武 程

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西 太原 030006)

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煤田地震勘探技術(shù)的應(yīng)用研究

武 程

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西 太原 030006)

以煤田地震勘探技術(shù)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，介紹了煤田地震勘探技術(shù)的基本概念、發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用情況，并著重探討了該勘探技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)，有利于煤田地震勘探技術(shù)水平的不斷提高。

煤田地震勘探，物探技術(shù)，發(fā)展趨勢(shì)

我國是一個(gè)煤炭大國，煤炭儲(chǔ)量十分豐富。大部分賦煤地區(qū)煤層較厚，傾角變化不大，地質(zhì)情況較好，這些都十分有利于我國煤炭開采。但是，大多數(shù)礦井建設(shè)階段面臨的一個(gè)問題就是不能充分分析井田精查地質(zhì)勘探資料，未能根據(jù)這些資料合理布置采區(qū)，不能準(zhǔn)確把握煤層厚度變化情況及頂、底板地質(zhì)條件，對(duì)工作面的預(yù)測和探測工作不夠全面，這些都造成我國礦井總體效率較低。因此，我國煤田地震勘探技術(shù)的應(yīng)用還有很大的發(fā)展空間。

1 煤田地震勘探技術(shù)基本概念

地震勘探技術(shù)以巖石的彈性差異為物理基礎(chǔ)。當(dāng)在地面施加的人工地震波在地下傳播時(shí)，會(huì)遇到各種性質(zhì)不一致的巖層分界面，進(jìn)而發(fā)生折射與反射等物理運(yùn)動(dòng)，這時(shí)在地表的檢波器會(huì)接收到各種與地震波經(jīng)過的地下巖層性質(zhì)有關(guān)的地震波信號(hào)，根據(jù)對(duì)這些地震波的分析判斷，可以推測出各巖層的形態(tài)與性質(zhì)。由此可見，地震勘探技術(shù)的勘探程度相對(duì)于其他地球物理勘探技術(shù)有著明顯優(yōu)勢(shì)。煤田地震勘探技術(shù)是一種應(yīng)用較為廣泛的煤田地質(zhì)勘探方法，這種技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用到煤田地質(zhì)勘探的各個(gè)階段，對(duì)于煤田地質(zhì)勘探工作具有重要意義。

2 煤田地震勘探技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)如今，煤田地震勘探技術(shù)發(fā)展十分迅速，主要以數(shù)字化為主要標(biāo)志。煤田地質(zhì)勘探工作中充分利用二維和三維地震勘探技術(shù)，可以有效解決例如煤層埋藏深度、煤層起伏變化情況、斷層分布情況以及可能危及礦井正常生產(chǎn)的地質(zhì)災(zāi)害等煤田地質(zhì)勘探工作。近些年來，由于物探技術(shù)水平的大幅提高，煤田地震勘探技術(shù)也在不斷改進(jìn)和發(fā)展。特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及電子技術(shù)取得飛速發(fā)展，煤田地震勘探技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到如今的三維甚至四維、多分量程度，為我國煤田地質(zhì)勘探工作做出了卓越貢獻(xiàn)。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，煤田地震勘探相關(guān)技術(shù)也有了質(zhì)的飛躍，其中主要體現(xiàn)在地震相解釋以及分析技術(shù)、波阻抗反演技術(shù)、三維可視化技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化處理技術(shù)等，這些理論和技術(shù)都在一定程度上為煤田地震勘探技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。煤田地震勘探技術(shù)的一個(gè)重要部分就是后期數(shù)據(jù)處理，發(fā)展了許多諸如Geocluster，Seimic等著名軟件系統(tǒng)，以適應(yīng)煤田地震勘探后期數(shù)據(jù)處理工作?？偠灾捎诳茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展以及相關(guān)學(xué)科的不斷深入研究，煤田地震勘探技術(shù)水平也在逐步提高。

