弓遠(yuǎn)程

（太原煤炭氣化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山西 太原 030032）

1 礦井概況

晉牛煤礦位于山西省臨汾市，率屬于晉煤集團(tuán)。井田內(nèi)主要開采煤層為2號(hào)、9+10+11號(hào)煤層。勘探區(qū)位于河?xùn)|梅田東北部，新生界黃土主要覆蓋在梁坡上，基巖在溝谷局部出露。本次地球物理勘探的地質(zhì)任務(wù)為：探明勘探區(qū)內(nèi)落差較大的斷層、陷落柱、采空區(qū)分布及產(chǎn)狀性質(zhì)以及煤層底板的起伏形態(tài)。

勘探區(qū)內(nèi)2號(hào)煤層平均厚1.2 m，與煤層圍巖的性質(zhì)差別較大，會(huì)形成T2反射波，連續(xù)性好、能量弱、易于識(shí)別。9+10號(hào)煤層平均厚4.55 m，形成T9+10反射波，能量強(qiáng)、連續(xù)好，是本次勘探的主要反射波。

2 探測(cè)方法

2.1 三維地震勘探

三維地震勘探系統(tǒng)要綜合考慮地形地貌及礦區(qū)構(gòu)造情況，根據(jù)儀器設(shè)備狀況，結(jié)合鄰區(qū)的經(jīng)驗(yàn)和本區(qū)的實(shí)際情況，采用中間和端點(diǎn)放炮、24次覆蓋、束狀8線8炮制觀測(cè)系統(tǒng)，CDP網(wǎng)格為5 m×10 m，考慮到主要目的煤層埋深的特點(diǎn)，采用72道接收，勘探區(qū)北部煤層埋深較大采用端點(diǎn)激發(fā)，南部煤層埋深較淺采用中間激發(fā)，以滿足最大炮檢距的要求，保證資料采集質(zhì)量。采集儀器使用美制S_LAND遙測(cè)數(shù)字地震儀，檢波器：使用自然頻率為28 Hz的中高頻數(shù)字檢波器，單個(gè)埋置接收。

2.2 微動(dòng)勘探

本次微動(dòng)勘探采集時(shí)間長(zhǎng)度選擇10 min，選用L形排列。微動(dòng)測(cè)線布置與三維地震勘探檢波線重合，勘探線距80 m，沿線點(diǎn)距40 m。微動(dòng)測(cè)點(diǎn)以L形網(wǎng)狀布設(shè)：長(zhǎng)邊布置8道檢波器，道距10 m，平行測(cè)線；短邊布置4道，道距10 m，垂直測(cè)線。使用S_LAND遙測(cè)雙源面波勘探系統(tǒng)。

3 勘探資料處理

3.1 三維地震勘探資料處理

本次三維勘探資料處理采用Blade2000工作站，本次處理采用了折射波靜校正、地表一致性反褶積、疊前噪音消除等，最大限度的提高了資料的信噪比和分辨率，剖面質(zhì)量有了較大的提高。通過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理可以得到連續(xù)性好、信噪比較高的，以5 m×5 m×1.0 ms為單元的三維數(shù)據(jù)體[1]。

圖1 三維地震數(shù)據(jù)立體圖

根據(jù)《煤炭煤層氣地震勘探規(guī)范》，按40 m×80 m網(wǎng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)，抽取了107條剖面，總長(zhǎng)228.735 km，其中Ⅰ類剖面總長(zhǎng)213.07 km，占93.15%；Ⅱ類剖面總長(zhǎng)14.85 km，占6.49%；Ⅰ+Ⅱ類剖面長(zhǎng)227.92 km,占99.64%，見表1。

表1 時(shí)間剖面品質(zhì)匯總表

3.2 三維地震勘探資料處理

微動(dòng)面波速度剖面30條，剖面總長(zhǎng)度76 km，質(zhì)量全部合格。

4 勘探資料解釋

4.1 三維地震勘探資料解釋

4.1.1 層位解釋

地震地質(zhì)層位是三維地震結(jié)果解釋的基礎(chǔ)，根據(jù)三維地震探測(cè)結(jié)果，綜合勘探區(qū)內(nèi)的鉆孔資料，整理得到人工合成地震記錄如圖2所示。2號(hào)煤層形成的反射波命名為T2波。T2波為次于T9+10的強(qiáng)反射波。當(dāng)2號(hào)煤層被采后，T2波呈現(xiàn)為：能量弱、反射波消失等類型。9+10號(hào)煤層底板形成的反射波命名為T9+10波（在時(shí)間剖面上記為T9）。T9+10波的發(fā)育呈現(xiàn)為：能量強(qiáng)，為區(qū)內(nèi)最強(qiáng)的反射波，連續(xù)性好，是本次勘探的主要目的反射波。在上部2號(hào)煤層采空的條件下，由于遺留煤柱的多少與煤柱煤體松散程度的不同，T9+10波出現(xiàn)局部抖動(dòng)現(xiàn)象。

