姜韞麒 孔令軍

（山東省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，山東 濟(jì)南 250104）

地震勘探技術(shù)是煤田資源勘查必不可少的重要手段，對(duì)于尋找礦區(qū)資源、圈定采區(qū)范圍以及采區(qū)構(gòu)造勘查來說都是最有成效的技術(shù)方法，已獲得廣泛認(rèn)可與應(yīng)用[1]。地震勘探具有勘探精度高、分辨率高、能直觀表現(xiàn)地下形態(tài)等特點(diǎn)，是目前煤礦找礦中最有效、最經(jīng)濟(jì)的勘探方法[2]。

以新安煤礦找礦為例，詳細(xì)介紹地震勘探技術(shù)在煤礦找礦中的應(yīng)用過程。該工作區(qū)位于水體覆蓋區(qū)域，主要可采煤層為3煤層，但煤層存在沖刷剝蝕現(xiàn)象，為圈定煤層的具體賦存范圍，為煤礦開采提供地質(zhì)依據(jù)，決定采用地震勘探的方法進(jìn)行查明。

1 工作區(qū)概況

工作區(qū)含煤塊段地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，根據(jù)鉆孔資料揭露，存在煤層沖刷、剝蝕等現(xiàn)象，為進(jìn)一步提高該采區(qū)斷層構(gòu)造和煤層賦存情況的控制程度，確定煤層沖刷邊界，需采取三維地震手段對(duì)工作區(qū)進(jìn)行勘探，以降低鉆探成本，滿足煤礦開采中巷道工作面布置的需要。

1.1 工作區(qū)地質(zhì)特征

該區(qū)劃分為華北地層區(qū)、魯西地層區(qū)和濟(jì)寧地層區(qū)。該區(qū)為第四系覆蓋，經(jīng)鉆探，第四系下為第三系、侏羅系、二疊系和石炭系。元古界、志留系、泥盆系、三疊系和白堊系均缺失。其中二疊系的山西組和石炭系的太原組為本區(qū)的主要含煤地層。

1.2 工作區(qū)地球物理特征

工作區(qū)地形平坦，交通方便，區(qū)內(nèi)地勢(shì)平坦，地面標(biāo)高+35 m左右。但區(qū)內(nèi)地面大部為湖面、魚塘等水體覆蓋區(qū)域，地表?xiàng)l件復(fù)雜，給三維地震的施工帶來很大難度，因此表層地震地質(zhì)條件復(fù)雜。該區(qū)水面以下巖性多為粘泥層，有利于地震波的激發(fā)，區(qū)內(nèi)第四系厚度比較穩(wěn)定，厚度平均123.31 m。第四系底界面與下伏上侏羅統(tǒng)蒙陰組地層相比，在沉積環(huán)境、巖石物理力學(xué)性質(zhì)等方面都有很大的差異。其底界面是一良好的反射界面，但由于第四系厚度較薄，有效覆蓋次數(shù)低，該反射波品質(zhì)較差，但界面兩側(cè)角度不整合明顯，基本可以全區(qū)連續(xù)追蹤，因此淺層地震地質(zhì)條件一般。該區(qū)主要目的層為山西組的3（3上）煤層、太原組的12下煤層和16煤層。該區(qū)3煤層賦存地段厚度較大，一般在4 m左右，能形成較好的反射波。12下煤層與16煤層由于煤層較薄，同時(shí)在3煤層賦存地段其反射波受到上覆3煤層強(qiáng)反射層的屏蔽作用，很難形成全區(qū)可連續(xù)追蹤的反射波。另外，該區(qū)大面積受沖刷影響，3煤層變薄、缺失，未受沖刷影響的范圍較小。煤系上覆地層為侏羅紀(jì)地層，與煤系地層間距很小，一般為十幾米，且兩套地層間傾角相差很小，大大增加了反射波識(shí)別和對(duì)比解釋工作難度。因此，該區(qū)深層地震地質(zhì)條件復(fù)雜。綜上所述，該區(qū)為魚塘水面施工，表層地震地質(zhì)條件復(fù)雜，深部煤層變化較大，構(gòu)造較復(fù)雜，綜合地震地質(zhì)條件為特別復(fù)雜區(qū)。

2 野外數(shù)據(jù)采集

2.1 施工方法的設(shè)計(jì)

該區(qū)采用三維地震勘探工作方法，測(cè)線的布置設(shè)計(jì)應(yīng)以盡量垂直地層走向?yàn)樵瓌t，同時(shí)檢波線的布置還要盡量順著魚塘的分布走向沿岸鋪設(shè)，最終設(shè)計(jì)西北-東南向測(cè)線共6條，采用12線8炮、中點(diǎn)發(fā)炮的觀測(cè)系統(tǒng)。