3 煤田地震勘探技術(shù)的應(yīng)用

近年來，隨著煤田地震勘探技術(shù)的發(fā)展，煤田地質(zhì)勘探已經(jīng)逐步走向地質(zhì)復(fù)雜地區(qū)，特別是對(duì)于采區(qū)三維地震勘探技術(shù)的不斷發(fā)展，使得井田地震勘探工作取得巨大成就。煤田地震勘探技術(shù)的應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)方面。

3.1 查明煤層的形態(tài)

應(yīng)用煤田地震勘探技術(shù)可以有效探明目的層的具體形態(tài)，依據(jù)實(shí)施地震勘探工作區(qū)域地形及地質(zhì)條件復(fù)雜程度，勘探精度可以達(dá)到85%～95%，能夠清楚查明幅度高于5 m的小型褶曲，勘探深度誤差可以達(dá)到2%之內(nèi)。

3.2 勘探煤層中小斷層結(jié)構(gòu)

煤田地震勘探技術(shù)的主要工作還是查明煤系地層復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造，三維地震勘探技術(shù)主要應(yīng)用面積觀測方法，利用這種技術(shù)可以真實(shí)反映剖面各個(gè)斷層的變化及走向，并且在確定斷層走向與斷層落差精度方面取得了突破性進(jìn)展。

3.3 劃定陷落柱與采空區(qū)范圍

地震勘探陷落柱的主要原理是：當(dāng)?shù)卣鸱瓷洳ń?jīng)過陷落柱時(shí)，反射波由高速層面進(jìn)入低速層面，使得反射時(shí)間發(fā)生延遲，從而較為準(zhǔn)確判斷陷落柱位置與塌陷深度。由于地震勘探技術(shù)發(fā)展程度還不夠完善，所以煤田地震勘探技術(shù)劃定陷落柱范圍主要集中在落差25 m以上的陷落柱，精確度可以達(dá)到80%以上。采空區(qū)范圍的確定對(duì)于煤田地質(zhì)勘探工作具有重要意義，只有準(zhǔn)確劃定采空區(qū)范圍才能保證煤礦開采的安全順利進(jìn)行。采空區(qū)物理環(huán)境十分復(fù)雜，因此形成的波阻抗相差不大，還可以形成煤層反射波阻，因而在時(shí)間剖面上很難被工程技術(shù)人員識(shí)別。準(zhǔn)確劃定采空區(qū)位置仍將是煤田地震勘探技術(shù)需要繼續(xù)探索研究的內(nèi)容。

3.4 判斷煤層厚度變化及煤層所含煤矸石特性

在判斷煤層厚度變化時(shí)，需要根據(jù)特定數(shù)量鉆孔的已知煤厚準(zhǔn)確標(biāo)定比例系數(shù)，由此便可以依據(jù)煤田地震勘探資料定量判斷煤層厚度。在判斷煤層厚度變化的眾多煤田地震勘探技術(shù)中，譜矩法計(jì)算方法可以得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果，誤差較小。煤層中矸石帶相對(duì)于煤層而言是一個(gè)高速層，能夠與煤層形成差異較為明顯的波阻抗，更容易被識(shí)別，但是卻不能被分辨出來。

4 煤田地震勘探技術(shù)對(duì)礦井建設(shè)和生產(chǎn)的實(shí)際意義

煤田地震勘探技術(shù)提高了煤田地質(zhì)勘探精確度，為建設(shè)高產(chǎn)高效礦井奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，對(duì)于指導(dǎo)礦井安全生產(chǎn)和優(yōu)化礦井設(shè)計(jì)具有重大現(xiàn)實(shí)意義，通過判斷各種地質(zhì)構(gòu)造位置及范圍可以為礦井建設(shè)施工提供指導(dǎo)意見，從而有效減少礦井建設(shè)的盲目性。

煤田地震勘探技術(shù)可以準(zhǔn)確查明主采煤層厚度變化情況、準(zhǔn)確劃定采空區(qū)范圍、判斷地質(zhì)構(gòu)造類型及其性質(zhì)、確定奧灰水頂界面位置，因此，煤田地震勘探技術(shù)可對(duì)礦井建設(shè)中可能遇到的水害等復(fù)雜問題做出有效預(yù)測。

