山西某煤矿三维地震勘探探采对比研究

韩少明

（山西省煤炭地质物探测绘院，山西晋中　030600）



山西某煤矿三维地震勘探探采对比研究

韩少明

（山西省煤炭地质物探测绘院，山西晋中030600）

摘要：介绍了三维地震勘探的原理，结合山西某煤矿勘探区的地质情况，从煤层底板标高、断层、陷落柱等方面，对比分析了三维地震勘探探采中存在的问题及误差的产生原因，以取得理想的探测效果。

关键词：三维地震勘探，煤层，断层，陷落柱

随着煤炭开采机械化程度不断提高［1］，开采深度和开采地质条件越来越复杂，对三维地震技术的要求越来越高，如要求查明煤层中5 m以上的断层，查明直径大于20 m的陷落柱，查明幅度大于10 m的小褶曲等，这就要求进一步提高三维地震对小构造探测水平，进一步提高对地震资料精细化解释，以提高对小构造解释的准确率。煤炭企业经过近几年的高速发展已经进行了大量采区开采工作，对三维地震勘探解释的构造也有了大量的揭露验证资料，为了掌握地震资料解释的准确性及可靠性，需要了解巷道及工作面采掘情况，进一步收集地震解释资料的验证情况，以便掌握第一手资料，进行探采对比，进行地震资料精细解释，尤其在一个新的勘查区，由于对勘察区构造发育规律和煤层变化规律掌握的比较少，所以解释方法要在实践中不断积累、不断总结，以通过对比解释进一步提高资料的解释精度和准确性，总结经验，以利于以后为矿井安全生产提供更好的服务。

1　三维地震勘探原理

三维地震勘探的理论与工作流程和二维地震勘探大体相似，三维地震勘探地震数据采集在三维空间（纵向、横向、深度）高密度采集、室内地震数据处理成果是在三维空间进行成像的、是可以任意方向切出地震时间剖面的三维数据体，可以对地质体在不同方向进行观测和解释，所以三维地震勘探比常规二维地震勘探更容易识别小构造。

三维地震勘探是用反射波法进行的［2］，三维地震采用高密度的、各种形式的面积观测系统，所以三维地震又叫面积观测法，图1是三维地震勘探原理图，它是接收点以一定采样间隔以多条平行线的方式分布，激发点沿炮线分布的面积观测系统。面积测量系统反射波时距是根据物理地震学的原理，地震波从炮点O激发后，以球面波方式向下传播，碰到反射界面后，根据惠更斯原理可以把反射界面上每一个点看作是一个新震源。再从新震源发出一系列小的球面波，向四面八方传播开来，对地面某个接收点来看，它所接收的反射波就是一系列来自反射界面的波的总和。

图1　三维地震勘探示意图

2　勘探区概况

2.1地层

勘探区位于司马井田东南部，地表为第四系黄土覆盖。地层由老至新有：

①奥陶系中统峰峰组（O2f）；②石炭系中统本溪组（C2b）；③石炭系上统太原组（C3t）；④二叠系下统山西组（P1s）；⑤二叠系下统下石盒子组（P1x）；⑥二叠系上统上石盒子组（P2s）。

2.2煤层

测区内主要可采煤层为山西组的3号煤层与太原组的15号煤层。3号煤层位于山西组中下部，厚度6. 15 m～6. 88 m，平均厚6. 66 m左右。含夹矸1层～3层，多为炭质泥岩或泥岩。其顶、底板多为泥质砂岩或粉砂岩，局部砂岩。15号煤层位于太原组下部，上距3号煤层约110 m，厚度3. 24 m～6. 45 m，平均4. 53 m。煤层结构较复杂，含1层～6层夹石。顶底板多为泥岩、炭质泥岩。

2.3构造

井田位于华北断块区吕梁—太行断块沁水块坳东部次级构造单元沾尚—武乡—阳城北北东向褶皱带中段，勘探区内基本构造形态为倾向西的单斜构造，在此基础上发育了次一级小型波状起伏的褶曲，地层较为平缓，倾角一般为3°～10°，局部稍大。

2.4地震地质条件

测内地层稳定，新生界与基岩的不整合面可获得TQ波；山西组3号煤层厚度约6 m，层速度约1 600 m/s，其上下围岩的速度变化在2 500 m/s～4 000 m/s间，两者的密度明显区别，其波阻抗差异较大，能够形成能量强、波形突出、稳定且全区可连续追踪对比的反射波（T3波），是地震主要解释的目的波。以太原组15号煤层为主形成的复合波（T15波），由于受3号煤层的屏蔽作用，在时间剖面上T15波能量较弱。但T15全区基本可连续追踪对比，它也是本次探测的目的波。

2.5野外数据的采集

三维地震野外资料采集中是用观测系统来进行施工，观测系统采用8线6炮制中间激发12次覆盖32道接收的束状型观测系统，线距40 m，道距10 m，炮线距20 m，CDP面元大小5 m×10 m。纵向最大炮检距190 m，该观测系统的各面元炮检距、方位角分布较均匀、面元间差异较小，且方位角分布较宽。

