三维地震勘探技术在山西朔州某勘探区的应用

刘　松，李淅龙

（中煤科工集团西安研究院，陕西西安710077）

三维地震勘探技术在山西朔州某勘探区的应用

刘松*，李淅龙

（中煤科工集团西安研究院，陕西西安710077）

三维地震勘探技术可以发现井田煤层的构造形态、断裂等，为井田下一步安全开拓提供地质保障。本勘探区地表复杂，采取了多种成孔手段结合的方法确保了地震资料良好的激发层位，为获得较好的地震野外资料打下了基础。通过多种手段查明了地下构造形态、采空区范围以及陷落柱，取得了良好的效果。

特殊观测系统；三维地震勘探；资料解释；朔州

1　概况

为进一步查明井田主采煤层的构造形态、煤层赋存条件以及采空区分布范围，勘探区采用了三维地震勘探技术对采区进行地面勘探。勘探区地处洪涛山脉西侧，属黄土梁峁切割冲刷地貌，勘探区内地形较为复杂，沟谷多呈“U”字型，除极少部分沟谷地区均为第四系黄土覆盖。最高点位于区北部山梁上，标高+1662.5m，最低点位于西界沟底，标高+1440m，相对高差222.5m，属低中山丘陵地区，井田内黄土广泛分布，冲沟、梁、峁发育，植被稀少，地形切割强烈。

2　施工过程及难点

三维地震是一种高密度的面积勘探技术，利用炮点和检波点的灵活组合获得分布均匀的CMP点网格。本次三维地震勘探线束布置主要考虑勘探区地表形态、构造发育和煤层倾角等情况，采用10线4炮制规则观测系统（表1）。

表1　施工参数一览表

2.1激发方式

针对不同的地表条件选取了不同的激发方式，黄土区和过渡区采用人工洛阳铲成孔深井激发，基岩出露区采用风钻和电钻成孔激发。冬季施工中，由于天气寒冷，冻土层较厚，厚度达2m左右。给人工洛阳铲成孔带来很大的困难。因此，成孔过程中，使用电钻开口，再用人工洛阳铲成孔。

主要激发参数如下：

黄土区：井深地表起伏情况及黄土厚度变化情况而定，保证激发层位进入红土层1m，药量2kg；

过渡区：达到基岩面，井深不低于3m，药量2kg；

基岩出露区：井深3m，药量1.5kg。

2.2特殊观测系统

本次勘探区内影响施工的障碍物众多，包括村庄、工业场地。如果按照常规方法施工，则可能造成一些炮点和检波器无法布设，从而导致障碍物影响区域覆盖次数严重不足，最终降低成果的解释精度。鉴于此，在施工过程中，借助专业三维地震勘探设计软件，对施工过程中遇到的村庄进行恢复性放炮的处理，包括加大或改变排列，加密或者改变原设计炮点等。对于一般的小障碍物，通过上述方法就能够消除地表障碍对地下资料的影响。但是对于成片的大障碍物，由于最大偏移距和炮检距的限制，简单的方法不可行，需实施特殊观测系统。

此次施工中，下石井村南北向约500m，东西向约600m。通过对现场的详细踏勘，发现村庄错落有致。街道基本呈东西走向，而且街道之间的距离大概30m。综合考虑本身的CDP网格，最终设计18条特观线，编号T1，T2，…，T18，基本垂直正常测线，每条线接收检波器为48个，全排列接收。在村庄外的测点与原检波点重合，方便资料处理，村庄内实测每一个检波点，并做好标志（油漆配合布条、粉笔）。炮点的布设根据测线的布设情况先进行模拟然后下达成孔任务书，实际成孔过程中再进行局部微调。

3　资料解释

三维地震勘探资料的处理过程中，认真分析了所要解决的地质任务和原始资料的特点，选用了有针对性的处理模块，优化处理流程，精选处理参数，严格控制中间处理质量，最终获得了较好的地震时间剖面（图1）。

图1　偏移剖面

3.1断层解释

断点解释是一个关键而复杂的问题，由正演得知，当地层正常时，时间剖面上反射波同相轴稳定、连续性好、没有畸变。若时间剖面上标准反射波同相轴发生错断（图2）、强相位转换、分叉合并、同相轴数目增多或者发生扭曲变形等则是识别断层的依据。

图2　大断层在剖面上的反映

3.2陷落柱解释

陷落柱是由块度大小不均、排列杂乱无章的上部地层塌陷物胶结而成。与正常地层相比，其在地层的连续性、产状、岩性等方面，均有很大差别（图3）。陷落柱与围岩存在的物性差异是陷落柱探测的物性基础。识别和判定陷落柱的主要依据有：

（1）反射波组中断或能量变弱。其中断点或能量变化位置即为陷落柱边界的反映；

（2）反射波同相轴扭曲、产状突变。其扭曲起始点之连线即为陷落柱的边界反映；

（3）反射波同相轴产生分叉合并和圈闭现象。其分叉、合并点即为陷落柱的边界反映；

（4）反射波相位转换，极性发生反转，其反转起始点即为陷落柱边界；

（5）在叠加时间剖面上，出现断陷点绕射波、延迟绕射波等。

图3　陷落柱在剖面上的反映

3.3采空区解释

勘探区内有某煤矿综采后形成的采空区和小煤窑采用房柱式采煤形成的采空区，这两种采煤方式形成的采空区在地震时间剖面上的响应特征有很大的区别。综采采煤后放顶，破坏了上覆围岩的完整性，对地震波造成强烈的吸收和散射，高频衰减强烈，地震波无法穿过，在地震时间剖面上表现为煤层反射波缺失，房柱式采煤产生的采空区周围并未出现大的物理变形，因而在时间剖面上表现有2种现象，其一采上组煤，由于上组煤采空后，地震波无法穿过，在地震时间剖面上变现为在采空区内部反射波同相轴不连续且杂乱无章（图4）；其二是采下组煤，上组煤仍保持完整性，在地震时间剖面上变现为在采空区内部反射波同相轴上部连续，下部不连续。

图4　采空区反射波同相轴杂乱无章

4　结论

本次三维地震勘探观测系统和各项参数选择合理，试验工作充分，技术措施得当，野外数据采集严格执行了合同书、《施工设计》和《煤炭煤层气地震勘探规范》等相关技术规范要求，虽然勘探区地形较复杂，但在施工过程中采取了针对性技术措施，确保了覆盖次数，获得了质量可靠的原始资料。生产记录甲级率65.05%，达到了《煤炭煤层气地震勘探规范》的要求，为资料处理、解释打下了坚实基础。

本次三维地震勘探组合断层45条，这些断层均正断层，发现了5个陷落柱（DX1～DX5），并发现了21处采空区。

（1）在村庄和工业广场附近，虽然采取了特殊观测系统等措施，其附近剖面连续性还是受到一定程度的影响，有遗漏小构造的可能性。

（2）在三维地震勘探解释中，由于采空区影响其上地层的完整性，地震波无法穿过，很难确定是哪一煤层的采空区，需要有其它的地质资料来综合解释。

［1］朱书阶，李林元，牛跟彦，等.永城矿区复杂条件下的三维地震勘探技术［J］.煤炭技术，2007.

TD82.72

B

1004-5716（2016）07-0190-03

2016-04-12

2016-04-12

刘松（1981-），男（汉族），江苏盐城人，工程师，现从事煤田地质勘探技术工作。