發(fā)耳煤礦復(fù)雜條件下三維地震勘探效果分析

發(fā)耳煤礦復(fù)雜條件下三維地震勘探效果分析

魏燧1，肖永洲2

(1.兗礦集團(tuán)有限公司，山東 鄒城 273500；2.兗礦貴州能化有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081)

[摘要]分析了發(fā)耳煤礦復(fù)雜的地形條件、構(gòu)造條件、煤層條件、物性條件，根據(jù)該礦的地質(zhì)條件，提出了三維地震勘探的技術(shù)對(duì)策，依據(jù)采掘揭露資料、井下鉆探資料、地面鉆探資料，對(duì)發(fā)耳煤礦三維地震勘探的效果進(jìn)行了驗(yàn)證，三維地震勘探成果煤層埋深相對(duì)誤差一般小于4%，可基本控制落差大于10m的斷層，同時(shí)指出了三維地震勘探在貴州煤礦應(yīng)用需要解決的技術(shù)難點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞]復(fù)雜條件；三維地震勘探；勘探效果；分析

[中圖分類號(hào)]TD166[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[收稿日期]2014-05-26

DOI[]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.01.007

[作者簡(jiǎn)介]魏燧(1961-)，男，山東菏澤人，高級(jí)工程師，兗礦集團(tuán)資源開(kāi)發(fā)部部長(zhǎng)，從事礦井建設(shè)管理、西南部及西部煤炭資源項(xiàng)目的建設(shè)開(kāi)發(fā)工作。

3-D Seismic Exploration Effect of Faer Colliery under Complex Condition

[引用格式]魏燧，肖永洲.發(fā)耳煤礦復(fù)雜條件下三維地震勘探效果分析[J].煤礦開(kāi)采，2015，20(1)：23-25，44.

發(fā)耳煤礦位于貴州省水城縣發(fā)耳鄉(xiāng)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力3Mt/a，劃分為2個(gè)獨(dú)立的井區(qū)——一井區(qū)和二井區(qū)。一井區(qū)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.8Mt/a，為生產(chǎn)礦井，平硐-斜井開(kāi)拓，采用長(zhǎng)壁后退式采煤法，綜合機(jī)械化開(kāi)采，全部陷落法管理頂板，生產(chǎn)采區(qū)為一采區(qū)和三采區(qū)，開(kāi)拓采區(qū)為五采區(qū)；二井區(qū)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.2Mt/a，為基建礦井，斜井開(kāi)拓，正在建設(shè)。2009年以來(lái)，發(fā)耳煤礦完成了一井區(qū)1.96km2、二井區(qū)4.8km2的三維地震勘探[1-2]。

貴州煤礦的地形地貌條件、地質(zhì)構(gòu)造條件、煤層賦存條件都比較復(fù)雜，地震地質(zhì)條件較差，采區(qū)三維地震勘探起步較晚，應(yīng)用尚不廣泛，三維地震勘探效果實(shí)際驗(yàn)證資料少，尚未有系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。

1三維地震勘探條件

1.1　地形起伏大，條件復(fù)雜

發(fā)耳煤礦地處云貴高原，地形條件總體上受區(qū)域性地質(zhì)構(gòu)造和巖性控制，屬高原高中山地貌，大部屬典型的巖溶山區(qū)，地形與巖性、構(gòu)造、風(fēng)化剝蝕相關(guān)。碳酸鹽巖地層呈溶蝕洼地、山峰，喀斯特地貌較發(fā)育；碎屑巖地層則表現(xiàn)為長(zhǎng)梁山、沖溝，以河谷、沖溝等侵蝕地貌為主。地形標(biāo)高900～1915.6m，相對(duì)最大高差可達(dá)1015.6m，一般相對(duì)高差500m，含煤地層出露標(biāo)高一般為900～1300m。地表發(fā)育有緩坡、臺(tái)階、沖溝和懸崖陡壁，地形迭宕起伏，切割劇烈，山勢(shì)陡峻，相對(duì)復(fù)雜，給地震測(cè)線測(cè)量和野外資料采集造成很大困難。

1.2　煤層厚度薄，穩(wěn)定性較差

井田內(nèi)地層由下到上依次發(fā)育有二疊系中統(tǒng)峨嵋山玄武巖組(P2β)、龍譚組(P2l)，三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)、永寧鎮(zhèn)組(T1yn)及第四系(Q)。