圖2 rs1號(hào)鉆孔人工合成地震記錄

4.1.2 構(gòu)造解釋

1）褶曲解釋。在三維數(shù)據(jù)體所切出的縱、橫時(shí)間剖面上，同相軸起伏形態(tài)可以反映出地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)。下凹則表示向斜，拱起表示背斜[2-3]。三維數(shù)據(jù)體可以切出任意時(shí)間的水平切片，不同時(shí)間的切片可以反映出地形形態(tài)變化，水平切片與剖面綜合對(duì)比能更直觀地顯示褶曲變化特征。

2）斷層解釋。斷層斷點(diǎn)的判別依據(jù)主要為反射波的動(dòng)力學(xué)特征和幾何特征，斷層在時(shí)間剖面上表現(xiàn)為同相軸錯(cuò)斷、扭曲。在錯(cuò)斷和扭曲的兩側(cè)，波組特征完全不同，可以形成明顯的對(duì)比，因此，可以將錯(cuò)斷點(diǎn)及扭曲點(diǎn)、反射波振幅變異點(diǎn)視為斷層斷點(diǎn)。如圖3、圖4所示，在時(shí)間剖面及密度剖面上、由于各地震道之間的差異，可以判斷出斷點(diǎn)的所處位置。

圖3 斷層在時(shí)間剖面上的反映

圖4 斷層在密度剖面上的反映

在三維數(shù)據(jù)體情況下網(wǎng)度很密，控制斷層的斷點(diǎn)處較多。為了很好的判斷斷層位置，根據(jù)本次勘探要求和《煤炭煤層氣地震勘探規(guī)范》提取40 m×40 m的網(wǎng)格抽檢時(shí)間剖面進(jìn)行判別斷點(diǎn)性質(zhì)。

判別標(biāo)準(zhǔn)為：

A級(jí)斷點(diǎn)：斷點(diǎn)清晰，反射波對(duì)比可靠，能可靠確定斷層上、下盤。

C級(jí)斷點(diǎn)：有斷點(diǎn)顯示，但不夠清晰，兩盤反射波連續(xù)性較差。

B級(jí)斷點(diǎn)：介于A和B之間。

處理數(shù)據(jù)可以得到斷點(diǎn)分類見表2：

表2 斷點(diǎn)評(píng)級(jí)統(tǒng)計(jì)表

4.1.3 陷落柱解釋

陷落柱判別以時(shí)間剖面為主，結(jié)合方差體切片、拉平切片、瞬時(shí)相位切片綜合確定。通長(zhǎng)表現(xiàn)為兩側(cè)沉陷幅度不對(duì)稱、反射波下陷或畸變、色度異常。

參照《煤炭煤層氣地震勘探規(guī)范》，依據(jù)斷陷點(diǎn)在時(shí)間剖面上的顯示特征，分A、B、C三級(jí)。

A級(jí)斷陷點(diǎn)：反射波對(duì)比可靠，斷陷點(diǎn)清楚，能可靠確定陷落柱邊界的位置。

B級(jí)斷陷點(diǎn)：達(dá)不到A級(jí)又不是C級(jí)的斷陷點(diǎn)。

C級(jí)斷陷點(diǎn)：有斷陷點(diǎn)顯示，但標(biāo)志不夠清晰，能基本確定陷落柱的邊界關(guān)系。

勘探區(qū)內(nèi)斷陷點(diǎn)解釋利用上述標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)的結(jié)果見下表：斷陷點(diǎn)評(píng)級(jí)統(tǒng)計(jì)表3。

表3 斷陷點(diǎn)評(píng)級(jí)統(tǒng)計(jì)表

4.1.4 采空區(qū)的解釋

在采空區(qū)邊界點(diǎn)解釋中以偏移時(shí)間剖面為主，結(jié)合水平疊加剖面。采空區(qū)邊界點(diǎn)在時(shí)間剖面上有明顯的特點(diǎn)，如反射波同相軸中斷消失，相位突然增多或減少、強(qiáng)相位轉(zhuǎn)換，異常波出現(xiàn)等，根據(jù)這些特點(diǎn)，即可準(zhǔn)確解釋采空區(qū)邊界點(diǎn)。在方差體切片上，采空區(qū)表現(xiàn)為地震波振幅均方差異常。

根據(jù)《煤炭煤層氣地震勘探規(guī)范》對(duì)每條地震勘探線的采空區(qū)邊界點(diǎn)及各采空區(qū)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。采空區(qū)邊界點(diǎn)采用如下評(píng)定原則：

A級(jí)邊界點(diǎn)：反射波對(duì)比可靠，邊界點(diǎn)清晰，能可靠確定。

B級(jí)邊界點(diǎn)：達(dá)不到A級(jí)又不是C級(jí)采空區(qū)邊界點(diǎn)者。

C級(jí)邊界點(diǎn)：邊界點(diǎn)兩側(cè)反射波連續(xù)性較差，有邊界點(diǎn)顯示，但標(biāo)志不夠清晰，能基本確定其中一側(cè)。

探測(cè)區(qū)內(nèi)采空區(qū)解釋利用上述標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)的結(jié)果見采空區(qū)邊界點(diǎn)評(píng)級(jí)統(tǒng)計(jì)表4。

