南岔煤业煤炭三维地震炸药与可控震源互补协同勘探技术应用与研究

苗 壮 平建明

(1.山西煤炭进出口集团左云长春兴煤业有限公司，山西省大同市，037100；2.山西煤炭进出口集团公司技术中心，山西省太原市，030006)



南岔煤业煤炭三维地震炸药与可控震源互补协同勘探技术应用与研究

苗 壮1平建明2

(1.山西煤炭进出口集团左云长春兴煤业有限公司，山西省大同市，037100；2.山西煤炭进出口集团公司技术中心，山西省太原市，030006)

结合南岔煤业井田地质资料，针对晋北黄土塬区复杂地质条件地震勘探进行研究，运用煤炭三维地震炸药与可控震源互补协同勘探技术对其首采区地质勘探，为煤炭三维地震炸药与可控震源互补协同勘探技术在晋北黄土塬区复杂地质条件下实际运用提供了参考资料。

黄土塬区 三维地震勘探 炸药与可控震源协同

三维地震勘探技术在我国矿区的应用发展为矿区解决小构造勘探问题提供了有力依据，同时，地震勘探设施不断优化，地震区域网络技术不断提高，复杂施工问题已得到有效解决，而且先进的设备技术性能指标更有利于进一步提高煤田地震勘探精度和开展多波多分量勘探。但是城市、城镇、村庄建筑物及黄土覆盖区是目前煤田地震勘探的困难区，要在这些地区采集高质量的地震资料，提高生产和在建矿井地质工作精度，必须解决地震资料采集、数据处理和地质解释等难度大的问题，要更大规模地着手建立系统的煤炭三维地震炸药与可控震源互补协同勘探技术方法的研究，确保煤炭三维地震炸药与可控震源互补协同勘探技术得到有力创新，更好地为我国煤炭资源的开发利用和安全生产服务。

煤炭炸药与可控震源互补协同地震勘探在国内外进行的研究工作稀少，针对晋北黄土塬区地震反射波特点和影响探测成果的主要原因，采取“高覆盖次数、单深井激发、大药量、中低频检波器、炸药协同可控震源采集、连续对称采样观测系统、角部以炮补道的滚进滚出观测系统、按照线距与炮距的倍数补炮来减小采集脚印的采集方法、基于静校正的观测系统设计方法、层析静校正、炸药协同可控震源三维地震勘探波形统一处理技术、优势频带解释及多属性分析”等手段，获得了效果更好的煤层地震反射信息，在南岔煤业中得到了很好的应用。

1 区域地质和地震条件

1.1 地表条件

云中山北端是南岔煤矿的高点，地貌属剥蚀断块低中山区，区内地形西低东高、南低北高，区内沟谷切向损坏严重，井田东北向就是区内最高点，海拨是1693 m，区内最低点位置在井田西部，海拔1398 m，相对高差295 m，区内常年流水性河流罕见，沟谷中仅在春冬之交及夏天的雨季有短期地表径流。云中山脉北端与恒山山脉西南端的交汇处即为井田所在位置，为典型的黄土、基岩切割型中山—丘陵地形地貌，井田内沟谷山梁发育，按其形态类型分为侵蚀地形及沉积型地形，其中以侵蚀地形为主。

1.2 研究区地震条件

1.2.1 表层地震条件

研究区属海河流域、永定河水系、桑干河北岸支系。地表为河滩、基岩出露、黄土等，局部有人工林。

1.2.2 浅层地震条件

研究区浅层地层变化多样，地质情况较复杂，主要有以下几种：

(1)表层薄黄土覆盖，鹅卵石很多。黄土、卵砾石层对地震反射波都有较强的吸收和屏蔽作用，是本研究的重、难点所在。

(2)风化基岩出露区为粗砂岩风化带，90%分布在区内中、东部，使得打炮孔难度增加，或成孔后提杆坍塌，给地震成孔带来困难。

1.2.3 深层地震条件

研究区为石炭、二叠系煤岩地层，岩性组合为各级粒度的砂岩、粉砂岩及煤层，呈规律交替出现，岩性组合及地球物理参数都具有一定的规律，物性差异明显。特别是主采煤层2#煤层平均厚度为7.02 m，5#煤层平均厚度为11.61 m，煤层厚度大，能形成强的可连续追踪的T2、T5反射波，因此研究区深层地震地质条件相对较好。

研究区主采煤层5#煤层发育较稳定，煤层埋藏深度约270 m。5#煤层之所以能够形成能量强、波形突出、稳定的T5波，是因为与之顶、底板围岩存在波阻抗差异，T5也是本次勘探的首要探测的反射波，也是后期进行处理的主要依据。

2 应用和采集成果过程

2.1 采用井震联合的激发方式进行施工

勘探区内地形高差变化较大，分布在测区中部沟中风化基岩区，井炮成孔能获取较好的资料，但针对浅表地震条件，采用单一激发方式无法获取较好的地震资料。根据低速带调查表层结构和实际地表情况，采用井震联合激发方式采集勘探。对矿区广场、矿区炸药库井炮无法布置，黄土层井炮成孔困难、激发层位不理想以及卵石层井炮无法成孔的地区用可控震源激发，可控震源激发具有激发精确可控、效率高的特点；对沟中基岩区和地形变化较大、可控震源无法到位的地区采用井炮施工采集。南岔三维勘探震源和井炮激发分布如图1所示。

图1 南岔煤业三维勘探震源和井炮激发分布图

2.2 观测系统

三维地震观测系统及其炮检距、方位角分布详见图2。由图2可知，该观测系统具有如下特点：炮检距分布均匀，具有广泛的炮检方位角；束移动1/12排列可以提高资料的采集质量和效率，提高静校正的耦合性。同时该观测系统便于野外组织施工，能够保证野外数据采集的质量。