煤層厚度較薄，以1.0～2.0m厚度薄煤層和中厚煤層為主，沒(méi)有超過(guò)3.5m的厚煤層；煤層穩(wěn)定程度低，屬于較穩(wěn)定～極不穩(wěn)定類型；煤厚變異系數(shù)大，一般30%～80%，出現(xiàn)煤厚變薄帶和無(wú)煤帶，厚度變化規(guī)律性不強(qiáng)；煤層傾角一般4～28°，平均15°左右，傾角變化也大。1煤平均厚度1.75m，位于煤系地層頂部，上距龍?zhí)督M頂界平均13.60m，下距3層煤頂界平均10.58m，為三維地震勘探的第一個(gè)目的層。

1.3　地質(zhì)構(gòu)造條件較復(fù)雜

受燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)影響，斷層條數(shù)多、密度大，小褶曲、小斷層發(fā)育，對(duì)井巷開(kāi)拓和煤層開(kāi)采影響較大，地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜。

1.4　地震地質(zhì)條件差

淺表層第四系巖性為黏土、碎石夾雜泥土，坡堆積層松散，在土中激發(fā)產(chǎn)生的面波能量強(qiáng)，且易生成強(qiáng)能量淺層多次反射—折射波，干擾有效波。

淺部永寧鎮(zhèn)組石灰?guī)r厚度達(dá)100m以上，在溝谷地段有土層覆蓋，近地表巖性橫向、縱向變化較快，對(duì)地震資料的成像造成較大影響，對(duì)煤層反射波有一定的屏蔽作用。

淺表層地震地質(zhì)條件差，淺層及深層地震地質(zhì)條件一般。成孔施工難度大，激發(fā)條件較差，給測(cè)線施測(cè)、成孔、地震波的激發(fā)和接收都帶來(lái)很大的困難，也提高了成本費(fèi)用。

2復(fù)雜條件下開(kāi)展三維地震勘探的技術(shù)對(duì)策

發(fā)耳煤礦三維地震勘探為典型的山地三維地震勘探，對(duì)勘探區(qū)進(jìn)行全面踏勘，深入分析研究地貌、巖性條件，從提高數(shù)據(jù)采集質(zhì)量和數(shù)據(jù)處理質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面考慮，認(rèn)為激發(fā)方法、成孔技術(shù)、大高差的靜校正方法為物探工作的技術(shù)難點(diǎn)，并采取了針對(duì)性技術(shù)措施，基本解決了復(fù)雜條件下的三維地震勘探技術(shù)難點(diǎn)。

為獲得高分辨地震資料，采取了高定位精度、高空間采樣率、高時(shí)間采樣率、高覆蓋次數(shù)的對(duì)策；對(duì)采集參數(shù)和試驗(yàn)方案進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)施了檢波器挖坑埋實(shí)和激發(fā)井埋實(shí)，干擾嚴(yán)重時(shí)不施工，避開(kāi)高頻環(huán)境噪聲干擾，杜絕坑炮和淺井炮。

2.1　激發(fā)方法選擇

為避免地震波能量吸收及散射，杜絕坑炮和淺井炮，鉆孔必須打到高速層，且必須采用悶井激發(fā)，杜絕開(kāi)花炮，采用QPY-30鉆機(jī)或WTZ-301風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)成孔且打到基巖下一定深度的高速層，深井激發(fā)，并采用泥漿、水、砂土進(jìn)行封孔，使其產(chǎn)生集中向下的爆發(fā)力，提高激發(fā)能量、激發(fā)頻率，在有效地避免聲波的同時(shí)盡可能地壓制面波干擾，從而提高低頻信號(hào)的信噪比；在基巖中激發(fā)，可提高地震子波的主頻和地震波的分辨率，為取得優(yōu)質(zhì)的原始地震數(shù)據(jù)提供技術(shù)保證。

