晉牛煤礦地質構造勘探研究

弓遠程

（太原煤炭氣化（集團）有限責任公司，山西 太原 030032）

1 礦井概況

晉牛煤礦位于山西省臨汾市，率屬于晉煤集團。井田內主要開采煤層為2號、9+10+11號煤層。勘探區位于河東梅田東北部，新生界黃土主要覆蓋在梁坡上，基巖在溝谷局部出露。本次地球物理勘探的地質任務為：探明勘探區內落差較大的斷層、陷落柱、采空區分布及產狀性質以及煤層底板的起伏形態。

勘探區內2號煤層平均厚1.2 m，與煤層圍巖的性質差別較大，會形成T2反射波，連續性好、能量弱、易于識別。9+10號煤層平均厚4.55 m，形成T9+10反射波，能量強、連續好，是本次勘探的主要反射波。

2 探測方法

2.1 三維地震勘探

三維地震勘探系統要綜合考慮地形地貌及礦區構造情況，根據儀器設備狀況，結合鄰區的經驗和本區的實際情況，采用中間和端點放炮、24次覆蓋、束狀8線8炮制觀測系統，CDP網格為5 m×10 m，考慮到主要目的煤層埋深的特點，采用72道接收，勘探區北部煤層埋深較大采用端點激發，南部煤層埋深較淺采用中間激發，以滿足最大炮檢距的要求，保證資料采集質量。采集儀器使用美制S_LAND遙測數字地震儀，檢波器：使用自然頻率為28 Hz的中高頻數字檢波器，單個埋置接收。

2.2 微動勘探

本次微動勘探采集時間長度選擇10 min，選用L形排列。微動測線布置與三維地震勘探檢波線重合，勘探線距80 m，沿線點距40 m。微動測點以L形網狀布設：長邊布置8道檢波器，道距10 m，平行測線；短邊布置4道，道距10 m，垂直測線。使用S_LAND遙測雙源面波勘探系統。

3 勘探資料處理

3.1 三維地震勘探資料處理

本次三維勘探資料處理采用Blade2000工作站，本次處理采用了折射波靜校正、地表一致性反褶積、疊前噪音消除等，最大限度的提高了資料的信噪比和分辨率，剖面質量有了較大的提高。通過對采集數據進一步處理可以得到連續性好、信噪比較高的，以5 m×5 m×1.0 ms為單元的三維數據體[1]。

圖1 三維地震數據立體圖

根據《煤炭煤層氣地震勘探規范》，按40 m×80 m網度進行評價，抽取了107條剖面，總長228.735 km，其中Ⅰ類剖面總長213.07 km，占93.15%；Ⅱ類剖面總長14.85 km，占6.49%；Ⅰ+Ⅱ類剖面長227.92 km,占99.64%，見表1。

表1 時間剖面品質匯總表

3.2 三維地震勘探資料處理

微動面波速度剖面30條，剖面總長度76 km，質量全部合格。

4 勘探資料解釋

4.1 三維地震勘探資料解釋

4.1.1 層位解釋

地震地質層位是三維地震結果解釋的基礎，根據三維地震探測結果，綜合勘探區內的鉆孔資料，整理得到人工合成地震記錄如圖2所示。2號煤層形成的反射波命名為T2波。T2波為次于T9+10的強反射波。當2號煤層被采后，T2波呈現為：能量弱、反射波消失等類型。9+10號煤層底板形成的反射波命名為T9+10波（在時間剖面上記為T9）。T9+10波的發育呈現為：能量強，為區內最強的反射波，連續性好，是本次勘探的主要目的反射波。在上部2號煤層采空的條件下，由于遺留煤柱的多少與煤柱煤體松散程度的不同，T9+10波出現局部抖動現象。

圖2 rs1號鉆孔人工合成地震記錄

4.1.2 構造解釋

1）褶曲解釋。在三維數據體所切出的縱、橫時間剖面上，同相軸起伏形態可以反映出地質構造形態。下凹則表示向斜，拱起表示背斜[2-3]。三維數據體可以切出任意時間的水平切片，不同時間的切片可以反映出地形形態變化，水平切片與剖面綜合對比能更直觀地顯示褶曲變化特征。

2）斷層解釋。斷層斷點的判別依據主要為反射波的動力學特征和幾何特征，斷層在時間剖面上表現為同相軸錯斷、扭曲。在錯斷和扭曲的兩側，波組特征完全不同，可以形成明顯的對比，因此，可以將錯斷點及扭曲點、反射波振幅變異點視為斷層斷點。如圖3、圖4所示，在時間剖面及密度剖面上、由于各地震道之間的差異，可以判斷出斷點的所處位置。

圖3 斷層在時間剖面上的反映

圖4 斷層在密度剖面上的反映

在三維數據體情況下網度很密，控制斷層的斷點處較多。為了很好的判斷斷層位置，根據本次勘探要求和《煤炭煤層氣地震勘探規范》提取40 m×40 m的網格抽檢時間剖面進行判別斷點性質。

