镇城底矿三维地震勘探技术的应用和研究

徐兵奎

(西山煤电股份公司镇城底矿，山西 古交 030203)

目前，在国内物探技术中，能直接查明采区中小型构造，既经济又有效的方法就是三维地震勘探。自2002年西山煤电股份公司镇城底矿在井田内各采区开展了多次三维地震勘探技术应用研究，通过三维地震勘探在对优化采区设计和划分、合理布置巷道和回采工作面、避免或减少地质风险及提高资源回收率等方面起到重要作用，为矿井高产高效建设提供可靠地质保障。

1 矿井概况

镇城底矿位于西山煤田的西北边缘，地处古交市西北，汾河沿井田北部穿过，距太原市64 km，距古交市11 km，交通十分便利。矿井原年设计生产能力1．50 Mt/a，服务年限117年。2008年重新核定生产能力 1．90 Mt/a。井田面积 23．839 6 km2，含煤层地层为二迭系山西组及石炭系太原组，可采煤层8层，现采煤层为2．3#和8#。全区煤层总厚度为16．79 m，含煤系数为10．42%，所含煤层煤质以肥煤、焦煤为主。

矿井地质构造复杂，断层、陷落柱发育，自建井到目前为止，在采掘过程中共揭露大于3 m的断层154条，117个陷落柱，对矿井生产影响较大。勘探区内地表起伏较大，冲沟陡坎较发育，山顶黄土覆盖，沟底坡上有基岩出露，基岩风化程度较强，不够致密，勘探区浅表层地震地质条件较差。勘探区主要目的层2．3#煤层赋存于二叠系山西组，煤层厚度2．6～4 m，煤层稳定，其与顶底板的波阻抗差异明显，是理想的地震弹性波反射界面，且地层倾角较小，对地震勘探有利，深层地震地质条件良好。

2 三维地震勘探地质任务

1)查明勘探区内直径大于20 m的陷落柱，其平面摆动位置误差不大于20 m。

2)控制勘探区2．3#和8#煤层埋藏深度及起伏形态，编制出基本等高距为5 m的底板等高线图，深度误差不大于2%。

3)查明勘探区内落差大于或等于5 m的断层。解释落差大于3 m的断点，查明断层在2．3#和8#煤层中的延伸范围和平面位置，其平面摆动范围不大于20 m。

4)初步查明勘探区内8#煤层至奥灰顶界面的厚度及变化趋势，厚度误差不大于3%。

3 三维地震勘技术方法

该矿各采区的三维地震勘采用8线8炮制束状观测系统，结合测区地层的构造形态进行测线线束方向布置，使地震线束方向与地层主体走向基本垂直，形成的CDP网格为5 m×10 m，有利于对构造的控制。

资料处理软件采用法国地震数据处理软件包CGG处理系统和绿山折射静校正软件，进行了叠后时间偏移处理。解释工作使用美国斯仑贝谢公司的GeoFrame全三维解释系统。在解释过程中利用了纵向、横向时间剖面相结合，任意方向时间剖面与联井时间剖面相结合，时间剖面和时间切片、顺层切片相结合的方式，立体地全方位地进行了分析判断和解释，确保解释成果的可靠性和准确性。