井深效果分析：試驗(yàn)井深為4m，6m，7m，8m，9m，10m，12m，14m，16m，18m，單井激發(fā)。當(dāng)試驗(yàn)點(diǎn)位于地勢(shì)較高處、覆蓋土層較厚時(shí)，淺層巖層風(fēng)化嚴(yán)重，井深小于10m，記錄面貌差，有效波不突出，面波較重；井深大于10m，有效波較明顯，反射波能量強(qiáng)。試驗(yàn)點(diǎn)位于低洼處時(shí)，井深大于6m，有效波的能量均較突出。隨著井深的增加，有效波的能量有所增強(qiáng)，當(dāng)井深大于10m時(shí)，激發(fā)效果基本沒(méi)有變化，因此確定最佳井深大于10m。

藥量效果分析：每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均采用最佳井深10m進(jìn)行藥量試驗(yàn)，分別進(jìn)行0.5kg，1.5kg，2.0kg，2.5kg，3.0kg藥量試驗(yàn)，除了0.5kg藥量激發(fā)的背景干擾稍重外，其余藥量激發(fā)均取得良好的地震效果，為確保取得良好的記錄資料，確定藥量為1.5kg。

通過(guò)井深、藥量試驗(yàn)，最終確定井深藥量組合方式為井深大于10m、藥量1.5kg。

2.2　檢波器及接受方式選擇

勘探區(qū)為山區(qū)，地形復(fù)雜，樹(shù)木多，造成單炮記錄的背景干擾嚴(yán)重，對(duì)資料信噪比影響較大，為消除其影響，采用抗干擾能力強(qiáng)的60Hz檢波器，采用3只檢波器串聯(lián)零基距組合方式，檢波器靈敏度高。在野外施工中抓好檢波器埋置的工作，力求使檢波器與地表土壤或巖石組成一個(gè)阻尼較好的振動(dòng)系統(tǒng)，壓制地表隨機(jī)高頻噪聲，為提高高頻段有效波的信噪比打好基礎(chǔ)。在裸露巖石區(qū)域，為使檢波器與巖石耦合較好，采用輕便發(fā)電機(jī)和電鉆等設(shè)備成小孔，將檢波器尾錐直接插入孔內(nèi)，巖石和孔壁間充填物質(zhì)，使檢波器與地表土壤或巖石組成一個(gè)阻尼較好的振動(dòng)系統(tǒng)，提高了高頻段有效波的信噪比。

2.3　復(fù)雜山區(qū)觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

勘探區(qū)內(nèi)溝梁發(fā)育，地表落差較大，根據(jù)地貌特點(diǎn)將勘探區(qū)劃分為數(shù)個(gè)小區(qū)，為增加采集方位角的寬度和偏移距的均勻度，更合理地獲取物探信息，采用了8線8炮常規(guī)觀測(cè)系統(tǒng)與塊狀特殊觀測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合的方式，大大提高采集方位角的分布范圍，對(duì)偏移距的分布范圍也有明顯改善，同時(shí)輔以高覆蓋次數(shù)，提高了信噪比。

2.4　最佳觀測(cè)范圍調(diào)查

勘探過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)加大排列長(zhǎng)度，對(duì)試驗(yàn)段進(jìn)行了試處理，得到高信噪比的地震時(shí)間剖面，進(jìn)行了覆蓋次數(shù)的對(duì)比處理，在200ms，300ms，400ms左右，形成3組較強(qiáng)的反射波，可以滿足地震解釋的要求。

3三維地震勘探地質(zhì)成果

通過(guò)三維地震勘探，控制了主采煤層的形態(tài)，查明了主要構(gòu)造及發(fā)育規(guī)律，控制了主要煤層厚度變化趨勢(shì)。

一井區(qū)原構(gòu)造展布方式是根據(jù)鉆孔資料及地面出露的地層資料，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造規(guī)律推斷而來(lái)，斷層的性質(zhì)、產(chǎn)狀、落差及地層的走向、傾向、傾角等分析判斷均存在較大局限性。共組合斷層7條，全部為正斷層，斷層落差20～55m，走向NW30°左右，3條斷層傾向NE60°，4條斷層傾向NW60°，平行排列，斷層之間的間距由西往東依次為40m，170m，105m，220m，220m，470m，形成一系列的地塹、地壘、臺(tái)階式構(gòu)造。由于斷層落差大，無(wú)法跨越斷層布置正規(guī)工作面，致使采區(qū)難以設(shè)計(jì)。

