三維地震勘探技術(shù)在構(gòu)造控制方面的運(yùn)用

郭 軍

（山西晉能集團(tuán)晉城有限公司安監(jiān)局，山西晉城 048000）

0 引言

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)某礦由7 家關(guān)閉的小煤礦整合而成，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造比較簡單，呈單斜構(gòu)造，井田內(nèi)有3 條大斷層，整合前由于小煤礦私挖濫采，內(nèi)部采空積水較多，且開采范圍不明確，制約了該礦開采的規(guī)劃，也加大了煤礦安全管理的難度。為此該礦與一家物探部門合作，查明該礦地質(zhì)情況。本次勘探的2 個區(qū)塊面積3.34km2，滿16 次覆蓋面積3.85km2，工程于2010 年施工完成。

1 本次勘探的地質(zhì)任務(wù)

（1）查明有效控制面積內(nèi)落差≥5m 的斷層的性質(zhì)、產(chǎn)狀、及延伸長度，其平面擺動誤差≤30m，對5m＞落差≥3m 的斷點(diǎn)及勘探中遇到的疑點(diǎn)、不確定點(diǎn)作出解釋。

（2）查明直徑≥25m 的陷落柱，盡可能查明20m 左右的陷落柱。

（3）查明3#煤層的底板起伏形態(tài)，查明15#煤層的底板起伏形態(tài)，深度誤差≤2.0%。

（4）查明波幅大于或等于10m 的褶曲。

（5）查明古窯、小窯采空區(qū)范圍及煤層沖刷變薄區(qū)。

2 地球物理特征

2.1 表、淺層地震地質(zhì)條件

本區(qū)地表可劃分為3 種類型。

黃土覆蓋區(qū)：巖性以含砂粘土及砂質(zhì)粘土為主，含鈣質(zhì)結(jié)核，厚度變化在0～10m，干黃土結(jié)構(gòu)，這給炮井成孔和激發(fā)帶來很大的困難。

坡積物區(qū)：分布于局部山梁緩坡上范圍小，厚度0～3m，坡積物成份復(fù)雜，既有黃土、砂土填充，又有風(fēng)化巖石碎塊，成孔困難，激發(fā)條件極差，范圍不大。

基巖出露區(qū)：出露巖性為中、細(xì)粒砂巖、砂質(zhì)泥巖及泥巖，巖石風(fēng)化嚴(yán)重，大部分地段易于成孔且激發(fā)條件較好，個別地段不易成孔。復(fù)雜的地形條件和淺層地質(zhì)結(jié)構(gòu)，對地震波的激發(fā)和接收均十分不利。

2.2 深層地震地質(zhì)條件

15#煤層厚且全區(qū)穩(wěn)定，與其頂、底板圍巖存在明顯的波阻抗差異，能夠形成能量強(qiáng)、波形突出、穩(wěn)定且全區(qū)可連續(xù)追蹤對比的反射波（T15 波），是本次地震勘探的主要目的波，也是地質(zhì)解釋的主要依據(jù)。3#煤層屬相對穩(wěn)定可采煤層，平均厚度1.20m，因此，以3#煤層為主所形成的反射波（T3 波）能量也較強(qiáng)。

3 觀測系統(tǒng)

本次三維地震觀測系統(tǒng)綜合考慮了勘探區(qū)的地質(zhì)任務(wù)、地形地貌、目的層的賦存深度、構(gòu)造等情況，結(jié)合本勘探區(qū)15 號煤層埋深特點(diǎn)（本區(qū)目的層15#煤層埋深變化范圍北塊15#煤層埋藏深度380～550m，南塊15#煤層埋藏深度260～440m），北塊區(qū)采用端點(diǎn)放炮56 道接收8 線8 炮規(guī)則束狀觀測系統(tǒng)，南塊區(qū)采用端點(diǎn)放炮40 道接收8 線8 炮規(guī)則束狀觀測系統(tǒng)，使用自然頻率60Hz 的檢波器，3 串組合同坑埋置方式。本次設(shè)計(jì)的觀測系統(tǒng)具有炮檢距分布均勻、方位角分布較寬等特點(diǎn)，有利于速度分析、多次波衰減和靜校正求解，鑲邊范圍；南塊南北邊界平均40m，西邊界平均60m，東邊界平均30m，北塊南北邊界平均40m，西邊界平均60m，東邊界平均10m。

