文/梁兵孫恩澤

山區(qū)煤田三維地震勘探漏解釋煤炭陷落柱原因探析

文/梁兵孫恩澤

近年來(lái)，山西省長(zhǎng)治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司委托某工程地質(zhì)技術(shù)服務(wù)公司對(duì)井田內(nèi)北采區(qū)進(jìn)行三維地震勘探工作。但近期根據(jù)掘進(jìn)巷道揭露情況來(lái)看，三維地震勘探未對(duì)3-702采面長(zhǎng)軸120m、短軸70m的陷落柱作出解釋。陷落柱的存在，不但破壞煤層，減少可采儲(chǔ)量，影響綜采機(jī)械化采煤順利進(jìn)行，更重要的是它往往成為水和瓦斯突出的重要通道，給礦井安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重威脅。為此，經(jīng)坊煤業(yè)公司重新將三維地震勘探資料進(jìn)行對(duì)比，對(duì)3-702采面漏解釋陷落柱的原因作出分析，為避免今后三維地震勘探中出現(xiàn)類(lèi)似情況具有一定借鑒意義。

一、常規(guī)典型陷落柱在地震時(shí)間剖面上的響應(yīng)特征

陷落柱俗稱(chēng)“無(wú)炭柱”，是在一定的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件下，可溶性巖石溶解形成空洞，上覆非可溶性巖層向下塌陷而形成的一種特殊地質(zhì)構(gòu)造。陷落柱其平面范圍小，體積小，與一般的地質(zhì)構(gòu)造表現(xiàn)形式截然不同，這也決定了它在地震時(shí)間剖面上表現(xiàn)形式的特殊性和多解性。

較大陷落柱在水平疊加時(shí)間剖面上的表現(xiàn)特征為，反射波在小范圍內(nèi)消失或錯(cuò)斷，并伴生一些小斷層，在斷陷點(diǎn)處產(chǎn)生繞射波及延遲繞射波，斷陷點(diǎn)之間波形較雜亂，在柱頂處，可產(chǎn)生柱頂繞射波。陷落柱的剖面形態(tài)依據(jù)斷陷點(diǎn)之間的距離及上下波組的特征來(lái)確定，較小的陷落柱有所不同。判斷小型陷落柱的主要依據(jù)是水平疊加時(shí)間剖面上同相軸能量變?nèi)跻约把舆t繞射波的出現(xiàn)。見(jiàn)圖1。

圖1 常規(guī)典型陷落柱在地震時(shí)間剖面上的反映

二、本次地震勘探成果的驗(yàn)證評(píng)價(jià)方法

地質(zhì)勘探成果的驗(yàn)證主要是從煤層的賦存范圍及埋藏深度的精度、構(gòu)造或地質(zhì)異常體的控制情況和精度，以及成果表述的規(guī)范性和成圖的精度三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了客觀地評(píng)價(jià)三維地震勘探成果，經(jīng)坊煤業(yè)公司結(jié)合現(xiàn)行地震勘探規(guī)范，通過(guò)本次勘探，試圖從地質(zhì)體解釋(或定性)的正確性、位置精度和規(guī)模精度三個(gè)方面采用模糊數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)進(jìn)行綜合評(píng)定。

1.實(shí)際揭露認(rèn)為地震解釋的陷落柱確實(shí)存在，評(píng)價(jià)時(shí)則主要是從位置誤差和陷落柱規(guī)模誤差兩個(gè)方面來(lái)界定驗(yàn)證的效果。

2.一種可能是地震解釋有陷落柱存在的位置實(shí)際揭露不是陷落柱，但確實(shí)有地質(zhì)構(gòu)造或地質(zhì)異常體；另一種可能就是地震解釋有小斷層或其他地質(zhì)異常體的位置，實(shí)際揭露卻是陷落柱。這無(wú)疑屬于多解性問(wèn)題。評(píng)價(jià)時(shí)則主要應(yīng)從地震勘探規(guī)范所要求的分辨能力、位置誤差和地質(zhì)體規(guī)模誤差幾個(gè)方面來(lái)界定驗(yàn)證的效果。

3.地震解釋結(jié)果與實(shí)際揭露根本不一致。即解釋有陷落柱實(shí)際沒(méi)有或?qū)嶋H有陷落柱而解釋結(jié)果認(rèn)為沒(méi)有兩種情況。評(píng)價(jià)時(shí)則主要應(yīng)以地震勘探規(guī)范所要求的分辨極限為界來(lái)統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)。

三、本次勘探漏解釋陷落柱在地震時(shí)間剖面上的響應(yīng)特征

根據(jù)地震資料對(duì)比顯示，3-702采面長(zhǎng)軸120m、短軸70m的陷落柱在地震時(shí)間剖面上有一定的反映特征和跡象，如圖2所示，主要表現(xiàn)為3號(hào)煤層對(duì)應(yīng)的T3反射波其上的輔助相位在斷陷點(diǎn)處產(chǎn)生繞射波及延遲繞射波，但在T3反射波處該特征并不明顯，屬于一種特殊類(lèi)型的陷落柱。

