劉 瑋

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西太原 030006)

地震勘探是根據(jù)人工激發(fā)產(chǎn)生的地震波在彈性不同的地層內(nèi)形成的傳播特性來勘測地下地質(zhì)構(gòu)造和地層特性的勘探方法。其過程主要由地震采集、數(shù)據(jù)處理和解釋組成。地震數(shù)據(jù)采集主要由測量、觀測系統(tǒng)選擇、激發(fā)與接收以及表層結(jié)構(gòu)調(diào)查等環(huán)節(jié)組成。數(shù)據(jù)處理主要是指利用計(jì)算機(jī)對野外采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理從而獲得反映地下構(gòu)造形態(tài)和巖性信息的地震剖面。常規(guī)的地震處理包括:解編、切除、振幅恢復(fù)、抽道集、動校正、靜校正、疊加、濾波、反濾波、偏移等。地震資料解釋就是將處理后得到的地震剖面轉(zhuǎn)化成抽象的地質(zhì)術(shù)語，根據(jù)地震資料確定地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)和空間位置，確定地層的巖性、厚度及層間的接觸關(guān)系。地震解釋分構(gòu)造解釋和巖性解釋。構(gòu)造解釋過程包括層位標(biāo)定、層位拾取、斷層解釋、構(gòu)造成圖等。

1 三維地震的特點(diǎn)

煤礦采區(qū)三維地震勘探技術(shù)是指專門用于探測煤礦地質(zhì)小構(gòu)造，為煤礦布設(shè)巷道、采區(qū)工作面、井筒及其輔助工程服務(wù)的高分辨率地震勘探技術(shù)。目前，這種技術(shù)已在全國很多煤礦得到了很好的應(yīng)用。這種技術(shù)的應(yīng)用很大程度上提高了地震勘探的精度和分辨率，在地質(zhì)勘探方面取得了很大的成果和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

目前，三維地震勘探技術(shù)在煤礦采區(qū)能夠完成不同的地質(zhì)勘探工作，主要有:1)能夠查明1 000 m以淺5 m落差以上的斷層和3 m以上的斷點(diǎn);2)查明采區(qū)5 m以上的褶曲，采區(qū)煤層底板深度誤差小于1%;3)能查明和預(yù)測可采煤層分叉合并帶、沖刷帶和天然焦化帶;4)準(zhǔn)確定位巷道;5)準(zhǔn)確探測20 m以上的陷落柱;6)探測煤層隱伏露頭位置。

由于煤礦開采深度一般在1 000 m以內(nèi)，對構(gòu)造查明的要求較高，因此與油田三維地震勘探相比具有自己的特點(diǎn):1)排列長度較短，一般在500 m～800 m;2)CDP網(wǎng)格較密;3)采用高頻檢波器接收，自然頻率為60 Hz或100 Hz;4)通常以束狀或塊狀觀測系統(tǒng)獲得24次覆蓋共深度點(diǎn)反射地震數(shù)據(jù);5)在資料處理和解釋中每平方千米有5個～10個鉆孔對反射層位進(jìn)行標(biāo)定;6)使用采掘過程中獲取的新數(shù)據(jù)，能對地震解釋成果重新修訂與解釋。

2 三維地震勘探技術(shù)對高產(chǎn)高效礦井建設(shè)的作用

由于該技術(shù)提高了煤礦采區(qū)的勘探密度，因此，可使采區(qū)設(shè)計(jì)更加合理，降低地質(zhì)采區(qū)風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化綜采面布置，降低支護(hù)成本，是高效礦井建設(shè)的有力地質(zhì)技術(shù)保障。

2．1 優(yōu)化采區(qū)設(shè)計(jì)

利用該技術(shù)獲得的采區(qū)地質(zhì)成果，可準(zhǔn)確劃分采區(qū)綜采塊段、炮采塊段的構(gòu)造復(fù)雜帶，所以可合理設(shè)計(jì)采區(qū)巷道，選擇最佳采煤方法和配采方案。采區(qū)布置要避開主要斷層，以斷層作為采區(qū)邊界、階段煤柱、條帶間煤柱，合理確定工作面的方向、長度、走向長度等，以此優(yōu)化采區(qū)設(shè)計(jì)和回收煤炭資源。