4 資料處理

本次地震勘探資料數(shù)據(jù)處理是在涿洲市深達(dá)計(jì)算機(jī)服務(wù)部Sun Blade2000 工作站上進(jìn)行的，采用法國CGG 公司—GEOVECTEURPLUS V6.1 軟件包和美國Green Mountain V5.1版本的綠山初至折射靜校正軟件。

4.1 處理參數(shù)和流程

通過對試處理資料的反復(fù)對比分析，確定了本次資料處理的參數(shù)和流程（見圖1）。

圖1 資料處理流程圖

圖2 三維數(shù)據(jù)立體圖

圖3 縱、橫時(shí)間剖面及等時(shí)切片

4.2 處理成果及質(zhì)量評述

本次資料處理獲得了5m×5m×1ms 為單元的三維數(shù)據(jù)體（見圖2）。煤層反射波波組特征明顯，信噪比高，連續(xù)性好，剖面斷點(diǎn)清楚，達(dá)到了處理要求。在此基礎(chǔ)上取得以下成果：

（1）三維數(shù)據(jù)體5m×5m 網(wǎng)度的縱、橫時(shí)間剖面（見圖3）。

（2）三維數(shù)據(jù)體等時(shí)切片。

（3）方差數(shù)據(jù)體切片。

5 地質(zhì)成果

本次三維地震勘探的主要成果為：查明了區(qū)內(nèi)3#煤層、15#煤層的埋深及起伏形態(tài)，共查出斷層4 條，其中查明落差大于5m 的斷層2 條，解釋了落差小于5m 的斷層2 條；查明長軸直徑大于25m、短軸直徑大于20m 的陷落柱3 個；解釋3#煤層采空區(qū)2 處，異常區(qū)各1 處。

5.1 斷層控制

本次三維地震勘探共查出斷層4 條，均為正斷層，查明落差大于等于5m 的斷層2 條（F、F2），落差小于5m 的斷層2 條（F1、F3）；控制可靠斷層2 條（F、F2），控制較差及落差小于5m不與評價(jià)的斷層2 條。F 正斷層位于（南塊）東部邊界處，走向N70°E，傾向NW，傾角約75°，落差0～12m，3#、15#，煤層同時(shí)錯斷，3#、15#煤層底板上區(qū)內(nèi)延伸長度區(qū)內(nèi)450m，按20m×20m網(wǎng)度所抽取的時(shí)間剖面評價(jià)該斷層有20 個斷點(diǎn)控制，其中A級斷點(diǎn)10 個，B 級斷點(diǎn)6 個，C 級斷點(diǎn)4 個，按斷層評級標(biāo)準(zhǔn)，該斷層控制程度可靠（見圖4）。

圖4 F 正斷層在時(shí)間剖面上的反映

5.2 3#煤層采空區(qū)及15#煤層異常區(qū)的控制

3#煤層采空區(qū)（南塊）：

Ⅰ采空區(qū)：位于勘探區(qū)的南部，在時(shí)間剖面上T3 波表現(xiàn)為能量變?nèi)?、振幅降低、反射波同相軸呈蚯蚓狀間斷連續(xù)等特征，面積約0.03km2。

Ⅱ采空區(qū)：位于勘探區(qū)的東南部，在時(shí)間剖面上T3 波表現(xiàn)為能量變?nèi)?、振幅降低、反射波同相軸不連續(xù)下凹、時(shí)間發(fā)生延遲、呈蚯蚓狀間斷連續(xù)等多種特征，面積約0.15km2。2 塊共計(jì)面積約0.18km2。

結(jié)論：2013 年該礦開采均揭露F1、F2斷層，落差F1=3.6m，F(xiàn)2=8m，斷層導(dǎo)水性較弱，與本次物探報(bào)告對比，判斷性較高，位置準(zhǔn)確，產(chǎn)狀基本查明。因此該技術(shù)在公司得到了普遍應(yīng)用。