2.2 針對(duì)水體覆蓋區(qū)域的數(shù)據(jù)采集應(yīng)對(duì)措施

由于工作區(qū)內(nèi)魚塘遍布，除去魚塘堤壩，區(qū)內(nèi)地面80%以上為水面覆蓋，與常規(guī)的地面三維地震勘探相比，野外施工的難度極大地增加，為此針對(duì)水體覆蓋區(qū)域的三維地震數(shù)據(jù)采集，采取了如下應(yīng)對(duì)措施：

（1）提前對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)魚塘分布進(jìn)行踏勘，模擬變觀設(shè)計(jì)

測(cè)量對(duì)該區(qū)域進(jìn)行實(shí)測(cè)，然后將魚塘水深及能否打孔放炮情況標(biāo)注到工程布置圖中，同時(shí)利用MESA觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件對(duì)這些不能打孔放炮的區(qū)域進(jìn)行變觀設(shè)計(jì)。通過在這些區(qū)域周圍增加炮點(diǎn)，改變接收排列的方式進(jìn)行合理的變觀設(shè)計(jì)，確保這些區(qū)域下覆蓋次數(shù)達(dá)到要求的疊加次數(shù)，確保地震資料的完整性和有效波的保真度。

（2）水上測(cè)量布點(diǎn)

水上測(cè)量采用全球定位系統(tǒng)GPS測(cè)量?jī)x器，相較于傳統(tǒng)的全站儀，GPS具有靈活方便、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)[3]，更有利于水上測(cè)量人員進(jìn)行靈活操作。本次水上測(cè)量分小組進(jìn)行，每小組分配兩艘小船。進(jìn)入水塘后，由一專職測(cè)量人員乘坐小木船進(jìn)行測(cè)量，另一人同時(shí)向水中插設(shè)足夠長(zhǎng)的竹竿，確保竹竿準(zhǔn)確地插入測(cè)量點(diǎn)位置，并且要露出水面1 m以上，便于識(shí)別。每個(gè)竹竿上用不同顏色的布條分別代表炮線和檢波線，貼好測(cè)線號(hào)和樁號(hào)，以便區(qū)分。

（3）水上成孔

相對(duì)于陸地勘探，水上成孔的難度極大地增加，是水上地震勘探的難點(diǎn)之一。因此要制定專門用于水上成孔的機(jī)船，船只的正中間設(shè)計(jì)一個(gè)孔洞，作為一個(gè)簡(jiǎn)易的鉆井平臺(tái)。成孔時(shí)打孔人員使用與陸地相似的鉆井設(shè)備在機(jī)船上面進(jìn)行打孔操作，打到預(yù)定深度后用塑料管將孔口罩住，以便于下放TNT成型炸藥，保證測(cè)區(qū)內(nèi)不會(huì)大面積空炮。

（4）水上檢波器的插置

由于一般的數(shù)字檢波器都沒有防水的功能，因此本次專門采用特制的防水檢波器，考慮到湖底淤泥可能較厚，本次把檢波器尾椎加長(zhǎng)了50～80 cm。鋪設(shè)檢波器時(shí)由放線班使用專門制造的插檢波器的夾子工具，把檢波器插入水下的淤泥中，并保證檢波器插直插緊。同時(shí)，把檢波線與大線連接的一端拉出水面并系在竹竿上，以方便與大線連接。

（5）利用工作站及時(shí)進(jìn)行資料處理，嚴(yán)格遵循“三邊”原則，邊施工，邊處理，隨時(shí)了解施工效果及出現(xiàn)的問題，并及時(shí)修正施工參數(shù)，對(duì)所遇到的問題進(jìn)行及時(shí)處理。以現(xiàn)場(chǎng)處理的數(shù)據(jù)體作為質(zhì)量監(jiān)控依據(jù)，從而更科學(xué)、更有說服力。

2.3 原始資料效果分析

通過采取一系列的水上施工質(zhì)量保障措施，最終得到了較好的原始資料：

（1）由于勘探區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜，局部炮點(diǎn)分布不均，覆蓋次數(shù)有所變化，但本區(qū)的三維原始資料總體質(zhì)量較好，初至波較清晰。測(cè)區(qū)內(nèi)總體激發(fā)條件較好，原始單炮的信噪比較高，反射波層次豐富清晰，從原始單炮上可以清晰地識(shí)別出。在區(qū)內(nèi)煤層沖刷及變薄區(qū)塊，反射波能量較弱。如圖1。