5 煤田地震勘探技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

據(jù)預(yù)測，直到2050年，我國煤炭占一次能源的比重還將達(dá)到半數(shù)左右，因此，我國長期依賴煤炭作為主要能源的情況不會(huì)發(fā)生太大變化，為了我國煤炭能夠穩(wěn)定供應(yīng)，煤炭工業(yè)勢(shì)必走向可持續(xù)發(fā)展之路。隨著煤田地震勘探技術(shù)的不斷發(fā)展，煤炭開采企業(yè)對(duì)于物探工作提出了更高要求，在一定程度上促進(jìn)了我國煤田地震勘探技術(shù)的推廣與應(yīng)用。今后，我國煤田地震勘探技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)。

5.1 煤田地震勘探設(shè)備逐步走向數(shù)字化

地震勘探技術(shù)發(fā)展了將近半個(gè)世紀(jì)，地震勘探設(shè)備由最初的光點(diǎn)儀發(fā)展到之后的模擬儀，最終發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)字地震儀。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及電子元件的不斷發(fā)展，煤田地震勘探設(shè)備數(shù)字化程度將會(huì)不斷加強(qiáng)。今后，我國煤田地震勘探設(shè)備及相關(guān)數(shù)據(jù)處理軟件將會(huì)向著高數(shù)字化方向繼續(xù)前行。

5.2 對(duì)于煤田地震勘探技術(shù)的資金投入將會(huì)大幅增加

只有進(jìn)行切實(shí)可行的高精度、多分量地震勘探工作，才能在煤田地震勘探方面取得突破性進(jìn)展，而進(jìn)行這項(xiàng)工作的前提就是具有先進(jìn)的儀器設(shè)備。擁有了先進(jìn)的儀器，我們還需要加強(qiáng)對(duì)于煤田地震勘探技術(shù)相關(guān)人才的培養(yǎng)工作，這些都將需要我們加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)投入，而這對(duì)于礦井甚至我國物探工作來說所帶來的利益卻是不可估量的，可以說這是一項(xiàng)一本萬利的工程。

5.3 強(qiáng)化煤田地震勘探工作中巖性分析解釋的工作

目前的煤田地震勘探工作大多還是停留在定性基礎(chǔ)上，而這遠(yuǎn)不能滿足我國煤礦開采的要求，在今后的煤田地震勘探工作中，我們要努力提高勘探精度，從定性逐步向定量發(fā)展，精確判斷煤層特點(diǎn)與性質(zhì)各種地質(zhì)情況等。只有這樣才能為我國礦井建設(shè)提出準(zhǔn)確可靠的指導(dǎo)性意見。

6 結(jié)語

隨著信息化與計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，我們正在逐步走向“數(shù)字地球”。這也就是說今后地球上的各種資料都可以以數(shù)字形式進(jìn)行記錄，人們將會(huì)更加直觀準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)地球。這對(duì)于煤田地震勘探技術(shù)的最主要影響就是數(shù)字化數(shù)字儀，通過數(shù)字處理各種地震勘探問題，使得煤田地震勘探工作更加便捷更加可靠，從而為礦井的安全順利施工提供可靠的地質(zhì)保障。相信不久的將來，我們的煤田地震勘探技術(shù)將會(huì)更加成熟，更加準(zhǔn)確。

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Application research on coalfield seismic survey technology

Wu Cheng

(ShanxiAcademyofCoalHydrogeologySurvey,Taiyuan030006,China)

Taking relevant coalfield survey technology experience, the paper introduces basic concept, development status and application of coalfield seismic survey technology, and mainly explores its future development trend, which will be some help for continuously improving coalfield seismic survey technology level.

coalfield seismic survey, geophysical prospecting technique, development trend

1009-6825(2015)01-0089-03

2014-10-30

武 程(1984- )，男，助理工程師

TD163

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