2.3 采集记录

本次研究中的大部分原始单炮记录具有高信噪比和分辨率，层次感很强，品质超过预期，如图3所示，同相轴特征显著、高能、连续性好。但由于测区地表条件复杂，低速带厚度、地表高差变化明显，单炮的静校正问题较严重。

图2 三维地震观测系统示意图

图3 原始单炮示意图

2.4 数据处理和资料解释

设计观测系统时主要考虑静校正的耦合及炮间距的选择，以做好静校正为主，因为煤层波的高质量采集不需要太高的叠加次数，而高品质的剖面需要高精度的静校正处理，所以设计观测系统重要的原则是静校正的耦合。

在进行三维地震勘探时，观测系统设计是至关重要的环节。由于煤炭三维地震勘探技术主要应用在煤炭安全开采的高精度构造勘探，因此，在煤炭三维观测系统设计时首先要保证设计观测系统有利于室内处理中噪音分析和噪音的压制，将资料的信噪比和分辨率提高；其次是要弱化因观测系统设计带来的非地下地质条件引起的采集脚印问题，使地震振幅、相位、速度等地球物理参数的变化能如实地反映出地下地质信息，提高地震资料的保真度；同时煤炭三维观测系统设计时，要强调对称均匀采样与波场空间连续性采样的理念。

静校正是陆地地震资料都需要解决的问题，能否做好静校正，是研究区资料处理的关键之一。研究区地表有很大的起伏，最大高差达到200 m，而且初至波的速度变化较大。根据实际资料，本区采用了自动剩余静校正、层析静校正等方法。针对该区部分煤层很浅、小构造复杂的情况，最终通过试验确定该区的基准面为1600 m，替换速度为3500 m/s。煤层地表经过层析反演后，得到近地表速度结构，能够准确获得层析校正量。

在准确求取了层析校正量后，对长波与短波的长分量进行区别，相邻道之间波动影响可由短波的长分量进行处理。为了达到较为准确的结果，需要在后期处理中得到自动剩余静校正量，应找一个条件完备的标志层。南岔煤业首采区静校正计算的结果如图4所示。

图4 首采区静校正量计算结果

断层是影响煤矿安全高效开发的原因之一，本研究着重对大同矿区的断层构造做出了三维地震数据解释。在时间剖面的层面上，断层的主要特点有：

(1)反射波中有错断的现象。断层两侧的同相轴出现错断现象，这一般为中、小型断层的反映。

(2)反射波同相轴数量骤然变化。同生正断层地震剖面主要是下降盘同相轴数目增多，上升盘数目减少。

南岔煤业首采区典型时间剖面图如图5所示。由图5可知，该区反射波断层明显，组合断层可靠，对后期工作面跨断层开采有一定的指导意义。

图5 南岔煤业首采区典型时间剖面图

3 结论

本研究通过对晋北黄土塬区地震勘探，可以得到关于南岔煤业首采区的多套独立地震属性参数(时间、速度、振幅、频率、相位、偏振、波阻抗等)，以及这些参数的多种组合(差值、比值、乘积、几何平均值、计算的弹性系数等)，综合这些参数估计地层岩性、孔隙度、裂隙、含水性等，这比只用单一属性的不确定性小，可靠性更高，解决问题的能力更强。

煤炭常规地震勘探的中心环节是静校正，静校正直接影响成果的准确度，晋北黄土塬区地震勘探中，由于表层地形高差变化大且速度变化大，因而对静校正量的影响很大。所以，在处理南岔煤业实际资料时，必须进行校正。因而必须加强对表层速度提取的研究和静校正技术的研究。

通过对南岔煤业首采工作面三维地震勘探，探得煤炭储量2 Mt，总效益可达5500万元，首采工作面顺利完成，为矿山回收煤炭16 Mt，节约成本3000万元。通过分析，表明在晋北黄土塬区能够开展地震勘探工作，研究成果对提高晋北黄土塬区地震勘探有指导意义，提高了复杂地区地震勘探的精度，更好地为我国煤炭资源的开发利用和安全生产服务。

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(责任编辑 郭东芝)

Application and research of complementary and collaborative exploration technology of coal 3D seismic explosive and vibroseis in Nancha Coal Industry Company

Miao Zhuang1, Ping Jianming2

(1.Zuoyun Changchunxing Coal Industry Co., Ltd., Shanxi Coal Import & Export Group, Datong, Shanxi 037100, China;
2.Technical Center of Shanxi Coal Import & Export Group Cornpany, Taiyuan, Shanxi 030006, China)

With the field geological data of Nancha Coal Industry Company, research on seismic exploration technology for complex geological conditions of the loess tableland in north Shanxi was carried out, complementary and collaborative exploration technology of coal 3D seismic explosive and vibroseis was adopted to explore the first mining area, which provided reference data for the actual application of the complementary and collaborative exploration technology in the loess tableland of north Shanxi.

loess tableland, 3D seismic exploration, collaborative technology of explosive and vibroseis

苗壮，平建明. 南岔煤业煤炭三维地震炸药与可控震源互补协同勘探技术应用与研究[J]. 中国煤炭，2017,43(6)：53-56. Miao Zhuang, Ping Jianming. Application and research of complementary and collaborative exploration technology of coal 3D seismic explosive and vibroseis in Nancha Coal Industry Company[J]. China Coal, 2017, 43(6):53-56.

P631.4

A

苗壮(1965-)，男，本科学历，工程师，山西煤炭进出口集团左云长春兴煤业有限公司总工程师，现从事山西煤炭进出口集团左云长春兴煤业有限公司技术管理工作。