表4 采空區(qū)邊界點(diǎn)評(píng)級(jí)統(tǒng)計(jì)表

綜上所述，本次三維地震資料解釋工作在我公司Sun Blade2000工作站的GEOQUEST V3.8版本系統(tǒng)上完成，本次資料解釋以5m×10m×1.0 ms偏移數(shù)據(jù)體為主，綜合時(shí)間剖面和時(shí)間切片、順層切片相結(jié)合，縱向、橫向時(shí)間剖面相結(jié)合的方式，力求真實(shí)反映地下地質(zhì)體的各類構(gòu)造情況，得到如下處理結(jié)果繪圖5所示。整個(gè)勘探區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)斷層9條；陷落柱2個(gè)；采空區(qū)11個(gè)。

圖5 三維解釋示意圖

4.2 微動(dòng)勘探資料

本次勘查利用地微動(dòng)采集的信息，經(jīng)處理得到面波波速剖面，速度剖面各點(diǎn)縱向的速度變化，是以該點(diǎn)為中心，觀測(cè)排列范圍內(nèi)地下地層（含煤層）賦存情況的綜合響應(yīng)。所以速度變化極值的中心部位與其下地層（含煤層）賦存異常的中心部位相對(duì)應(yīng)，異常邊界的判定存在一定的誤差。在淺層低速帶變化大的地段，資料解釋中考慮到面波波速的總體范圍產(chǎn)生的變化，進(jìn)行了綜合解釋。

圖6 是測(cè)區(qū)內(nèi)區(qū)197線微動(dòng)面波速度剖面圖。由圖可見，于樁號(hào)690～850處，出現(xiàn)面波速度低速異常，兩側(cè)面波速度總體變化平穩(wěn)。跡象表明，該面波速度低速異常區(qū)與三維地震勘探解釋的9+10煤層采空區(qū)位置相吻合。

圖6 微動(dòng)面波速度剖面圖

本次微動(dòng)勘探解釋過(guò)程在驕佳和Surface Plus上軟件進(jìn)行，得到微動(dòng)勘探成果剖面圖30條線，100 m深度面波速度切片一張。利用全區(qū)各微動(dòng)測(cè)點(diǎn)計(jì)算得到的地下100 m深度的面波速度值，通過(guò)Surfer軟件繪制100 m深度面波速度等值線平面圖（見圖7）。

由圖7可見多處面波低值異常區(qū)，較大5處分別命名為Y1、Y2、……、Y5，較小異常分別命名為y1、y2、……、y16等。較大低值異常區(qū)分述如下：

圖7 100m深度面波速度等值線平面圖

1）Y1低值異常區(qū)：位于勘探區(qū)西部，跨L133～L197線510～830樁號(hào)，面積約0.14 km2。該異常區(qū)范圍與三維地震勘探解釋的C1煤層采空區(qū)位置基本吻合。

2）Y2低值異常區(qū)：位于勘探區(qū)東南部邊緣，跨L77～L109線1470～1870樁號(hào)，面積約0.08 km2。該異常區(qū)范圍與三維地震勘探解釋的C2煤層采空區(qū)位置基本吻合。

3）Y3低值異常區(qū)：位于勘探區(qū)中部，跨L85～L141線2550～3030樁號(hào)，面積約0.16 km2。該異常區(qū)范圍與三維地震勘探解釋的C3煤層采空區(qū)位置基本吻合。

4）Y4低值異常區(qū)：位于勘探區(qū)東端，跨L85～L149線4230～4470樁號(hào)，面積約0.11 km2。該異常區(qū)范圍與三維地震勘探解釋的C4、C5煤層采空區(qū)位置基本吻合。

5）Y5低值異常區(qū)：位于勘探區(qū)北部邊緣，跨L229～L245線1790～2110樁號(hào)，面積約0.04 km2。該異常區(qū)范圍與三維地震勘探解釋的X1陷落柱位置基本吻合。

圖中范圍較小的低值異常區(qū)推測(cè)為以往煤層采空區(qū)（如Y3附近的y3、y6、y12等）、陷落柱（如y15與三維地震勘探解釋的X2陷落柱位置相吻合）或斷層破碎帶引起。

5 結(jié)論

如前文所述，采用三維地震勘探及微動(dòng)勘探2種方法，對(duì)地層的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)，通過(guò)2種方法的結(jié)果對(duì)比、深入研究，進(jìn)一步探明了勘探區(qū)的地層構(gòu)造形態(tài)，以T9+10反射波線數(shù)據(jù)，形成2煤層和9+10煤層底板等高線平面圖，如圖8所示。查明勘探區(qū)正斷層9條，其中落差小于5 m的1條，控制可靠程度差，落差大于等于5 m的斷層8條，控制可靠；9+10號(hào)煤層陷落柱2個(gè)，其中長(zhǎng)軸小于100 m大于50 m的1個(gè)，長(zhǎng)軸大于100 m的1個(gè)，均為控制可靠；采空區(qū)11個(gè)，控制程度較差的2個(gè)，控制較可靠的2個(gè)，控制可靠的7個(gè)。

圖8 T9+10煤層底板等高線平面圖