三維地震勘探成果否定了原斷層組合方式，對(duì)構(gòu)造方案進(jìn)行了較大的修正。一井區(qū)解釋落差10m以上斷層11條 (圖1)。

圖1　一井區(qū)三維地震勘探前后構(gòu)造對(duì)比

4三維地震勘探效果驗(yàn)證

根據(jù)三維地震勘探成果進(jìn)行了采區(qū)設(shè)計(jì)，一井區(qū)回采了10102和10103工作面，掘進(jìn)了10105工作面，掘進(jìn)了大量巷道予以驗(yàn)證(圖2)；二井區(qū)完成了補(bǔ)充勘探，有鉆探工程予以驗(yàn)證。

圖2　一井區(qū)1煤斷層三維地震勘探與實(shí)際驗(yàn)證對(duì)比

4.1　煤層埋深驗(yàn)證

一井區(qū)1煤埋深絕對(duì)誤差為-10.8～+5.2m，相對(duì)誤差為-4.80%～+2.09%，只有A3點(diǎn)為正誤差，由于受斷層影響，其他點(diǎn)均為負(fù)誤差(表1)。

表1　一井區(qū)1煤底板標(biāo)高三維地震勘探與實(shí)際驗(yàn)證對(duì)比

注：絕對(duì)誤差中比實(shí)際淺為-，比實(shí)際深為+。

二井區(qū)1煤底板標(biāo)高絕對(duì)誤差為-8.37～+39.39m，相對(duì)誤差為-3.78%～+7.19%，3個(gè)鉆孔中為負(fù)誤差，其他8孔中為正誤差，BJ1304鉆孔由于斷層影響，誤差最大，達(dá)到+39.39m(表2)。

表2　二井區(qū)1煤底板標(biāo)高三維地震勘探與實(shí)際驗(yàn)證對(duì)比

注：絕對(duì)誤差中比實(shí)際淺為-，比實(shí)際深為+。

4.2　斷層驗(yàn)證

一井區(qū)井巷工程及井下鉆探驗(yàn)證斷層6條，斷層落差的誤差最大為5m，較為準(zhǔn)確；斷層的平面位置擺動(dòng)誤差為50～91m，誤差較大。F-12斷層延展長(zhǎng)度誤差較大，F(xiàn)-13斷層實(shí)際揭露分岔為2條，探F9，F(xiàn)10斷層實(shí)則為1條；10102和10103工作面回采揭露5條落差1.1～5.7m的小斷層，三維地震勘探中沒(méi)有查出(表3)。

表3　一井區(qū)1煤層斷層三維地震勘探與實(shí)際驗(yàn)證對(duì)比

二井區(qū)補(bǔ)充勘探驗(yàn)證斷層5條，F(xiàn)J1305斷層落差的誤差最大為30m，B1101鉆孔未控制到F28斷層；斷層的平面位置擺動(dòng)誤差為10～50.5m(表4)。

表4　二井區(qū)1煤層斷層三維地震勘探與實(shí)際驗(yàn)證對(duì)比

5結(jié)束語(yǔ)

(1)通過(guò)試驗(yàn)研究，找出適用于勘探區(qū)不同巖性地層的激發(fā)方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)采集參數(shù)和試驗(yàn)方案，正確進(jìn)行靜較正，保證了數(shù)據(jù)采集質(zhì)量和資料處理質(zhì)量，達(dá)到了三維地震勘探目的。

(2)發(fā)耳煤礦三維地震勘探煤層埋深相對(duì)誤差一般小于4%，但局部絕對(duì)誤差較大；可基本控制落差大于10m的斷層，但對(duì)斷層落差、平面擺動(dòng)位置控制誤差較大；對(duì)落差小于10m的斷層，控制程度差。

(3)只要在充分踏勘、理論分析的基礎(chǔ)上，深入研究復(fù)雜的地形、地質(zhì)、物性條件，進(jìn)行充分的井深、藥量、檢波器組合方式、觀測(cè)系統(tǒng)排列組合方式等試驗(yàn)，找出適用于不同巖性地層，尤其在厚層石灰?guī)r出露條件下的激發(fā)方式；正確進(jìn)行靜較正，提高數(shù)據(jù)采集質(zhì)量和資料處理質(zhì)量，三維地震勘探在復(fù)雜條件下同樣可以取得較好的效果。

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[責(zé)任編輯：施紅霞]

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