三維地震勘探技術(shù)在山西趙莊礦查找陷落柱的應(yīng)用

吳 波，韋青云

（安徽省煤田地質(zhì)局物探測量隊，安徽宿州234000）

在山西礦區(qū)，由于陷落柱的發(fā)育，給煤礦的安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重困擾和巨大的麻煩。當(dāng)石灰?guī)r地層中發(fā)育有陷落柱時，經(jīng)過長時間的地質(zhì)變化，出現(xiàn)地層的塌陷，最終造成了石灰?guī)r地層以及煤層的破壞。在陷落柱發(fā)育的礦區(qū)，特別在水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦區(qū)，由于塌陷造成煤層破壞，不僅會造成煤炭資源浪費，打亂生產(chǎn)計劃，降低煤礦經(jīng)濟效益，還可能因陷落柱發(fā)育帶來地質(zhì)災(zāi)害，給安全生產(chǎn)和人身安全帶來嚴(yán)重威脅，因此陷落柱的探查與防治意義非常重大。

山西趙莊礦陷落柱特別發(fā)育，嚴(yán)重影響了礦井的生產(chǎn)。為了減少陷落柱發(fā)育造成的不利影響，給陷落柱災(zāi)害的預(yù)測與防治提供良好的地質(zhì)依據(jù)，礦方委托安徽省煤田地質(zhì)局物探測量隊利用三維地震勘探技術(shù)對該區(qū)陷落柱發(fā)育情況進行了探查。

1 陷落柱的地震特征

相對于正常地層，陷落柱一般在地震時間剖面上的特征比較明顯，主要表現(xiàn)為反射波的連續(xù)性、產(chǎn)狀、能量、頻率等方面存在很大的差異，會出現(xiàn)反射波同相軸的錯斷或消失、產(chǎn)狀的扭曲、同相軸的分叉合并、正負相位的反轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，且常會形成繞射波、斷面波、延遲反射波等異常地震波；在水平切片上表現(xiàn)為圈閉的反射波能量消失；在等時切片上表現(xiàn)為平面形態(tài)為近圓形或橢圓形的不規(guī)則形狀。這些異常可作為識別和確定陷落柱范圍及大小的依據(jù)。

2 陷落柱的正演模擬

為確定本區(qū)陷落柱在時間剖面上的特征，對本區(qū)陷落柱發(fā)育情況進行正演模擬，結(jié)合以往資料及本次勘探地震時間剖面等分析得到，當(dāng)陷落柱延伸到3煤層時，即使直徑在25m的小型陷落柱在地震資料上也有反映；當(dāng)陷落柱沒有影響到3煤層時，直徑小于60m的陷落柱反映都不明顯（圖1）。通過正演模擬說明了，當(dāng)陷落柱延伸到3煤層時，通過地震資料能夠識別小型陷落柱，但是當(dāng)陷落柱隱伏在3煤層下的時候，則通過地震資料很難識別小型陷落柱，這樣就會造成陷落柱識別的遺漏現(xiàn)象。

圖1 地質(zhì)模型與正演模擬結(jié)果

通過正演模擬以及對以往資料的分析，本區(qū)陷落柱大致可以分為以下幾種：

（1）整體均勻陷落：由于整體均勻陷落，陷落柱內(nèi)部煤層保存相對完整，陷落邊緣與斷層相似，內(nèi)部能形成連續(xù)的反射波，且產(chǎn)狀與周邊反射波基本一致。

（2）整體不均勻陷落：表現(xiàn)為一側(cè)落差小，另一側(cè)落差較大，內(nèi)部反射波同相軸與周圍反射波產(chǎn)狀有明顯差異。

（3）部分不均勻陷落：表現(xiàn)為陷落柱內(nèi)部反射波不連續(xù)或僅部分連續(xù)，這是由于不均勻陷落造成煤層破碎所致。

3 陷落柱的解釋技術(shù)

在資料解釋過程中，根據(jù)地質(zhì)任務(wù)和本區(qū)地質(zhì)地震條件，在分析理解以往地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，明確區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件的變化規(guī)律，將整個礦區(qū)構(gòu)造規(guī)律和采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特點結(jié)合起來，認(rèn)真分析對比區(qū)內(nèi)已采掘揭露的地質(zhì)資料，按照從總體到局部、由粗到細、先簡單后復(fù)雜的解釋原則，首先建立起煤層的埋藏形態(tài)、構(gòu)造發(fā)育等完整的概念模型，再利用已有的資料對主要煤層進行地震地質(zhì)層位標(biāo)定，創(chuàng)建主要剖面網(wǎng)格，最后根據(jù)實際情況，進行適當(dāng)加密，確定最終解釋方案。

針對陷落柱的解釋，在常規(guī)解釋方法的基礎(chǔ)上，利用了構(gòu)造導(dǎo)向濾波技術(shù)、多線剖面解釋技術(shù)、相干體屬性、能量相干梯度屬性、譜分解、曲率屬性等多項解釋技術(shù)（圖2），對陷落柱進行識別、圈定，解釋。

4 解釋成果

圖2 解釋技術(shù)

通過對本區(qū)資料的解釋，查找了短軸直徑大于等于25m的陷落柱44個。陷落柱在時間剖面上的顯示特征為：

（1）空間形態(tài)呈反漏斗狀；

（2）反射波錯斷或消失，產(chǎn)狀突變，特殊波出現(xiàn)；

（3）陷落柱內(nèi)部煤層反射波出現(xiàn)塌落，并向下彎曲；

（4）陷落柱下部灰?guī)r反射波有異常；

（5）平面上呈橢圓狀分布。

通過運用各種手段解釋分析，陷落柱的控制程度基本都較可靠。

現(xiàn)將部分解釋陷落柱的特征（圖3、圖4）描述如下：

（1）XL5位于測區(qū)南部，直徑39m，平面呈圓形，時間剖面上3號煤層反射波同向軸能量較弱并從上到下呈反漏斗狀，方差體等屬性切片上形成較強能量異常區(qū)，控制程度可靠。

（2）XL7位于測區(qū)南部，長軸72m，短軸70m，平面呈圓形，時間剖面上3號煤層反射波同向軸中斷消失呈向下塌落狀，方差體等屬性切片上形成較強能量異常區(qū)，控制程度可靠。

圖3 陷落柱在時間剖面上的顯示

圖4 部分陷落柱在方差體屬性切片上的顯示

（3）XL31位于測區(qū)東南部，長軸69m，短軸47m，平面呈橢圓形，時間剖面上3號煤層反射波同向軸能量較弱并向下彎曲呈反漏斗狀，方差體等屬性切片上形成較強能量異常區(qū)，控制程度可靠。

（4）XL33位于測區(qū)東南部，長軸98m，短軸52m，平面呈橢圓形，時間剖面上3號煤層反射波同向軸破碎呈反漏斗狀，方差體、頻率、相位等屬性切片上形成較強能量異常區(qū)，控制程度可靠。

5 結(jié)語

本次三維地震的解釋成果，解釋了本區(qū)陷落柱的發(fā)育情況，對發(fā)育的陷落柱進行了特征解釋與位置定位，礦方根據(jù)解釋成果，提前對解釋的陷落柱進行了鉆探驗證，并對陷落柱區(qū)域進行了注漿、防水、預(yù)留保護煤柱等措施，以減少陷落柱造成的影響。根據(jù)礦方后期巷道揭露反饋，部分解釋成果已得到驗證（表1）。本次三維地震勘探的解釋成果為煤礦陷落柱災(zāi)害的預(yù)測與防治提供了良好的地質(zhì)依據(jù)。

表1 部分已揭露陷落柱情況一覽表