利用三维地震方法解决湖西矿采空区问题

李 华

（山东省煤田地质局物探测量队，山东 济南 250000）

三维地震勘探可以查明落差≥5m的断层，控制主要地层层位，解释主要煤层赋存状况，寻找和发现地质异常现象（陷落柱、火成岩局部侵入、煤层分叉合并等）。来自3上煤层与围岩界面产生的反射波，其波形特征与煤层的对应关系较好，时间剖面上能清晰地反映出断层、煤层的变化，动力学特征明显，全区能连续追踪，为本区的主要目的层反射波，是构造、煤层解释的主要依据。采空区由于煤层全部或部分采空，致使原来的反射机制被破坏，时间剖面上煤层反射波特征发生畸变，难以追踪和对比，通过煤层反射波的异常变化，可以寻找和发现地质异常采空区的范围。

1 勘探区概况

湖西矿井位于山东省微山县、鱼台县境内，与江苏省毗邻。井田处于昭阳湖区中段西部，西距鱼台县城15km，水陆交通比较方便。本井田位于滕县煤田西北部，地层自上而下有第四系、上侏罗统蒙阴组、下二叠统下石盒子组和山西组、上石炭统太原组、中石炭统本溪组、中奥陶统。本区含煤地层为下二叠统山西组和上石炭统太原组，煤层埋藏深度在500～1000m，含可采和局部煤层3上、3下、12下1、16煤四层。

本区表层地震地质条件复杂，但中、深层地震地质条件较好，对应各地质层位的反射波较多，尤其是T3波连续突出，动力学特征明显，能真实地反映其地质形态及构造变化规律，对三维地震勘探完成地质任务较为有利。

2 数据采集

本次三维地震施工采用8线12炮束状观测系统，480道接收，接收道距20m，炮点网格20m×100m，覆盖次数为24次。检波方式为3个检波器串型组合检波；激发方式采取井深8～12m，药量1～1.5kg高爆速TNT炸药单井激发。共施工三维地震测线16束，特观2个，三维地震施工面积7.475km2。本次三维地震勘探设计目的明确，观测系统选择合理，试验工作充分，数据采集方法及采集参数正确，施工要求严格，技术措施得当，针对性强，所获原始记录质量高，同时，又严格执行了三级验收制度，其质量符合《煤炭煤层气地震勘探规范》的要求，圆满完成了预定的野外数据采集任务。

3 资料处理

本次三维地震资料处理针对原始资料特点叠前主要采用了三维地表一致性振幅补偿、三维地表一致性反褶积、精细速度分析，叠后采用了具有吸收边界的差分法波动方程三维一步法偏移，并用钻井等实际资料进行了约束。去噪时在保证信噪比前提下最大限度地提高了地震资料的分辨率，使目的煤层有效波主频范围达到25～75Hz，成果剖面质量有了较大提高。

4 采空区地震资料解释

将时间剖面上反射波能量强、信噪比高、连续性好、地质意义明确的反射波定为标准波，本区的标准反射波为来自第四系底界的TQ波、3上煤层的反射波T3波。来自侏罗系底界的反射波TJ3波及来自16煤层与围岩界面形成的反射波T16波为本区的辅助波。

3上煤层采空区的解释：本区3上煤层较稳定，其反射波的能量、频率及连续性相对稳定，在解释过程中在勘探区东南边界附近，T3波能量变弱、消失，煤系地层内部反射层次出现杂乱无章的现象（图1）。经矿方提供的井下巷道揭露情况对照，是3上煤层被采空而造成时间剖面上煤系地层内部反射层次的变化，这种现象是解释本区采空区的主要依据。水平切片上采空区的反应也特别明显（图2）。从三维数据体上可以直观地显示采空区的范围（图3）。

图1 采空区在时间剖面上的反映

本次三维地震相干数据体沿层切片上不仅对区内断层的延展方向有清晰反映，对区内几个采空区的反映也特别突出，对采空区的范围、形状、大小等显示特别直观（见图2）。

本次地震资料上3上煤层采空区内T3波消失，波场杂乱，在时间剖面和水平切片上比较特别突出，反映极为明显，相干沿层切片上采空区的范围也反映清晰。通过抽取地震数据体纵、横向时间剖面对比，以及水平切片的仔细分析，参考相关数据上3上煤层反射波的特征，综合圈定了3上煤层采空区的范围。根据以上的地震资料数据，本勘探区东南部边界内外成功解释了4个采空区，总面积约为0.50km2。

图2 三维相干数据体沿层切片上采空区的显示

图3 三维数据体上采空区的显示

对于本次的采空区边界，地震反射波反应较为清晰，但考虑到采空区塌陷角度的影响，与实际位置相比可能有一定摆动误差。矿方在巷道布置及开拓过程中，将井下揭露的实际情况及时反馈，以便对地震资料作进一步分析。

5 结论

本次三维地震勘探设计目的明确，观测系统选择合理，施工方法正确合理，获得了高质量的原始数据和处理成果，通过对三维地震资料的认真分析和解释，取得了比较理想的地质效果，成功解释了4个采空区，总面积约为0.50km2。通过湖西矿的应用实例证明，利用三维地震勘探解决地下隐伏采空区的问题，地质效果是比较理想的，为其他煤矿通过三维地震勘探解决采空区问题提供了借鉴经验。