圖1 原始典型單炮

（2）通過對(duì)原始單炮進(jìn)行頻譜分析，有效頻帶約為10～120 Hz，主要目的層的主頻約20～80 Hz，可見本區(qū)原始資料的頻帶較寬。

（3）本區(qū)原始單炮的主要干擾波是隨機(jī)噪聲、面波和聲波。針對(duì)主要干擾，處理時(shí)采取加強(qiáng)疊前多域組合去噪的方法進(jìn)行處理；針對(duì)個(gè)別品質(zhì)稍差的單炮，采用保幅隨機(jī)噪音及低頻壓制模塊單獨(dú)進(jìn)行凈化處理，可以得到良好的效果。

3 地質(zhì)成果

對(duì)采集得到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將處理完成的三維數(shù)據(jù)體（如圖2）加載在GeoFrame 解釋工作站上，采用人機(jī)聯(lián)作解釋系統(tǒng)，進(jìn)行層位自動(dòng)追蹤、任意方向時(shí)間剖面閉合、水平切片斷點(diǎn)分析、斷層立體追蹤、圖形縮放、不同方式顯示等手段對(duì)三維地震資料進(jìn)行整體解釋[4]，最終解釋成果方案見圖3。最終圈定了煤層的沖刷范圍，控制了區(qū)內(nèi)構(gòu)造及煤層厚度的變化。

圖2 處理得到的偏移數(shù)據(jù)體

圖3 3煤層解釋成果方案平面示意圖

3.1 煤層賦存范圍的圈定

該區(qū)的主要目的為查明3上煤層的賦存情況，標(biāo)定沖刷邊界，以滿足采區(qū)工作面布置的需要。在時(shí)間剖面中，3上煤層賦存區(qū)域內(nèi)3上煤層反射波表現(xiàn)為兩個(gè)正相位夾一個(gè)負(fù)相位的復(fù)合波組，即兩個(gè)黑色夾一個(gè)白色反射軸（圖4），當(dāng)3上煤層沖刷變薄或者消失時(shí)，該復(fù)合波組變?yōu)橐粭l單一的反射波。分析解釋3上煤層賦存范圍時(shí)，綜合分析該復(fù)合反射波特征變化情況，可作為判斷3上煤層賦存范圍的有力依據(jù)。另外，由于3上煤層正常賦存時(shí)，煤層厚度較厚，形成強(qiáng)反射波，會(huì)對(duì)下賦12、16煤層的層位反射波造成屏蔽作用；而3上煤層變薄、消失區(qū)域，失去屏蔽作用，下賦層位的反射波會(huì)變強(qiáng)（圖5），可根據(jù)下賦層位反射波的強(qiáng)弱變化反推測(cè)3上煤層正常賦存范圍。

圖4 可采范圍內(nèi)的3煤層反射波

圖5 3上煤層反射波會(huì)對(duì)下賦煤層反射波造成屏蔽作用

綜合分析：該區(qū)大部分地段3上煤層被沖刷，只有局部地段有3上煤層賦存，該區(qū)3上煤層賦存面積約占全部勘探面積的30%?？傮w為一個(gè)呈走向近南北、傾向西的單斜構(gòu)造，褶曲形態(tài)較為簡(jiǎn)單。

3.2 煤層的厚度變化

由圖3可知，該區(qū)3煤層賦存區(qū)域內(nèi)3上煤層厚度基本未受沖刷影響，面積約0.30 km2，煤層厚度為正常沉積厚度，一般為4 m左右，為較穩(wěn)定厚煤層（圖4）。沖刷邊界煤層厚度急劇變化，從正常煤層厚度很快變?yōu)?.7 m厚度（圖5），在時(shí)間剖面上顯示為單一的正相位反射波。

4 結(jié)語(yǔ)

本次采用三維地震勘探方法對(duì)新安煤礦3煤層可能賦存的工作區(qū)進(jìn)行勘探工作。從設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集到資料處理、解釋，每一環(huán)節(jié)都進(jìn)行了充分的論證和質(zhì)量把關(guān)。相較于以往的陸地施工，本次三維地震勘探全部為湖區(qū)施工，施工條件極其復(fù)雜。但由于采用了正確有效的施工方法，獲得了品質(zhì)較高的地震資料。最終圈定了可采煤層的覆存范圍，獲得了較為準(zhǔn)確的地質(zhì)成果，為煤礦安全開采和成本的節(jié)約提供了有利地支持。