車寨礦井首采區三維地震勘探淺析

侯亞平

（山西晉城興唐煤業有限公司 ，山西 晉城 048000）

1 工程概況

西晉城興唐煤業有限公司下屬礦井車寨礦井地跨沁水縣胡底鄉和澤州縣下村鎮，位于沁水煤田的東南部。由以往地質資料可知，該井田主要含3層煤，其中3#煤層均厚為5.35m，9#煤層均厚為0.91m，15#煤層均厚為3.53m，井田內構造總體為一組寬緩的背向斜。根據煤礦生產建設和安全的需要,為了查明車寨礦井首采區內構造的控制情況，現對車寨礦井首采區進行地面勘探工作，本次三維地震勘探面積5.106km2。

2 三維地震勘探施工參數及精度的確定

2.1 激發條件的確定[1]

高分辨率是三維地震勘探突出特點，并且不同的施工方法會對施工效率及勘探結果造成較大影響。因此為了得到更精確的結果，在借鑒鄰區三維地震勘探的施工經驗，并分析其試驗資料及生產資料后，認為影響本區的主要因素是激發條件，所以主要針對不同井深、藥量進行了充分的試驗工作。最終確定激發條件為：黃土中的孔深為6～8m，全部打到基巖面，藥量為1kg；基巖出露區井深為3m，藥量為1kg；坡積物區井深為3m，藥量為2kg，遇特殊情況無法成孔時挖2m深坑，藥量為1kg。

2.2 觀測系統及參數

綜合考慮車寨礦井首采區的地形地貌、目的層的賦存深度、構造等情況后，設計本次觀測系統為8線8炮端點放炮56道接收的束狀規則，炮檢距分布均勻，檢波器使用自然頻率60Hz的高頻檢波器，3串組合同坑埋置。所用儀器為408UL三維數字地震儀，該儀器的工作道數為448道，采樣間隔1ms，頻帶寬度為 0～512Hz，前放增益為 12db。

2.3 精度要求及平差檢驗[2]

2.3.1 GPS網布設特點與施測

測區周圍有國家Ⅱ等三角點武神山，Ⅳ等三角點楊山和東嶺，經檢查標石保存完好，可以作為本區GPS網施測的平面和高程起算數據。起算點檢查數據如表1：

表1 GPS網施測的平面和高程起算數據

2.3.2 精度要求及檢驗

本次使用南方測繪軟件進行基線向量解算作業，在基線解算后需及時進行閉合差檢驗。

GPS網同步環閉合差檢驗；

首先根據規范計算GPS網標準差，公式為：

式中：a為誤差要求，取10mm；b為比例誤差，取20ppm；d為平均邊長，取5.1km。

GPS網同步環閉合差要求：

GPS異步環閉合差檢驗的檢驗：

式中：n為閉合環邊數，σ為相應級別規定的精度。

GPS網平差：

網平差采用中海達GPS軟件進行，經過檢驗后的基線全部用于網平差。

首先進行無約束平差，平差后的精度為：

X方向最大中誤差為：0.0014m（楊山）；Y方向最大中誤差為：0.0023m（楊山）；H高程最大中誤差為：0.0021m（楊山）；最弱邊相對中誤差為：1/207386（E004→E007）。

其次進行約束平差，平差后的精度為：

X方向最大中誤差為：0.0019m（楊山）；Y方向最大中誤差為：0.0028m（楊山）；H方向最大中誤差為：0.0056m（E006）；最弱邊相對中誤差為：1/102547（E004→E007）。

從以上精度看，滿足規范和設計對GPS控制點的精度要求。本區三維地震勘探測量工作共布置E級GPS點10個，共完成地震測線16束，總計測點26893個。

3 三維地震勘探結果分析

3.1 原始資料處理

本次車寨礦井首采區三維地震勘探所得原始資料反射波信噪比較高，初至波清晰，總體品質優良。在借鑒參考其他地質勘探工程后[3-4]，選擇三維一步有限差分偏移方法進行原始資料靜校正處理。為了使反射波較好地歸位，得到斷點、斷塊清晰，剖面構造形態清楚的圖像，需要選取合適的偏移速度。本次在80%到100%之間的偏移速度進行試驗，通過觀察斷點，發現90%偏移速度效果較好，最終選定90%偏移速度。靜校正前后單炮記錄對比圖如圖1所示。

圖1 靜校正前后單炮記錄對比圖

3.2 構造控制解釋

3.2.1 斷層

本次車寨礦井井田三維地震勘探共探測到26條正斷層，其中有7條斷層的落差大于等于5m，其余19條斷層的落差均小于5m。控制可靠斷層5條，控制較可靠斷層2條，控制程度較低不予評價的斷層19條。現敘述落差大于等于5m的斷層中較典型的F1正斷層及F23正斷層。

