礦井反射共偏移地震物探方法在探查井下斷層中的應用

李 剛

(潞安集團慈林山煤業有限公司 李村煤礦，山西 長治 046600)

1 工程概況

李村煤礦于一采區東翼輔助回風大巷南側設計布置回采工作面，現該采區東輔助回風大巷在掘進至170 m處揭露一條斷層，與之平行掘進的采區在掘進至174.5 m處同樣揭露一條斷層，根據斷層特征分析初步斷定回風大巷與運輸大巷所揭露的斷層為同一條斷層，該斷層傾向100°，傾角19°，落差約16 m。該斷層的延展情況影響工作面的布置，因此需采用礦井地震物探方法進一步查明該斷層的延伸情況，為工作面的合理布置提供依據。

2 探測原理

本次所采用的礦井地震方法為地震反射共偏移方法，其探測原理是落差大于煤厚的斷層構造使得煤層不再連續，錯斷的巖層代替了煤層，斷層構造的存在引起的煤體介質彈性性質明顯變化[1]：

1) 錯斷的巖層代替了煤層，而巖層地震波速度、彈性系數一般要高于煤層，即巖層與煤層之間存在彈性差異。

2) 斷層帶附近的煤由于原生結構被破壞，波速明顯降低，構造應力破壞程度不同導致煤的彈性也不盡相同，即在構造影響下煤體產生了彈性差異。

基于上述煤體的彈性差異，地震方法得以應用到勘探和分析斷層等構造發育情況。

圖1 單邊排列多次覆蓋示意

保證排列移動步距P小于反射段L時即可形成反射段重復即多次覆蓋。在煤礦井下探查時震源一般采用錘擊或放炮方式[2-4]。

3 現場探測

為全面探測斷層在一采區東輔助回風大巷南側的延伸情況，本次探測分別在采區東輔助回風大巷和軌道大巷布置兩條測線，數據采集采用12道共偏移連續追蹤方式采集，在單邊排列調查的基礎上選擇出最佳的信號窗口。利用巷道內幫采用放炮的方式激發，單孔裝藥200 g，I段毫秒瞬發雷管引爆。其中在東輔助回風大巷第一炮對應DH4測點前70 m位置，最后一炮對應DH1測點前10 m位置。而軌道大巷則第一炮對應SG5測點前75 m，最后一炮對應SG5測點。按激發間距5 m，道間距2 m，偏移距10 m，步長5 m順移前進式觀測。為保證精度，實際計算時以實測點距代入運算。探測測線布置及主要參數見圖2、表 1，原始波形見圖3、圖4。

圖4 軌道大巷原始波形

圖3 采區東輔助回風大巷原始波形

圖2 觀測系統布置

表1 探測主要參數

4 數據處理

本次探測數據采用專用軟件處理，處理主要流程如下：信號錄入—格式轉換—預處理—數字濾波—修飾處理和形成偏移剖面，其中預處理包括文件拼接—道集重排—振幅平衡—靜校正—二次采樣等，修飾處理包括空間混波—T-p變換—平滑處理等。通過專用軟件處理求得直達縱波平均速度為3.5 m/ms。偏移成像處理的數據對象可以是單點共偏移數據或單邊排列多次覆蓋數據，現場采集數據時盡量以同樣的參數(偏移距、道間距和移動步距)來采集數據，通過計算機自動計算出總炮數、總道數和炮檢對應關系。數據預處理做好之后，最關鍵的一步就是做出每個檢波點和激發的相對坐標。

4.1 成像參數

本次采用的偏移成像參數如圖5、圖6所示，主要有：X軸向偏移范圍、Y軸向偏移范圍、X方向單元網格數、Y方向單元網格數、初始平均速度值、振幅計算方式以及延拓角等，其中偏移初始平均速度選取波場調查探測的參數v=3.5 m/ms。

圖5 采區東輔助回風大巷偏移成像的參數設置

4.2 數據處理

在將探測范圍以單元格離散后如圖7所示，每一個單元格都可以看作波場中一個反射點，將這一點的反射時間域記錄經過偏移轉換成深度記錄，由這一點對應各炮點所形成的道集即為共成像點道集(空間域—空間域)。如上建一模型，反射點空間位置為(X0，Z0)，周圍介質速度為V0。

圖6 軌道大巷偏移成像的參數設置

圖7 探測模型的離散化

本次物探圈定兩處異常區，見表2、圖8。

圖8 探測成果

表2 異常解釋成果

5 結 語

根據探測成果推斷巷道揭露斷層走向往西偏移，后經在斷層東邊布置探巷，巷道掘進400余米所揭全煤，證實了探測結果的準確性，為礦井工作面布置提供了可靠的技術依據。