。

圖5 F58 斷層（中部）在CDM 成像圖上的顯示

本次槽波地震勘探研究項目地質成果：

（1）10203 工作面內共解釋煤層變薄區4 個，煤層變薄至1~1.5m。其中回風順槽附近2 個，面積分別為6000m2、4000m2，運輸順槽附近2 個，面積分別為10000m2、4000m2。

（2）10203 工作面內解釋斷層1 條為CF1。該斷層走向SN，落差約1~2m，位于10203 運輸順槽J24 測點附近的工作面內部，該斷層在工作面內延伸長度約50m。

（3）10203 工作面北側解釋異常區2 個，可能是陷落柱、煤層變薄或者煤層頂板破碎等地質原因造成。YC1 異常區范圍為95m×70m，YC2 異常區范圍為55m×35m。

（4）F58 斷層距離回風順槽約150m，該斷層在H26 測點向切眼方向范圍內走向與地面三維地震解釋斷層相同，但在H26 測點向外的225m 范圍內，斷層走向呈近NE 向。

4 結論

在井下槽波地震勘探工作前，應充分了解勘探工作面實際情況，制定出合理的施工方案。施工時，根據回采工作面的現場情況，對檢波點、炮點位置和數量進行適當調整。在井下所有激發點放炮完畢后，對井下資料數據采集并進行數據處理。槽波地震勘探數據處理是通過槽波能量的透射和發射CACT 成像技術進行的，同時結合巷道實際揭露情況，對槽波CT 成像結果進行綜合分析，最終對勘探區域地質構造異常得出較為定性的解釋。通過回采過程中對此次槽波地震勘探成果進行驗證，得出結果基本吻合，證明槽波地震勘探技術是一種探查斷層、煤層變薄區、陷落柱等地質異常情況的有效手段。