3　勘探区实例［3］

3.13号煤层底板标高解释精度及误差分析

测区内3号煤层底板赋存标高在665 m～800 m之间，在测区内选择12个标高点进行探采对比，表1是地震解释标高和工作面揭露标高对比统计表，从表1对比中可以看出，平均绝对误差4. 02 m，如果去掉1个误差大的点（10号点），平均绝对误差为1. 5 m，再通过埋深误差统计，因为本区煤层埋深浅，平均埋深只有200 m左右，平均埋深误差率为0. 98%，比“规范”要求的埋深小于1. 5%精度要高，通过对标高误差大的10号点分析可知，10号点位于西北部，首先是速度问题，由于用于速度标定的钻孔数量小且分布不均匀，导致局部速度变化大，尤其在边缘地带速度差异更大。其次就是与第四系厚度局部变化大有关，第四系埋藏浅、厚度变化大，反射波追踪困难，利用分层计算速度时深转换时，由于两层速度差异很大，导致煤层底板等高线局部变化大。总体看埋深误差高于规范要求，取得理想探测效果。

表1　地震解释标高和工作面揭露标高统计表

3.23号煤层断层解释及精度分析

利用地震资料在测区中南部解释逆断层1条，编号为F1，落差3 m，走向北东，长度200 m；矿方在向北部巷道掘进中发现有地质异常现象，根据反馈回来的信息，对资料进行全面分析，图2是该处的时间剖面，从图中可以看出，3号煤层反射波在此处没有明显错断，只是倾角发生变化，结合15号煤层有一个落差15 m的断层，且T3波和T15波之间时间有变大迹象，所以在3号煤层解释一条F2逆断层，该断层落差5 m，走向北东，长度约300 m，在采区采掘工作面结束后，根据收集到的3号煤层采掘资料可知，F1，F2断层均已被揭露，F1逆断层落差4. 5 m，F2为逆断层落差7 m。总体看地震解释的2条断层巷道及工作面已揭露验证，与实际吻合。

图2　F2逆断层在时间剖面上的反映

现在通过探采对比，对地震资料解释尤其对逆断层解释有了新的认识。从此次探采对比实例中分析可得出：尽管3号煤层时间剖面反射波没有明显错断迹象，只是倾角发生变化，属性切片上也没有明显异常迹象，但15号煤层反射波中有明显错断，3号煤层反射波倾角又有变陡，且3号煤层和15号煤层之间距离有变厚迹象，这就是解释逆断层的依据，且是断距下大上小的逆断层，地震资料精细解释本来就是一个不断认识的过程，所以解释方法要在实践中不断积累、不断总结经验，不断提高解释水平。这不仅用到地震解释技术还要有一定的地质解释经验。

3.33号煤层陷落柱的解释及精度分析

地震勘探解释直径大于20 m的陷落柱3个，直径小于20 m 的2个。根据收集到的煤层采掘平面图和地震资料解释底板图进行探采对比，三维地震解释的5个陷落柱已有4个被揭露，分别为X2陷落柱、X3陷落柱、X4陷落柱和X5陷落柱，1个陷落柱（X1）在勘探区西南部边界村庄边没有开采，图3是陷落柱在时间剖面上的反映特征，由图可以看出，该探测区内陷落柱特征非常明显，尤其是X4和X5陷落柱陷落特征更加清晰。

图3　X2，X3，X4，X5陷落柱在时间剖面片上反映的特征

4　结语

通过此次收集煤层采掘资料，对煤层底板标高、断层、陷落柱等进行探采对比分析研究，并对在探采对比中发现的问题及误差原因进行了分析，找出问题，剖析原因，总结经验，使我们认识到地震解释工作的重要性，地震资料解释工作要运用多种手段，并在实践中不断总结经验，用实例说明了只要施工参数合理，施工严谨，资料处理精细，资料解释手段及经验丰富，采用三维地震勘探方法解决地质问题可以获得理想效果。

参考文献：

［1］刘青华，王祝文.煤矿采空区及塌陷区的地球物理探查［J］.煤炭学报，2005（6）：715.

［2］崔永波.浅谈三维地震勘探技术［J］.地球物理学，2009（6）：107.

［3］韩少明.石圪节司马煤业有限责任公司司马矿井首采区三维地震勘探报告［R］.山西省煤炭地质物探测绘院，2004.

The comparison research on a coal mine 3D seismic exploration in Shanxi

Han Shaoming
（Shanxi Coal Geological Geophysical Surveying and Mapping Institute，Jinzhong 030600，China）

Abstract：This paper introduced the principle of 3D seismic exploration，combining with the geological condition of a coal mine exploration area in Shanxi，from the coal seam floor elevation，fault，collapse column and other aspects，contrast analyzed the existing problems and error causes in 3D seismic exploration，in order to obtain ideal detection effect.

Key words：3D seismic exploration，coal seam，fault，collapse column

中图分类号：P631

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）09-0088-02

收稿日期：2016-01-17

作者简介：韩少明（1960-），男，工程师