圖2 漏解釋陷落柱在地震時(shí)間剖面上的反映

四、遺漏解釋陷落柱原因分析及問(wèn)題探討

地震勘探是一種間接技術(shù)手段，本身存在一定的多解性和局限性，不可能全面解決所有地質(zhì)問(wèn)題，這是地球物理界的共識(shí)。惡劣的地表?xiàng)l件不但對(duì)地震波的激發(fā)、傳播和接收有影響,且對(duì)處理的靜校正影響也非常明顯,降低資料處理成像效果和解釋的可靠性。由于勘探區(qū)地震地質(zhì)條件十分復(fù)雜，屬山區(qū)煤田，且陷落柱地震特征不明顯，具有一定的特殊性和多解性，因此解釋人員認(rèn)為該現(xiàn)象的依據(jù)不足，未能作出準(zhǔn)確的地質(zhì)解釋?zhuān)菍?dǎo)致3-702采面長(zhǎng)軸120m、短軸70m的陷落柱遺漏解釋的主要原因。

從經(jīng)坊煤業(yè)公司開(kāi)采驗(yàn)證情況和探采對(duì)比實(shí)例分析可以看出，相對(duì)平原區(qū)而言，山區(qū)三維地震勘探的精度和準(zhǔn)確率較低，包括已知的陷落柱，地震解釋的陷落柱準(zhǔn)確率還未能令人十分滿意。分析原因，山區(qū)煤田三維勘探還存在以下幾方面的技術(shù)問(wèn)題。

1.靜校正問(wèn)題沒(méi)有得到完全的解決。山區(qū)靜校正目前采用地形校正加折射波靜校正的方法。因未能很好解決因地形校正替換速度的不準(zhǔn)確性和山區(qū)無(wú)統(tǒng)一折射面，而造成的折射波校正低頻分量，最終導(dǎo)致煤層深度解釋誤差大，或出現(xiàn)假斷層、假陷落柱等偽構(gòu)造現(xiàn)象。

2.共中心點(diǎn)散射問(wèn)題嚴(yán)重，無(wú)法做到共反射點(diǎn)疊加。相對(duì)油田地震勘探來(lái)說(shuō)，因目的層淺，煤田地震勘探散射問(wèn)題更為嚴(yán)重。在山西大部分礦區(qū)，山區(qū)高差100m以上，如果山坡坡度為30°，當(dāng)煤層埋深500m時(shí)，散射范圍可達(dá)50m以上。因此，采用的共中心點(diǎn)疊加技術(shù)（非共反射點(diǎn)疊加）大大降低了橫向分辨率和勘探精度，致使出現(xiàn)漏掉陷落柱和斷層的現(xiàn)象。

3.疊后時(shí)間偏移方法對(duì)山區(qū)的不適應(yīng)所造成的誤差。由于方法的不適應(yīng)，常常使得煤層反射波成像品質(zhì)降低和構(gòu)造點(diǎn)歸位不準(zhǔn)等。表現(xiàn)在實(shí)際與地震解釋結(jié)果之間存在較大的位置誤差。

4.在資料采集方面沒(méi)有完全擺脫坑炮激發(fā)。由于山地鉆機(jī)大多比較笨重，施工效率低，成本高，因此常常不被采用。成孔大多使用人工鉆、鎬刨鍬挖、鑿眼機(jī)等方法，導(dǎo)致單炮低頻干擾波（面波、聲波）發(fā)育，高頻干擾也大，頻帶窄，主頻低，降低了原始資料的信噪比和分辨率。

5.地震勘探解釋人員對(duì)地質(zhì)規(guī)律的掌握有待加強(qiáng)。地震勘探技術(shù)的最終目的是將地震勘探資料轉(zhuǎn)換成可供直接使用的地質(zhì)成果。沒(méi)有地質(zhì)規(guī)律作指導(dǎo)或不符合地質(zhì)規(guī)律的成果其可靠程度是不高的。因此，要多從地質(zhì)角度分析三維地震成果數(shù)據(jù)體中的構(gòu)造信息。

五、結(jié)論

實(shí)踐表明，三維地震勘探技術(shù)的推廣應(yīng)用對(duì)優(yōu)化礦井設(shè)計(jì)，減少無(wú)效巷道，降低礦井萬(wàn)噸掘進(jìn)率，降低噸煤成本，提高回采率，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，減少地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)等方面可以起到很大作用，是煤礦高產(chǎn)高效礦井建設(shè)和生產(chǎn)不可或缺的重要技術(shù)手段。但是，三維地震勘探工作也是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要充分考慮地形、地質(zhì)、設(shè)備等因素，合理確定采集參數(shù)，并在施工和資料解釋中采取相關(guān)措施，保證數(shù)據(jù)滿足地震勘探的精度要求。

（作者單位：山西省長(zhǎng)治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司）

（責(zé)任編輯：周瓊）