判別標準為：

A級斷點：斷點清晰，反射波對比可靠，能可靠確定斷層上、下盤。

C級斷點：有斷點顯示，但不夠清晰，兩盤反射波連續性較差。

B級斷點：介于A和B之間。

處理數據可以得到斷點分類見表2：

表2 斷點評級統計表

4.1.3 陷落柱解釋

陷落柱判別以時間剖面為主，結合方差體切片、拉平切片、瞬時相位切片綜合確定。通長表現為兩側沉陷幅度不對稱、反射波下陷或畸變、色度異常。

參照《煤炭煤層氣地震勘探規范》，依據斷陷點在時間剖面上的顯示特征，分A、B、C三級。

A級斷陷點：反射波對比可靠，斷陷點清楚，能可靠確定陷落柱邊界的位置。

B級斷陷點：達不到A級又不是C級的斷陷點。

C級斷陷點：有斷陷點顯示，但標志不夠清晰，能基本確定陷落柱的邊界關系。

勘探區內斷陷點解釋利用上述標準評價的結果見下表：斷陷點評級統計表3。

表3 斷陷點評級統計表

4.1.4 采空區的解釋

在采空區邊界點解釋中以偏移時間剖面為主，結合水平疊加剖面。采空區邊界點在時間剖面上有明顯的特點，如反射波同相軸中斷消失，相位突然增多或減少、強相位轉換，異常波出現等，根據這些特點，即可準確解釋采空區邊界點。在方差體切片上，采空區表現為地震波振幅均方差異常。

根據《煤炭煤層氣地震勘探規范》對每條地震勘探線的采空區邊界點及各采空區進行了評價。采空區邊界點采用如下評定原則：

A級邊界點：反射波對比可靠，邊界點清晰，能可靠確定。

B級邊界點：達不到A級又不是C級采空區邊界點者。

C級邊界點：邊界點兩側反射波連續性較差，有邊界點顯示，但標志不夠清晰，能基本確定其中一側。

探測區內采空區解釋利用上述標準評價的結果見采空區邊界點評級統計表4。

表4 采空區邊界點評級統計表

綜上所述，本次三維地震資料解釋工作在我公司Sun Blade2000工作站的GEOQUEST V3.8版本系統上完成，本次資料解釋以5m×10m×1.0 ms偏移數據體為主，綜合時間剖面和時間切片、順層切片相結合，縱向、橫向時間剖面相結合的方式，力求真實反映地下地質體的各類構造情況，得到如下處理結果繪圖5所示。整個勘探區內發現斷層9條；陷落柱2個；采空區11個。

圖5 三維解釋示意圖

4.2 微動勘探資料

本次勘查利用地微動采集的信息，經處理得到面波波速剖面，速度剖面各點縱向的速度變化，是以該點為中心，觀測排列范圍內地下地層（含煤層）賦存情況的綜合響應。所以速度變化極值的中心部位與其下地層（含煤層）賦存異常的中心部位相對應，異常邊界的判定存在一定的誤差。在淺層低速帶變化大的地段，資料解釋中考慮到面波波速的總體范圍產生的變化，進行了綜合解釋。

圖6 是測區內區197線微動面波速度剖面圖。由圖可見，于樁號690～850處，出現面波速度低速異常，兩側面波速度總體變化平穩。跡象表明，該面波速度低速異常區與三維地震勘探解釋的9+10煤層采空區位置相吻合。

圖6 微動面波速度剖面圖

本次微動勘探解釋過程在驕佳和Surface Plus上軟件進行，得到微動勘探成果剖面圖30條線，100 m深度面波速度切片一張。利用全區各微動測點計算得到的地下100 m深度的面波速度值，通過Surfer軟件繪制100 m深度面波速度等值線平面圖（見圖7）。

由圖7可見多處面波低值異常區，較大5處分別命名為Y1、Y2、……、Y5，較小異常分別命名為y1、y2、……、y16等。較大低值異常區分述如下：

圖7 100m深度面波速度等值線平面圖

1）Y1低值異常區：位于勘探區西部，跨L133～L197線510～830樁號，面積約0.14 km2。該異常區范圍與三維地震勘探解釋的C1煤層采空區位置基本吻合。

2）Y2低值異常區：位于勘探區東南部邊緣，跨L77～L109線1470～1870樁號，面積約0.08 km2。該異常區范圍與三維地震勘探解釋的C2煤層采空區位置基本吻合。

3）Y3低值異常區：位于勘探區中部，跨L85～L141線2550～3030樁號，面積約0.16 km2。該異常區范圍與三維地震勘探解釋的C3煤層采空區位置基本吻合。

4）Y4低值異常區：位于勘探區東端，跨L85～L149線4230～4470樁號，面積約0.11 km2。該異常區范圍與三維地震勘探解釋的C4、C5煤層采空區位置基本吻合。

5）Y5低值異常區：位于勘探區北部邊緣，跨L229～L245線1790～2110樁號，面積約0.04 km2。該異常區范圍與三維地震勘探解釋的X1陷落柱位置基本吻合。

圖中范圍較小的低值異常區推測為以往煤層采空區（如Y3附近的y3、y6、y12等）、陷落柱（如y15與三維地震勘探解釋的X2陷落柱位置相吻合）或斷層破碎帶引起。

5 結論

如前文所述，采用三維地震勘探及微動勘探2種方法，對地層的地質構造進行探測，通過2種方法的結果對比、深入研究，進一步探明了勘探區的地層構造形態，以T9+10反射波線數據，形成2煤層和9+10煤層底板等高線平面圖，如圖8所示。查明勘探區正斷層9條，其中落差小于5 m的1條，控制可靠程度差，落差大于等于5 m的斷層8條，控制可靠；9+10號煤層陷落柱2個，其中長軸小于100 m大于50 m的1個，長軸大于100 m的1個，均為控制可靠；采空區11個，控制程度較差的2個，控制較可靠的2個，控制可靠的7個。

圖8 T9+10煤層底板等高線平面圖