2．2 利用三維地震勘探提供的精細(xì)構(gòu)造解釋成果可以降低地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)

煤礦的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)有2種:1)由于意外地質(zhì)變化造成計(jì)劃開掘的綜采工作面落空;2)開成的綜采工作面內(nèi)出現(xiàn)了較大的斷層，需跳壓開采。由于利用三維地震勘探可以查明5 m以上的斷層和3 m以上的斷點(diǎn)以及幅度大于5 m以上的褶曲，因此三維地震可為新建礦井設(shè)計(jì)和工作面布置提供良好的地質(zhì)保障，從而有效地避免地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。

2．3 優(yōu)化綜采面布置

利用巷道掘進(jìn)資料對三維地震解釋成果進(jìn)行動態(tài)分析，優(yōu)化綜采面布置隨著巷道掘進(jìn)的深入，利用新的巷道資料對地震解釋成果中的小構(gòu)造、煤層底板深度進(jìn)行修正，可對工作面設(shè)計(jì)方案進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使綜采面布置更加合理，增加綜采工作面的日產(chǎn)量。

2．4 降低支護(hù)成本

利用三維地震勘探成果，可以合理選擇巷道支護(hù)形式，降低支護(hù)成本。巷道支護(hù)是煤礦生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，其成本較高。利用三維地震勘探成果可以預(yù)測掘進(jìn)工作面前方斷層的分布狀況。當(dāng)掘進(jìn)工作面前方無斷層時(shí)，可選擇錨桿支護(hù)，而當(dāng)斷層和裂隙發(fā)育時(shí)，可選擇加密錨桿和錨索支護(hù)，因此可降低巷道的支護(hù)成本［4］。

3 三維地震勘探技術(shù)在煤礦采區(qū)中的應(yīng)用

3．1 利用面切片技術(shù)和相干體技術(shù)檢測小斷層

面塊切片是具有一定厚度的時(shí)間切片，反映一定時(shí)間厚度的地震信息，利用面塊切片上反射界面在空間上的形態(tài)和振幅變化，可以解釋出落差很小的斷層。小斷層在面塊切片及地震剖面上的反映，在剖面上小斷層表現(xiàn)為同相軸的扭曲，在振幅型面塊切片上表現(xiàn)為弱振幅條帶，在時(shí)間型面塊切片上，表現(xiàn)為反射時(shí)間的突變。相干體技術(shù)是主要用于描述斷層和地層特征的解釋。其原理是在偏移后的三維地震數(shù)據(jù)體中，通過對每一道每一個樣點(diǎn)求得與其周圍數(shù)據(jù)的相干性值，來獲得一個表示地震數(shù)據(jù)相干性的三維數(shù)據(jù)體。利用地層不連續(xù)性在相干體上表現(xiàn)的低相干值，進(jìn)行斷層的解釋。相干體沿層切片上的低相干條帶的長度代表斷層的延展長度，條帶的方向代表斷層的走向［2，3］。

3．2 探測煤層內(nèi)的旋紐構(gòu)造

在一些煤田，利用全三維可視化技術(shù)解釋，能發(fā)現(xiàn)采區(qū)約3 km2范圍的旋紐構(gòu)造?？臻g形態(tài)上旋紐構(gòu)造的特點(diǎn):1)煤層形狀像蹺蹺板，2)大斷層形態(tài)呈反S形，蹺蹺板的支點(diǎn)處斷層直立，支點(diǎn)兩側(cè)為正斷層和逆斷層。該構(gòu)造的發(fā)現(xiàn)，對重新評價(jià)煤田開采條件及煤田儲量有很大的意義［1］。