4 勘探断层、陷落柱及地层起伏形态采勘对比

1)南二采区。

2002年10月，由江苏煤炭地质物测队提交勘探报告，勘探面积 0．74 km2。

勘探范围经实际揭露总体呈一向斜和背斜构造，煤岩层产状趋于平缓，煤岩层倾角0°～13°，与勘探成果一致。

本次勘探还编制了奥陶系顶至8#煤层底板的等厚线图，控制了其层间距，由于波能量弱，波品质差，所以对该间距控制的精度较差，仅供参考。

勘探内地质构造复杂，三维地震勘探资料解释有21条正断层，其中落差大于等于10 m的6条，落差大于等于5 m小于10 m的8条，落差小于5 m的断层7条。

落差大于等于5 m的断层采勘对比情况如下：

FS65实际揭露落差5～6 m，FD20预测落差0～5 m，实际揭露位置最大误差18 m，走向和落差与勘探基本一致。

FS80实际揭露落差4．5～5 m，FD21预测落差0～5 m，实际揭露位置最大误差11 m，走向最大误差13°落差与勘探基本一致。

FS81实际揭露落差7 m，FD5预测落差0～7 m，实际揭露位置最大误差16 m，走向和落差与勘探基本一致。

F119实际揭露落差9～11 m，FD6预测落差0～9 m，实际位置最大误差13 m，走向、落差与勘探基本一致。

FS66实际揭露落差6．2 m，FD7－1预测落差0～7 m，实际揭露走向最大误差19°，位置和落差与勘探基本一致。

FS72实际揭露落差6 m，FD11预测落差0～4 m，实际揭露走向最大误差32°，位置、落差与勘探基本一致。

FS78实际揭露落差12 m，FD7预测落差4～12 m，实际揭露走向最大误差15°，位置和落差与勘探基本一致。

F37实际揭露落差10 m，FD2预测落差0～18 m，实际揭露走向最大误差32°，位置、落差与勘探基本一致。

FS71实际揭露落差4～6 m，FD10预测落差0～6 m，实际揭露位置最大误差32 m，走向最大误差30°落差与勘探基本一致。

FS76实际揭露落差6 m，FD17预计落差0～6 m，实际揭露位置、走向和落差与勘探基本一致。

FS126实际揭露落差6 m，三维地震勘探未预测到。

落差小于5 m大于3 m的断层采勘对比情况如下：

2条未预测到，1条经实际揭露没有。

陷落柱采勘对比情况如下：

勘探区有一长轴21 m的陷落柱未预测到。

采勘对比图见图1。

图1 南二采区采勘对比图

2)南三采区。

2008年5月，由黑龙江省煤田地质物测队和山西焦煤集团三维地震物探公司共同提交勘探报告，勘探面积 2．0 km2。

勘探区地层起伏形态由几个大的褶曲控制，局部发育有一些小褶曲，煤层倾角3°～11°，与勘探成果一致。

勘探区还解释了区内的8#煤层至奥灰顶界面厚度及变化趋势，厚度大致在50～80 m。

本区内地质构造复杂，三维地震勘探资料解释有20条正断层，3个陷落柱。其中落差大于等于7 m的14条，落差小于7 m的断层6条。

落差大于等于5 m的断层采勘对比情况如下：

FS88实际揭露落差12 m，FD20预测落差0～18 m，实际揭露位置最大误差10 m，走向、落差与勘探基本一致。

FS89实际揭露落差5．5 m，FD19预测落差0～4 m，实际揭露位置最大误差4 m，走向、落差与勘探基本一致。

FS129实际揭露落差6～13 m，FD11预测落差0～20 m，实际揭露位置最大误差9 m，走向、落差与勘探基本一致。

FS125实际揭露落差5 m，FD16预测落差0～8 m，实际揭露走向最大误差13°，位置、落差与勘探基本一致。

落差小于5．0 m大于3 m的断层采勘对比情况如下：

4条未预测到，其它断层没有实际揭露。

陷落柱采勘对比情况如下：

E56陷落柱实际揭露长轴84 m，短轴64 m，X3预计长轴80 m，短轴74实际揭露中心位置偏移17 m，大小与勘探基本一致。采勘对比图见图2。

图2 南三采区采勘对比图

3)南六采区。

2004年9月，由安徽煤田地质局物探测量队提交勘探报告，勘探面积1．0 km2。

该区煤系地层整体形态为一不对称的背斜构造，轴向南北向，与勘探成果一致。

三维地震勘探资料解释有6条正断层，其中落差大于等于10 m的1条，落差大于等于5 m小于10 m的1条，落差小于5 m的断层4条。

落差大于等于5 m的断层采勘对比情况如下：

FS101实际揭露落差8～12 m，F112预测落差0～20 m，实际揭露位置最大误差18 m，走向、落差与勘探基本一致。

落差小于5．0m大于3m的断层采勘对比情况如下：

FS103实际揭露落差2．2～4．4 m，FD4预测落差0～3 m，实际揭露位置最大误差8 m，落差比预测的较大，走向与勘探基本一致。

FS113实际揭露落差3～4 m，FD2预测落差0～6 m，实际揭露走向、落差、位置与勘探基本一致。

还有1条未预测到，其他断层没有实际揭露。

采勘对比图见图3。

镇城底矿地质构造复杂，经过分析和研究，本次勘探范围内共揭露26条断层和2个陷落柱，16条落差大于等于5 m，10条落差小于5．0 m大于3 m，落差与预测的基本一致，有1条位置偏移超过20 m，3条走向偏移超过20°。

另外7条落差小于5．0 m大于3 m的断层三维地震勘探未预测到，1条经实际揭露没有，1条经实际揭露落差增大，有1条与勘探基本一致。1条落差大于5 m的断层未预测到。

勘探区1个陷落柱位置偏移17 m，大小与预测

图3 南六采区采勘对比图

的基本一致，还有1长轴21 m的陷落柱未预测到。

从总结情况看，三维地震勘探可靠性和准确率较高，其它断层和陷落柱因没有实际揭露，不做比较，在今后的生产中应及时进行采勘对比。

5 结论及建议

1)经过近年来三维地震勘探成果采勘对比，证实了三维地震勘探技术能更有效地查清煤矿5 m以上落差的断层和直径大于30 m的陷落柱，其平面摆动一般不超过20 m，为采区、工作面设计提供了可靠依据，是矿井高产高效建设的可靠地质保障。

2)三维地震勘探控制煤层及基岩面起伏状态是连续的，是钻探无法相比的。它不仅可以确定总体形态变化，而且能控制2．3#和8#煤层的埋藏深度。根据镇城底矿的开采实践，三维地震勘探确定煤层及基岩面形态是可靠的，能真实地反映煤岩层起伏规律，满足了采区设计及施工的要求。