三维地震勘探技术在构造控制方面的运用

郭 军

（山西晋能集团晋城有限公司安监局，山西晋城 048000）

0 引言

山西煤炭运销集团某矿由7 家关闭的小煤矿整合而成，区内地质构造比较简单，呈单斜构造，井田内有3 条大断层，整合前由于小煤矿私挖滥采，内部采空积水较多，且开采范围不明确，制约了该矿开采的规划，也加大了煤矿安全管理的难度。为此该矿与一家物探部门合作，查明该矿地质情况。本次勘探的2 个区块面积3.34km2，满16 次覆盖面积3.85km2，工程于2010 年施工完成。

1 本次勘探的地质任务

（1）查明有效控制面积内落差≥5m 的断层的性质、产状、及延伸长度，其平面摆动误差≤30m，对5m＞落差≥3m 的断点及勘探中遇到的疑点、不确定点作出解释。

（2）查明直径≥25m 的陷落柱，尽可能查明20m 左右的陷落柱。

（3）查明3#煤层的底板起伏形态，查明15#煤层的底板起伏形态，深度误差≤2.0%。

（4）查明波幅大于或等于10m 的褶曲。

（5）查明古窑、小窑采空区范围及煤层冲刷变薄区。

2 地球物理特征

2.1 表、浅层地震地质条件

本区地表可划分为3 种类型。

黄土覆盖区：岩性以含砂粘土及砂质粘土为主，含钙质结核，厚度变化在0～10m，干黄土结构，这给炮井成孔和激发带来很大的困难。

坡积物区：分布于局部山梁缓坡上范围小，厚度0～3m，坡积物成份复杂，既有黄土、砂土填充，又有风化岩石碎块，成孔困难，激发条件极差，范围不大。

基岩出露区：出露岩性为中、细粒砂岩、砂质泥岩及泥岩，岩石风化严重，大部分地段易于成孔且激发条件较好，个别地段不易成孔。复杂的地形条件和浅层地质结构，对地震波的激发和接收均十分不利。

2.2 深层地震地质条件

15#煤层厚且全区稳定，与其顶、底板围岩存在明显的波阻抗差异，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（T15 波），是本次地震勘探的主要目的波，也是地质解释的主要依据。3#煤层属相对稳定可采煤层，平均厚度1.20m，因此，以3#煤层为主所形成的反射波（T3 波）能量也较强。

3 观测系统

本次三维地震观测系统综合考虑了勘探区的地质任务、地形地貌、目的层的赋存深度、构造等情况，结合本勘探区15 号煤层埋深特点（本区目的层15#煤层埋深变化范围北块15#煤层埋藏深度380～550m，南块15#煤层埋藏深度260～440m），北块区采用端点放炮56 道接收8 线8 炮规则束状观测系统，南块区采用端点放炮40 道接收8 线8 炮规则束状观测系统，使用自然频率60Hz 的检波器，3 串组合同坑埋置方式。本次设计的观测系统具有炮检距分布均匀、方位角分布较宽等特点，有利于速度分析、多次波衰减和静校正求解，镶边范围；南块南北边界平均40m，西边界平均60m，东边界平均30m，北块南北边界平均40m，西边界平均60m，东边界平均10m。

4 资料处理

本次地震勘探资料数据处理是在涿洲市深达计算机服务部Sun Blade2000 工作站上进行的，采用法国CGG 公司—GEOVECTEURPLUS V6.1 软件包和美国Green Mountain V5.1版本的绿山初至折射静校正软件。

4.1 处理参数和流程

通过对试处理资料的反复对比分析，确定了本次资料处理的参数和流程（见图1）。

图1 资料处理流程图

图2 三维数据立体图

图3 纵、横时间剖面及等时切片

4.2 处理成果及质量评述

本次资料处理获得了5m×5m×1ms 为单元的三维数据体（见图2）。煤层反射波波组特征明显，信噪比高，连续性好，剖面断点清楚，达到了处理要求。在此基础上取得以下成果：

（1）三维数据体5m×5m 网度的纵、横时间剖面（见图3）。

（2）三维数据体等时切片。

（3）方差数据体切片。

5 地质成果

本次三维地震勘探的主要成果为：查明了区内3#煤层、15#煤层的埋深及起伏形态，共查出断层4 条，其中查明落差大于5m 的断层2 条，解释了落差小于5m 的断层2 条；查明长轴直径大于25m、短轴直径大于20m 的陷落柱3 个；解释3#煤层采空区2 处，异常区各1 处。

5.1 断层控制

本次三维地震勘探共查出断层4 条，均为正断层，查明落差大于等于5m 的断层2 条（F、F2），落差小于5m 的断层2 条（F1、F3）；控制可靠断层2 条（F、F2），控制较差及落差小于5m不与评价的断层2 条。F 正断层位于（南块）东部边界处，走向N70°E，倾向NW，倾角约75°，落差0～12m，3#、15#，煤层同时错断，3#、15#煤层底板上区内延伸长度区内450m，按20m×20m网度所抽取的时间剖面评价该断层有20 个断点控制，其中A级断点10 个，B 级断点6 个，C 级断点4 个，按断层评级标准，该断层控制程度可靠（见图4）。

图4 F 正断层在时间剖面上的反映

5.2 3#煤层采空区及15#煤层异常区的控制

3#煤层采空区（南块）：

Ⅰ采空区：位于勘探区的南部，在时间剖面上T3 波表现为能量变弱、振幅降低、反射波同相轴呈蚯蚓状间断连续等特征，面积约0.03km2。

Ⅱ采空区：位于勘探区的东南部，在时间剖面上T3 波表现为能量变弱、振幅降低、反射波同相轴不连续下凹、时间发生延迟、呈蚯蚓状间断连续等多种特征，面积约0.15km2。2 块共计面积约0.18km2。

结论：2013 年该矿开采均揭露F1、F2断层，落差F1=3.6m，F2=8m，断层导水性较弱，与本次物探报告对比，判断性较高，位置准确，产状基本查明。因此该技术在公司得到了普遍应用。