鎮(zhèn)城底礦三維地震勘探技術(shù)的應(yīng)用和研究

徐兵奎

(西山煤電股份公司鎮(zhèn)城底礦，山西 古交 030203)

目前，在國(guó)內(nèi)物探技術(shù)中，能直接查明采區(qū)中小型構(gòu)造，既經(jīng)濟(jì)又有效的方法就是三維地震勘探。自2002年西山煤電股份公司鎮(zhèn)城底礦在井田內(nèi)各采區(qū)開展了多次三維地震勘探技術(shù)應(yīng)用研究，通過(guò)三維地震勘探在對(duì)優(yōu)化采區(qū)設(shè)計(jì)和劃分、合理布置巷道和回采工作面、避免或減少地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)及提高資源回收率等方面起到重要作用，為礦井高產(chǎn)高效建設(shè)提供可靠地質(zhì)保障。

1 礦井概況

鎮(zhèn)城底礦位于西山煤田的西北邊緣，地處古交市西北，汾河沿井田北部穿過(guò)，距太原市64 km，距古交市11 km，交通十分便利。礦井原年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1．50 Mt/a，服務(wù)年限117年。2008年重新核定生產(chǎn)能力 1．90 Mt/a。井田面積 23．839 6 km2，含煤層地層為二迭系山西組及石炭系太原組，可采煤層8層，現(xiàn)采煤層為2．3#和8#。全區(qū)煤層總厚度為16．79 m，含煤系數(shù)為10．42%，所含煤層煤質(zhì)以肥煤、焦煤為主。

礦井地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層、陷落柱發(fā)育，自建井到目前為止，在采掘過(guò)程中共揭露大于3 m的斷層154條，117個(gè)陷落柱，對(duì)礦井生產(chǎn)影響較大。勘探區(qū)內(nèi)地表起伏較大，沖溝陡坎較發(fā)育，山頂黃土覆蓋，溝底坡上有基巖出露，基巖風(fēng)化程度較強(qiáng)，不夠致密，勘探區(qū)淺表層地震地質(zhì)條件較差?？碧絽^(qū)主要目的層2．3#煤層賦存于二疊系山西組，煤層厚度2．6～4 m，煤層穩(wěn)定，其與頂?shù)装宓牟ㄗ杩共町惷黠@，是理想的地震彈性波反射界面，且地層傾角較小，對(duì)地震勘探有利，深層地震地質(zhì)條件良好。

2 三維地震勘探地質(zhì)任務(wù)

1)查明勘探區(qū)內(nèi)直徑大于20 m的陷落柱，其平面擺動(dòng)位置誤差不大于20 m。

2)控制勘探區(qū)2．3#和8#煤層埋藏深度及起伏形態(tài)，編制出基本等高距為5 m的底板等高線圖，深度誤差不大于2%。

3)查明勘探區(qū)內(nèi)落差大于或等于5 m的斷層。解釋落差大于3 m的斷點(diǎn)，查明斷層在2．3#和8#煤層中的延伸范圍和平面位置，其平面擺動(dòng)范圍不大于20 m。

4)初步查明勘探區(qū)內(nèi)8#煤層至奧灰頂界面的厚度及變化趨勢(shì)，厚度誤差不大于3%。

3 三維地震勘技術(shù)方法

該礦各采區(qū)的三維地震勘采用8線8炮制束狀觀測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合測(cè)區(qū)地層的構(gòu)造形態(tài)進(jìn)行測(cè)線線束方向布置，使地震線束方向與地層主體走向基本垂直，形成的CDP網(wǎng)格為5 m×10 m，有利于對(duì)構(gòu)造的控制。

資料處理軟件采用法國(guó)地震數(shù)據(jù)處理軟件包CGG處理系統(tǒng)和綠山折射靜校正軟件，進(jìn)行了疊后時(shí)間偏移處理。解釋工作使用美國(guó)斯侖貝謝公司的GeoFrame全三維解釋系統(tǒng)。在解釋過(guò)程中利用了縱向、橫向時(shí)間剖面相結(jié)合，任意方向時(shí)間剖面與聯(lián)井時(shí)間剖面相結(jié)合，時(shí)間剖面和時(shí)間切片、順層切片相結(jié)合的方式，立體地全方位地進(jìn)行了分析判斷和解釋，確保解釋成果的可靠性和準(zhǔn)確性。

