車寨礦井首采區(qū)三維地震勘探淺析

侯亞平

（山西晉城興唐煤業(yè)有限公司 ，山西 晉城 048000）

1 工程概況

西晉城興唐煤業(yè)有限公司下屬礦井車寨礦井地跨沁水縣胡底鄉(xiāng)和澤州縣下村鎮(zhèn)，位于沁水煤田的東南部。由以往地質(zhì)資料可知，該井田主要含3層煤，其中3#煤層均厚為5.35m，9#煤層均厚為0.91m，15#煤層均厚為3.53m，井田內(nèi)構(gòu)造總體為一組寬緩的背向斜。根據(jù)煤礦生產(chǎn)建設(shè)和安全的需要,為了查明車寨礦井首采區(qū)內(nèi)構(gòu)造的控制情況，現(xiàn)對車寨礦井首采區(qū)進(jìn)行地面勘探工作，本次三維地震勘探面積5.106km2。

2 三維地震勘探施工參數(shù)及精度的確定

2.1 激發(fā)條件的確定[1]

高分辨率是三維地震勘探突出特點，并且不同的施工方法會對施工效率及勘探結(jié)果造成較大影響。因此為了得到更精確的結(jié)果，在借鑒鄰區(qū)三維地震勘探的施工經(jīng)驗，并分析其試驗資料及生產(chǎn)資料后，認(rèn)為影響本區(qū)的主要因素是激發(fā)條件，所以主要針對不同井深、藥量進(jìn)行了充分的試驗工作。最終確定激發(fā)條件為：黃土中的孔深為6～8m，全部打到基巖面，藥量為1kg；基巖出露區(qū)井深為3m，藥量為1kg；坡積物區(qū)井深為3m，藥量為2kg，遇特殊情況無法成孔時挖2m深坑，藥量為1kg。

2.2 觀測系統(tǒng)及參數(shù)

綜合考慮車寨礦井首采區(qū)的地形地貌、目的層的賦存深度、構(gòu)造等情況后，設(shè)計本次觀測系統(tǒng)為8線8炮端點放炮56道接收的束狀規(guī)則，炮檢距分布均勻，檢波器使用自然頻率60Hz的高頻檢波器，3串組合同坑埋置。所用儀器為408UL三維數(shù)字地震儀，該儀器的工作道數(shù)為448道，采樣間隔1ms，頻帶寬度為 0～512Hz，前放增益為 12db。

2.3 精度要求及平差檢驗[2]

2.3.1 GPS網(wǎng)布設(shè)特點與施測

測區(qū)周圍有國家Ⅱ等三角點武神山，Ⅳ等三角點楊山和東嶺，經(jīng)檢查標(biāo)石保存完好，可以作為本區(qū)GPS網(wǎng)施測的平面和高程起算數(shù)據(jù)。起算點檢查數(shù)據(jù)如表1：

表1 GPS網(wǎng)施測的平面和高程起算數(shù)據(jù)

2.3.2 精度要求及檢驗

本次使用南方測繪軟件進(jìn)行基線向量解算作業(yè)，在基線解算后需及時進(jìn)行閉合差檢驗。

GPS網(wǎng)同步環(huán)閉合差檢驗；

首先根據(jù)規(guī)范計算GPS網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)差，公式為：

式中：a為誤差要求，取10mm；b為比例誤差，取20ppm；d為平均邊長，取5.1km。

GPS網(wǎng)同步環(huán)閉合差要求：

GPS異步環(huán)閉合差檢驗的檢驗：

式中：n為閉合環(huán)邊數(shù)，σ為相應(yīng)級別規(guī)定的精度。

GPS網(wǎng)平差：

網(wǎng)平差采用中海達(dá)GPS軟件進(jìn)行，經(jīng)過檢驗后的基線全部用于網(wǎng)平差。

首先進(jìn)行無約束平差，平差后的精度為：

X方向最大中誤差為：0.0014m（楊山）；Y方向最大中誤差為：0.0023m（楊山）；H高程最大中誤差為：0.0021m（楊山）；最弱邊相對中誤差為：1/207386（E004→E007）。

其次進(jìn)行約束平差，平差后的精度為：

X方向最大中誤差為：0.0019m（楊山）；Y方向最大中誤差為：0.0028m（楊山）；H方向最大中誤差為：0.0056m（E006）；最弱邊相對中誤差為：1/102547（E004→E007）。

從以上精度看，滿足規(guī)范和設(shè)計對GPS控制點的精度要求。本區(qū)三維地震勘探測量工作共布置E級GPS點10個，共完成地震測線16束，總計測點26893個。

3 三維地震勘探結(jié)果分析

3.1 原始資料處理

本次車寨礦井首采區(qū)三維地震勘探所得原始資料反射波信噪比較高，初至波清晰，總體品質(zhì)優(yōu)良。在借鑒參考其他地質(zhì)勘探工程后[3-4]，選擇三維一步有限差分偏移方法進(jìn)行原始資料靜校正處理。為了使反射波較好地歸位，得到斷點、斷塊清晰，剖面構(gòu)造形態(tài)清楚的圖像，需要選取合適的偏移速度。本次在80%到100%之間的偏移速度進(jìn)行試驗，通過觀察斷點，發(fā)現(xiàn)90%偏移速度效果較好，最終選定90%偏移速度。靜校正前后單炮記錄對比圖如圖1所示。

