南阳矿区二采区三维地震勘探激发因素试验分析

薛金蛟(山西省煤炭工业厅煤炭资源地质局, 山西 太原 030045)

1 前言

南阳煤业位于高平市西南4km处的野川镇南杨村，矿井二采区最高点位于勘探区中南部山梁上，标高约为1 228.7m，最低点位于勘探区东北部沟谷中，标高约为1 042.1m，相对高差约为186.6m。三采区最高点位于勘探区中南部山梁上，标高约为1 162.1m，最低点位于勘探区东部沟谷中，标高约为926.6m，相对高差约为235.5m。

井田内可采煤层为3号煤层、9号煤层和15号煤层，9号煤层为本井田内局部可采煤层。3号煤层赋存于山西组下部，煤层厚度4.11～6.26m，平均5.35m，属厚煤层，其可采性指数为1，煤厚变异系数为28%，一般含0～1层夹矸，偶见3层夹矸，煤层结构简单，夹矸厚度0.02～0.5m，岩性多为炭质泥岩，该煤层顶板为细砂岩、粉砂岩、泥岩，底板为细砂岩、粉砂岩、泥岩。井田内该煤层呈西厚东薄之趋势，为全区可采稳定煤层。

9号煤层位于太原组中部，煤层厚度0.8～1.19m，平均厚0.99m，井田内厚度变化较大，北部煤层厚度较小，一般不达可采厚度，南部煤层变厚，达可采厚度，本煤矿内只在南部有达到可采厚度的煤层，但是范围很小，为局部可采的不稳定煤层。煤层顶板为细砂岩、粉砂岩或泥岩，底板为泥岩或粉砂岩。9到15号煤层间距一般31.13～49.6m，平均40.37m。

15号煤层赋存于太原组下部，位于3号煤层之下，上距3号煤层78.5～117.17m，平均88.87m，煤层厚度2.02～3.50m，平均2.57m，为中厚煤层，可采性指数为1，煤厚变异系数为23%，一般含0～1层夹矸，偶见2层夹矸，煤层结构简单，夹矸厚度0.05～0.40m，岩性多为炭质泥岩。该煤层顶板石灰岩，底板为细砂岩，呈中间薄、西北及东南较厚，为全区可采煤层。

矿区勘探区总体上为一单斜构造，地层走向近南北，倾向西，地层平缓，倾角为3°～10°，发育有次一级向背斜构造，勘探区内西南部采区解释断层3条，陷落柱2个，二采区解释断层1条，陷落柱1个。三采区解释断层6条，陷落柱11个。

为确保南阳矿区三维地震勘探地质任务的完成，在地质勘探前需做充分试验，全面掌握矿区地球物理特征，了解本区有效波及干扰波的发育情况，合理确定施工参数，选择最佳的激发因素、接收因素和仪器采集因素[1]。

根据以往在本区及邻区的施工经验，本次试验在矿井二采区试验点位2处，2处试验点S1、S2分别代表基岩出露、薄黄土覆盖等典型地段，S1位于330/1725附近，为基岩出露地段；S2位于290/1355附近，为薄黄土覆盖地段。试验工作主要进行不同激发条件下的成孔方法、激发井深、激发药量以及压制干扰波方面进行试验[2]。

2 试验方法和内容

2.1 试验方法

图1 S1点不同孔深的单炮记录

二采区试验工作采用428XL数字地震仪，自然频率为60Hz的检波器进行采集；成孔工具采用风动凿岩机和洛阳铲。火工品采用瞬发电雷管及地震勘探专用炸药。根据本区地震地质条件，二采区完成试验物理点15个，获取地震监视记录15张。根据《煤炭煤层气地震勘探规范》(MT/T 897—2000)，对试验记录进行评价，记录全部合格。

2.2 试验内容

1.激发因素试验

在薄黄土覆盖和基岩出露等不同地表特征下分别进行激发孔深、药量等试验。

1)孔深试验

采用道距10m，80道接收，“一”字型排列，同坑无组内距组合方式，中间爆破，仪器录制参数为前放增益0dB，S1药量1.5kg，S2药量1.5kg。S1(基岩出露地段)进行2.5m、3m、3.5m孔深试验。S2(薄黄土覆盖地段)进行2.5m、3m、4m(到基岩面)。

2)药量试验

采用道距10m，80道接收，“一”字型排列，同坑无组内距组合方式，中间爆破，仪器录制参数为前放增益0dB，S1井深3m，S2井深4m(到基岩面)。S1(基岩出露地段)进行1kg、1.5kg、2kg药量试验。S2(薄黄土覆盖地段)进行1kg、1.5kg、2kg药量试验。

2.接收因素试验

1)仪器因素试验

采用428XL数字地震仪，采样间隔1ms，记录长度2.0s，进行仪器前放增益试验，试验的前放增益为0dB、12dB。

2)波场调查试验

录制波场调查记录。波场调查拟采用道距10m，80道接收，“一”字型排列，端点激发无偏移距，仪器前放增益0dB。

3 试验结果分析

3.1 井深试验

1)S1孔深试验

不同孔深的单炮记录如图1所示。分析以上记录，时窗在200～400ms之间有较明显的反射波，在进过钻孔对比后，为本次勘探目的煤层的反射波。对比不同孔深试验记录，单一变化孔深，当孔深3m时，有效波能量明显，视频率较高，故选择井深3m为最佳孔深。

2)S2孔深试验

不同孔深的单炮记录如图2所示。分析以上记录，时窗在200～400ms之间有较明显的反射波，在进过钻孔对比后，为本次勘探目的煤层的反射波。对比不同井深试验记录，单一变化孔深，当孔深达到基岩面时(不低于3m)，有效波能量明显，视频率较高，故选择孔深打到基岩面为最佳孔深。

图2 S2点不同井深的单炮记录

3.2 药量试验

1)S1药量试验

不同药量的单炮记录如图3所示。分析以上记录，在孔深打到3m的条件下，单一变化药量，当药量1.5kg时，有效波能量较为明显，所以选择最佳药量1.5kg。

图3 S1点不同药量的单炮记录

图4 S2点不同药量的单炮记录

2)S2药量试验

不同药量的单炮记录如图4所示。分析以上记录，在井深打到基岩面的条件下，单一变化药量，当药量2kg时，有效波能量较为明显，所以选择最佳药量2kg。

3.3 仪器因素试验

1)S1不同前放增益试验

分析不同前放增益下的记录，当增益选取0dB时，有效波能量相对较明显，所以选择0dB为仪器前放增益，具体如图5所示。

图5 S1不同前放增益的单炮记录

2)S2不同前放增益试验

分析不同前放增益下的记录，当增益选取12dB时，有效波能量相对较明显，所以选择0dB为仪器前放增益，具体如图6所示。

图6 S2不同前放增益的单炮记录

3.4 波场调查试验

波场调查单炮记录如图7所示。分析以上记录，在基岩区域、黄土区域有效波时窗在200～400ms处，主要的干扰波有面波、浅层多次波、声波。

图7 波场调查单炮记录

4 结论

在薄黄土覆盖和基岩出露等不同地表特征下分别进行激发孔深、药量等试验。通过上述试验得出激发条件：二采区基岩覆盖区孔深3m，最低不低于2.8m，药量1.5kg；薄黄土覆盖区，孔深至基岩面或入基岩，孔深大于3m时，药量2kg。不够3m足时，按基岩覆盖区成孔，药量1.5～2kg。