4 勘探斷層、陷落柱及地層起伏形態(tài)采勘對(duì)比

1)南二采區(qū)。

2002年10月，由江蘇煤炭地質(zhì)物測(cè)隊(duì)提交勘探報(bào)告，勘探面積 0．74 km2。

勘探范圍經(jīng)實(shí)際揭露總體呈一向斜和背斜構(gòu)造，煤巖層產(chǎn)狀趨于平緩，煤巖層傾角0°～13°，與勘探成果一致。

本次勘探還編制了奧陶系頂至8#煤層底板的等厚線圖，控制了其層間距，由于波能量弱，波品質(zhì)差，所以對(duì)該間距控制的精度較差，僅供參考。

勘探內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，三維地震勘探資料解釋有21條正斷層，其中落差大于等于10 m的6條，落差大于等于5 m小于10 m的8條，落差小于5 m的斷層7條。

落差大于等于5 m的斷層采勘對(duì)比情況如下：

FS65實(shí)際揭露落差5～6 m，F(xiàn)D20預(yù)測(cè)落差0～5 m，實(shí)際揭露位置最大誤差18 m，走向和落差與勘探基本一致。

FS80實(shí)際揭露落差4．5～5 m，F(xiàn)D21預(yù)測(cè)落差0～5 m，實(shí)際揭露位置最大誤差11 m，走向最大誤差13°落差與勘探基本一致。

FS81實(shí)際揭露落差7 m，F(xiàn)D5預(yù)測(cè)落差0～7 m，實(shí)際揭露位置最大誤差16 m，走向和落差與勘探基本一致。

F119實(shí)際揭露落差9～11 m，F(xiàn)D6預(yù)測(cè)落差0～9 m，實(shí)際位置最大誤差13 m，走向、落差與勘探基本一致。

FS66實(shí)際揭露落差6．2 m，F(xiàn)D7－1預(yù)測(cè)落差0～7 m，實(shí)際揭露走向最大誤差19°，位置和落差與勘探基本一致。

FS72實(shí)際揭露落差6 m，F(xiàn)D11預(yù)測(cè)落差0～4 m，實(shí)際揭露走向最大誤差32°，位置、落差與勘探基本一致。

FS78實(shí)際揭露落差12 m，F(xiàn)D7預(yù)測(cè)落差4～12 m，實(shí)際揭露走向最大誤差15°，位置和落差與勘探基本一致。

F37實(shí)際揭露落差10 m，F(xiàn)D2預(yù)測(cè)落差0～18 m，實(shí)際揭露走向最大誤差32°，位置、落差與勘探基本一致。

FS71實(shí)際揭露落差4～6 m，F(xiàn)D10預(yù)測(cè)落差0～6 m，實(shí)際揭露位置最大誤差32 m，走向最大誤差30°落差與勘探基本一致。

FS76實(shí)際揭露落差6 m，F(xiàn)D17預(yù)計(jì)落差0～6 m，實(shí)際揭露位置、走向和落差與勘探基本一致。

FS126實(shí)際揭露落差6 m，三維地震勘探未預(yù)測(cè)到。

落差小于5 m大于3 m的斷層采勘對(duì)比情況如下：

2條未預(yù)測(cè)到，1條經(jīng)實(shí)際揭露沒(méi)有。

陷落柱采勘對(duì)比情況如下：

勘探區(qū)有一長(zhǎng)軸21 m的陷落柱未預(yù)測(cè)到。

采勘對(duì)比圖見(jiàn)圖1。

圖1 南二采區(qū)采勘對(duì)比圖

2)南三采區(qū)。

2008年5月，由黑龍江省煤田地質(zhì)物測(cè)隊(duì)和山西焦煤集團(tuán)三維地震物探公司共同提交勘探報(bào)告，勘探面積 2．0 km2。

勘探區(qū)地層起伏形態(tài)由幾個(gè)大的褶曲控制，局部發(fā)育有一些小褶曲，煤層傾角3°～11°，與勘探成果一致。

勘探區(qū)還解釋了區(qū)內(nèi)的8#煤層至奧灰頂界面厚度及變化趨勢(shì)，厚度大致在50～80 m。

本區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，三維地震勘探資料解釋有20條正斷層，3個(gè)陷落柱。其中落差大于等于7 m的14條，落差小于7 m的斷層6條。

落差大于等于5 m的斷層采勘對(duì)比情況如下：

FS88實(shí)際揭露落差12 m，F(xiàn)D20預(yù)測(cè)落差0～18 m，實(shí)際揭露位置最大誤差10 m，走向、落差與勘探基本一致。

FS89實(shí)際揭露落差5．5 m，F(xiàn)D19預(yù)測(cè)落差0～4 m，實(shí)際揭露位置最大誤差4 m，走向、落差與勘探基本一致。