圖1 靜校正前后單炮記錄對比圖

3.2 構(gòu)造控制解釋

3.2.1 斷層

本次車寨礦井井田三維地震勘探共探測到26條正斷層，其中有7條斷層的落差大于等于5m，其余19條斷層的落差均小于5m?？刂瓶煽繑鄬?條，控制較可靠斷層2條，控制程度較低不予評價的斷層19條。現(xiàn)敘述落差大于等于5m的斷層中較典型的F1正斷層及F23正斷層。

位于勘探區(qū)南部邊界處的F1正斷層，落差0～18m，走向 N60°E，傾向 SE，傾角約 75°。3#、15#煤層錯斷，底板上延伸長度450m，按20m×20m網(wǎng)度所抽取的時間剖面評價，該斷層

由14個A級斷點，6個B級斷點，6個C級斷點，共26個斷點控制，為控制程度可靠的斷層，如圖2所示。

圖2 F1正斷層在時間剖面上的反映

圖3 F23正斷層在時間剖面上的反映

F23正斷層位于勘探區(qū)東北部，走向N，傾向E，傾角約75°，3#煤層錯斷，落差0～6m，3#煤層底板上延伸長度200m，按20m×20m網(wǎng)度所抽取的時間剖面評價，該斷層由3個A級斷點，3個B級斷點，2個C級斷點，共8個斷點控制，為控制程度較可靠的斷層，如圖3所示。

3.2.2 陷落柱

本次車寨礦井井田三維地震勘探共探測到24個陷落柱，其長軸直徑均大于25m，因此本區(qū)陷落柱比較發(fā)育。其中控制較差的陷落柱有8個，控制較可靠的陷落柱有12個，控制可靠的陷落柱有4個?，F(xiàn)敘述其中較典型的 X1，X1，X11陷落柱。

X1陷落柱位于勘探區(qū)南部邊界處，區(qū)內(nèi)形態(tài)為近長方形狀，空間形態(tài)為反漏斗狀，3#煤層底板圖上長軸方向N，長軸長150m，短軸長70m，15#煤層長軸長170m，短軸長85m，在時間剖面上T3、T15反射波同相軸有下凹、且T15反射波能量變?nèi)?，陷落特征較為明顯。按20m×20m網(wǎng)度所抽取的時間剖面評價，該陷落柱由6個A級斷陷點，4個B級斷陷點，8個C級斷陷點，共18個斷陷點控制，為控制較可靠陷落柱，如圖4所示。

圖4 X1陷落柱在時間剖面上的反映

位于勘探區(qū)東南部的X8陷落柱，長軸方向N，為反漏斗狀的空間形態(tài)，呈近圓形的平面形態(tài)，在煤層底板圖上觀察發(fā)現(xiàn)，3#煤層長軸長22m，短軸長20m，15#煤層長軸長30m，短軸長30m。在時間剖面上T3、T15反射波同相軸下凹；按20m×20m網(wǎng)度所抽取的時間剖面上有4個斷陷點控制，其中B級斷陷點2個，C級斷陷點2個，為控制較差陷落柱，如圖5所示。

圖5 X8陷落柱在時間剖面上的反映

位于勘探區(qū)中南部的X11陷落柱，長軸方向近N30°E，為反漏斗狀的空間形態(tài)，呈橢圓形的平面形態(tài)。在煤層底板圖上觀察發(fā)現(xiàn)，3#煤層長軸長50m，短軸長30m，15#煤層長軸長60m，短軸長40m。在時間剖面上T3波同相軸中斷，能量變?nèi)酰话?0m×20m網(wǎng)度所抽取的時間剖面上有12個斷陷點控制，其中A級斷陷點4個，B級斷陷點4個，C級斷陷點4個，為控制較可靠陷落柱，如圖6所示。

圖6 X11陷落柱在時間剖面上的反映

3.2.3 褶曲

本區(qū)總體為走向北東傾向北西的單斜構(gòu)造，在此基礎(chǔ)上發(fā)育了次一級的小褶曲，全區(qū)共查明幅度大于10m的褶曲3個。S1背斜位于勘探區(qū)東南部，軸向總體為S80°W，向NW方向傾伏，區(qū)內(nèi)延伸長度約1100m，兩翼基本對稱，傾角3～8°左右，區(qū)內(nèi)最大起伏幅度約20m，該背斜控制可靠；S2向斜位于勘探區(qū)中部，軸向總體為N70°E，向SW方向傾伏，區(qū)內(nèi)延伸長度約2200m，兩翼基本對稱，傾角2°～8°左右，，區(qū)內(nèi)最大起伏幅度約25m，該向斜控制可靠；S3背斜位于勘探區(qū)中北部，軸向總體為N60°E，向SW方向傾伏，區(qū)內(nèi)延伸長度約2200m，兩翼基本對稱，傾角5°～12°左右，區(qū)內(nèi)最大起伏幅度約35m，該向斜控制可靠。

4 結(jié)論

本次對通過對車寨礦井首采區(qū)進(jìn)行三維地震勘探，發(fā)現(xiàn)勘探區(qū)地層總體為一走向近NE，傾向NW，傾角2～12o的單斜構(gòu)造，在此基礎(chǔ)上發(fā)育次一級小褶曲3條；26條正斷層，其中有7條斷層的落差大于等于5m，其余19條斷層的落差均小于5m；24個陷落柱，其長軸直徑均大于25m，控制較差的陷落柱有8個，控制較可靠的陷落柱有12個，控制可靠的陷落柱有4個。此次三維地震勘探結(jié)果作為車寨煤礦生產(chǎn)建設(shè)和安全生產(chǎn)依據(jù)，一定程度上保證了礦方巷道掘進(jìn)及工作面回采等安全作業(yè)。