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煤矿构造地震勘探技术思考

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1三维地震野外施工方法

1.1试验工作施工前先进行低速带调查,并进行各种参数试验,具体参数如下:a)基岩出露区用风钻钻进成孔,孔深3m,药量选为1kg~1.5kg;b)薄黄土覆盖区风钻成孔,孔深至基岩面下1m~2m,药量选为1kg~1.5kg;c)厚黄土覆盖区机械钻(机械钻到达不了的地方用洛阳铲)成孔,孔深至基岩面,药量选为2kg~3kg;d)本区干扰波主要有面波、声波和一些随机干扰,采取埋闷井和压土袋,压制干扰较为明显。

1.2观测系统的确定

1.2.1覆盖次数选择覆盖次数选择取决于与信噪比有关的因数:随机噪声强弱、压制多次波、保证速度分析精度和表层静校正量求取质量[1]。本区地震勘探的覆盖次数选为4×5=20次。

1.2.2最大炮检距Xmax选择最大炮检距选择要考虑的因素包括:大入射角入射时对反射系数稳定性的影响、动校拉伸畸变对信号频率的影响、速度分析精度要求等。为防止大入射角入射时反射系数不稳定的影响,最大炮检距应近似等于主要目标深度,即:Xmax≈目标深度。本次勘探的最大主要目的层5#煤层的深度约450m,最大炮检距应在360m~500m附近较为合理,这同时也避免了因动校正引起的拉伸畸变、接口曲率变化引起的反射点弥散现象。

1.2.3镶边宽度镶边宽度选择主要考虑:目的层埋深及勘探边界岩沿X、Y方向的最大倾角。本区地层总体走向南北,倾向西,倾角一般为3°~10°。5#煤层在西部埋藏深度约480m,垂直西边界最大倾角10°左右,其镶边宽度应为84m,本次镶边宽度为95m。

1.2.4检波器及组合选用依据完成地质任务所需主频及频带,由检波器频率特征分析,选用自然频率为60Hz的数字检波器可以兼顾。考虑本区地形复杂等特点,拟采用3串组合检波器同坑、无组内距的检波器组合方式。

1.2.5观测系统观测系统参数见表1。

1.3本区施工技术难点及针对性措施a)由于本区表、浅层地震地质条件极为复杂———黄土覆盖层较厚及基岩风化岩出露,为获得较好单炮记录、完成地质任务,必须改善激发条件。根据在邻区的三维地震勘探施工经验,采用不同成孔工具,包括:机械钻、洛阳铲、风钻等。在区东南部黄土较厚地区,井深达到30m。在炮井下药后埋井闷井,使震源药柱与炮井孔壁最佳耦合,对于<5m的炮井还在上面加压沙袋,压制面波及声波干扰。针对本区刮风对记录有较大影响,采用了挖坑埋实和去掉检波点周围附近杂物的方法,保证检波器附近没有干扰源;b)本区施工过程中另一个不利因素是村庄等建筑物。测区内有多个村庄,村庄部位采用三维观测系统变观软件进行变观,具体方法为采用大排列接收,增加炮点。检波器尽可能沿设计位置翻墙越户铺设,遇到房屋可偏移布置,但要通知施工员。对村内及周边所有炮点、检波点进行复测;c)三维测区内有多条电力线通过,主要分布在西边界处,西部边界附近有北同蒲铁路线,车流量较大,其方向与三维测线垂直。多种干扰同时影响地震采集工作,对地震单炮记录有一定影响。针对此情况,在该部位采取了以下应对措施:(a)加强放炮时的背景噪音监控;(b)增加接收道数,提高该部分叠加次数,保证叠加剖面质量;d)针对本区地表高差变化大,地表地震地质条件复杂等实际情况所设计的10线8炮观测系统,具有共面元道集内炮检距分布均匀,反射方位角分布均匀等特点。既可保证同时接收浅、中、深各个目的层信息,又能提高速度分析精度;同时,均匀分布的较广反射方位角可真实显示三维地震反射波的射线特点,提高成像精度;e)本次施工采用60Hz高灵敏度检波器,尽量提高高频反射信号。检波器挖坑埋置,清除周边杂草,以减少外界高频干扰。

2地震资料处理和解释方法

2.1资料处理在本次数据处理中,结合勘探区地质任务和勘探区浅、深层地震地质条件,在试处理基础上,选择了适合本区特点的处理模块及处理参数,针对性地制定处理流程,做好每一个处理环节的质量监控,确保了处理成果的质量和效果。主要流程包括:静校正处理、真振幅恢复和压制干扰波的处理、速度分析、剩余静校正处理及三维保幅叠加、叠后处理、偏移等。

2.2资料解释a)搜集整理工区内钻井资料、测井资料、生产和测试资料等,分析区内地质构造规律,对所有资料归类、统计并建档,以备随时调取使用;建立解释工作数据库,加载所有必要资料;b)利用三维可视化(旋转、光照、透视)技术及动态演示功能,了解工区构造特征及地层接触关系等背景;c)快速提取反射波属性,对工区构造特征,特别是断层展布规律作进一步认识;d)收集工区的井曲线及以往地震资料,认识、分析并借鉴以往所标定的各主要目的层波组特征,并应用于工区标定;e)资料解释时,任意向时间剖面和水平切片、层拉平切片及各种属性分析相结合,先用大网格进行层位闭合及大构造解释,之后逐步加密作详细解释。同时运用三维可视化、水平时间切片、属性解释等技术进行综合解释研究,最终形成精细解释方案[2];f)根据解释成果,进行各种图件的制作。

3勘探结果及验证情况

经过野外数据采集及室内资料处理、解释,全区共揭露断层16条、陷落柱1个。该公司在勘探区范围内进行地面钻探,对区内个别大断层进行了验证,在生产过程中所揭露断层对勘探确定断层进行进一步验证。如在2#煤首采工作面掘进中,遇见了地震所圈定的断层4条,位置在允许偏移范围内。但落差小于5m的断层在回采过程中有时没有,该处仅有岩性变化,且落差判断不准确。

4结语

三维地震勘探对大于5m的断层及主采煤层赋存情况探测起到很好效果,根据地震勘探成果对原矿井采区设计进行了优化修改,确保了煤矿投产后顺利施工。高分辨率三维地震勘探对于综采矿井是很有必要推广的一项探查手段。

作者:刘光辉 单位:山西省煤炭工业厅煤炭资源地质局

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