位于勘探區南部邊界處的F1正斷層，落差0～18m，走向 N60°E，傾向 SE，傾角約 75°。3#、15#煤層錯斷，底板上延伸長度450m，按20m×20m網度所抽取的時間剖面評價，該斷層

由14個A級斷點，6個B級斷點，6個C級斷點，共26個斷點控制，為控制程度可靠的斷層，如圖2所示。

圖2 F1正斷層在時間剖面上的反映

圖3 F23正斷層在時間剖面上的反映

F23正斷層位于勘探區東北部，走向N，傾向E，傾角約75°，3#煤層錯斷，落差0～6m，3#煤層底板上延伸長度200m，按20m×20m網度所抽取的時間剖面評價，該斷層由3個A級斷點，3個B級斷點，2個C級斷點，共8個斷點控制，為控制程度較可靠的斷層，如圖3所示。

3.2.2 陷落柱

本次車寨礦井井田三維地震勘探共探測到24個陷落柱，其長軸直徑均大于25m，因此本區陷落柱比較發育。其中控制較差的陷落柱有8個，控制較可靠的陷落柱有12個，控制可靠的陷落柱有4個。現敘述其中較典型的 X1，X1，X11陷落柱。

X1陷落柱位于勘探區南部邊界處，區內形態為近長方形狀，空間形態為反漏斗狀，3#煤層底板圖上長軸方向N，長軸長150m，短軸長70m，15#煤層長軸長170m，短軸長85m，在時間剖面上T3、T15反射波同相軸有下凹、且T15反射波能量變弱，陷落特征較為明顯。按20m×20m網度所抽取的時間剖面評價，該陷落柱由6個A級斷陷點，4個B級斷陷點，8個C級斷陷點，共18個斷陷點控制，為控制較可靠陷落柱，如圖4所示。

圖4 X1陷落柱在時間剖面上的反映

位于勘探區東南部的X8陷落柱，長軸方向N，為反漏斗狀的空間形態，呈近圓形的平面形態，在煤層底板圖上觀察發現，3#煤層長軸長22m，短軸長20m，15#煤層長軸長30m，短軸長30m。在時間剖面上T3、T15反射波同相軸下凹；按20m×20m網度所抽取的時間剖面上有4個斷陷點控制，其中B級斷陷點2個，C級斷陷點2個，為控制較差陷落柱，如圖5所示。

圖5 X8陷落柱在時間剖面上的反映

位于勘探區中南部的X11陷落柱，長軸方向近N30°E，為反漏斗狀的空間形態，呈橢圓形的平面形態。在煤層底板圖上觀察發現，3#煤層長軸長50m，短軸長30m，15#煤層長軸長60m，短軸長40m。在時間剖面上T3波同相軸中斷，能量變弱；按20m×20m網度所抽取的時間剖面上有12個斷陷點控制，其中A級斷陷點4個，B級斷陷點4個，C級斷陷點4個，為控制較可靠陷落柱，如圖6所示。

圖6 X11陷落柱在時間剖面上的反映

3.2.3 褶曲

本區總體為走向北東傾向北西的單斜構造，在此基礎上發育了次一級的小褶曲，全區共查明幅度大于10m的褶曲3個。S1背斜位于勘探區東南部，軸向總體為S80°W，向NW方向傾伏，區內延伸長度約1100m，兩翼基本對稱，傾角3～8°左右，區內最大起伏幅度約20m，該背斜控制可靠；S2向斜位于勘探區中部，軸向總體為N70°E，向SW方向傾伏，區內延伸長度約2200m，兩翼基本對稱，傾角2°～8°左右，，區內最大起伏幅度約25m，該向斜控制可靠；S3背斜位于勘探區中北部，軸向總體為N60°E，向SW方向傾伏，區內延伸長度約2200m，兩翼基本對稱，傾角5°～12°左右，區內最大起伏幅度約35m，該向斜控制可靠。

4 結論

本次對通過對車寨礦井首采區進行三維地震勘探，發現勘探區地層總體為一走向近NE，傾向NW，傾角2～12o的單斜構造，在此基礎上發育次一級小褶曲3條；26條正斷層，其中有7條斷層的落差大于等于5m，其余19條斷層的落差均小于5m；24個陷落柱，其長軸直徑均大于25m，控制較差的陷落柱有8個，控制較可靠的陷落柱有12個，控制可靠的陷落柱有4個。此次三維地震勘探結果作為車寨煤礦生產建設和安全生產依據，一定程度上保證了礦方巷道掘進及工作面回采等安全作業。