FS129實(shí)際揭露落差6～13 m，F(xiàn)D11預(yù)測(cè)落差0～20 m，實(shí)際揭露位置最大誤差9 m，走向、落差與勘探基本一致。

FS125實(shí)際揭露落差5 m，F(xiàn)D16預(yù)測(cè)落差0～8 m，實(shí)際揭露走向最大誤差13°，位置、落差與勘探基本一致。

落差小于5．0 m大于3 m的斷層采勘對(duì)比情況如下：

4條未預(yù)測(cè)到，其它斷層沒(méi)有實(shí)際揭露。

陷落柱采勘對(duì)比情況如下：

E56陷落柱實(shí)際揭露長(zhǎng)軸84 m，短軸64 m，X3預(yù)計(jì)長(zhǎng)軸80 m，短軸74實(shí)際揭露中心位置偏移17 m，大小與勘探基本一致。采勘對(duì)比圖見(jiàn)圖2。

圖2 南三采區(qū)采勘對(duì)比圖

3)南六采區(qū)。

2004年9月，由安徽煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)提交勘探報(bào)告，勘探面積1．0 km2。

該區(qū)煤系地層整體形態(tài)為一不對(duì)稱的背斜構(gòu)造，軸向南北向，與勘探成果一致。

三維地震勘探資料解釋有6條正斷層，其中落差大于等于10 m的1條，落差大于等于5 m小于10 m的1條，落差小于5 m的斷層4條。

落差大于等于5 m的斷層采勘對(duì)比情況如下：

FS101實(shí)際揭露落差8～12 m，F(xiàn)112預(yù)測(cè)落差0～20 m，實(shí)際揭露位置最大誤差18 m，走向、落差與勘探基本一致。

落差小于5．0m大于3m的斷層采勘對(duì)比情況如下：

FS103實(shí)際揭露落差2．2～4．4 m，F(xiàn)D4預(yù)測(cè)落差0～3 m，實(shí)際揭露位置最大誤差8 m，落差比預(yù)測(cè)的較大，走向與勘探基本一致。

FS113實(shí)際揭露落差3～4 m，F(xiàn)D2預(yù)測(cè)落差0～6 m，實(shí)際揭露走向、落差、位置與勘探基本一致。

還有1條未預(yù)測(cè)到，其他斷層沒(méi)有實(shí)際揭露。

采勘對(duì)比圖見(jiàn)圖3。

鎮(zhèn)城底礦地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，經(jīng)過(guò)分析和研究，本次勘探范圍內(nèi)共揭露26條斷層和2個(gè)陷落柱，16條落差大于等于5 m，10條落差小于5．0 m大于3 m，落差與預(yù)測(cè)的基本一致，有1條位置偏移超過(guò)20 m，3條走向偏移超過(guò)20°。

另外7條落差小于5．0 m大于3 m的斷層三維地震勘探未預(yù)測(cè)到，1條經(jīng)實(shí)際揭露沒(méi)有，1條經(jīng)實(shí)際揭露落差增大，有1條與勘探基本一致。1條落差大于5 m的斷層未預(yù)測(cè)到。

勘探區(qū)1個(gè)陷落柱位置偏移17 m，大小與預(yù)測(cè)

圖3 南六采區(qū)采勘對(duì)比圖

的基本一致，還有1長(zhǎng)軸21 m的陷落柱未預(yù)測(cè)到。

從總結(jié)情況看，三維地震勘探可靠性和準(zhǔn)確率較高，其它斷層和陷落柱因沒(méi)有實(shí)際揭露，不做比較，在今后的生產(chǎn)中應(yīng)及時(shí)進(jìn)行采勘對(duì)比。

5 結(jié)論及建議

1)經(jīng)過(guò)近年來(lái)三維地震勘探成果采勘對(duì)比，證實(shí)了三維地震勘探技術(shù)能更有效地查清煤礦5 m以上落差的斷層和直徑大于30 m的陷落柱，其平面擺動(dòng)一般不超過(guò)20 m，為采區(qū)、工作面設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)，是礦井高產(chǎn)高效建設(shè)的可靠地質(zhì)保障。

2)三維地震勘探控制煤層及基巖面起伏狀態(tài)是連續(xù)的，是鉆探無(wú)法相比的。它不僅可以確定總體形態(tài)變化，而且能控制2．3#和8#煤層的埋藏深度。根據(jù)鎮(zhèn)城底礦的開采實(shí)踐，三維地震勘探確定煤層及基巖面形態(tài)是可靠的，能真實(shí)地反映煤巖層起伏規(guī)律，滿足了采區(qū)設(shè)計(jì)及施工的要求。