3．3 利用全三維綜合解釋發(fā)現(xiàn)了新構(gòu)造運(yùn)動

近年來，在一些煤礦進(jìn)行的三維地震勘探中，利用全三維綜合解釋技術(shù)，在新地層中發(fā)現(xiàn)了很多斷距較大的斷層，包括正斷層和逆斷層。有些屬于活斷層，是老構(gòu)造的繼承或復(fù)活，屬于新構(gòu)造運(yùn)動的表現(xiàn)形式之一。新構(gòu)造斷層由于活動性強(qiáng)，斷裂裂隙膠結(jié)封閉程度差，因此易發(fā)生涌水，在礦井設(shè)計(jì)建設(shè)過程中，應(yīng)排除新構(gòu)造運(yùn)動給煤礦帶來的安全隱患。

3．4 探測煤系地層中的陷落柱

在中國北方煤田中陷落柱是很常見的塌陷。陷落柱通常隱伏存在于含煤巖系中，破壞了煤層的連續(xù)性，使用普通探測技術(shù)很難發(fā)現(xiàn)其存在。在煤炭開采過程中易導(dǎo)致冒頂和突水事故的發(fā)生。三維地震勘探技術(shù)與二維地震勘探相比，分辨率要高，使勘探精度有了很大提高，因此，該技術(shù)能夠探測到陷落柱的存在，特別是在平原地區(qū)勘探效果比較理想，但三維地震勘探技術(shù)也受限于山區(qū)地形和淺層地質(zhì)條件的限制。

3．5 利用測井約束地震反演，預(yù)測煤系地層及煤層的空間變化

隨著地震勘探程度的加深，煤礦采區(qū)的地質(zhì)任務(wù)在精細(xì)構(gòu)造研究的基礎(chǔ)上正向煤層橫向預(yù)測發(fā)展。利用測井約束地震反演，將測井資料的縱向高分辨與地震資料的橫向高分辨有機(jī)地結(jié)合起來，使界面型的地震資料轉(zhuǎn)換成巖層型的測井資料，以煤層為單元，進(jìn)行煤層及其頂?shù)装鍘r性的空間變化預(yù)測，拓展了煤礦采區(qū)三維地震勘探的應(yīng)用范圍［1］。

3．6 利用沿層振幅切片探測巷道及采空區(qū)

某礦區(qū)地震數(shù)據(jù)采集階段，主采煤層已開掘了兩條長180 m、截面為3 m2的巷道。巷道在沿層振幅切片和地震剖面上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅，所解釋的位置和長度與煤礦提供的實(shí)際平面位置完全相符。某礦區(qū)的一主采煤層在三維地震勘探前已采掘完，形成一采空區(qū)。由于煤層采空后形成的塌陷現(xiàn)象，造成采空區(qū)邊界處地震反射波出現(xiàn)中斷空部位地震波零亂。采空區(qū)在沿層振幅切片上表現(xiàn)為弱振幅條帶，可通過強(qiáng)弱振幅的變化帶圈出采空區(qū)的邊界位置。

4 結(jié)語

三維地震勘探技術(shù)在煤礦采區(qū)地質(zhì)勘探中發(fā)揮了很大的作用。在實(shí)際勘探過程中，可采用其他物探手段和三維地震勘探相結(jié)合的方式，對采區(qū)地質(zhì)狀況進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，避免不合理開采造成事故的發(fā)生。

［1］彭蘇萍，杜文鳳，趙 偉，等．何登科煤田三維地震綜合解釋技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008(6):71-72．

［2］王懷洪，王秀東，田育鑫．利用相干體技術(shù)探測煤礦微小構(gòu)造方法研究［J］．地球物理學(xué)進(jìn)展，2007(5):21-22．

［3］湯祥武，宋中應(yīng)．三維地震勘探小斷層的解釋方法及應(yīng)用［J］．煤礦開采，2002(15):26-27．

［4］武喜尊．三維地震勘探技術(shù)在煤礦生產(chǎn)建設(shè)中的應(yīng)用［J］．煤炭企業(yè)管理，2004(4):170-171．