趙世文

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)保安煤業(yè)有限公司，山西 陽泉 045000)

0 引言

保安井田位于太行山復(fù)背斜之西翼，沁水煤田之東北邊緣，陽泉礦區(qū)西部，隸屬陽泉市郊區(qū)管轄，礦井批準(zhǔn)開采3、6、8、9和15號煤層。勘探區(qū)內(nèi)斷層和褶曲發(fā)育，煤層埋藏深度和巖層傾角變化較大；地面山高坡陡，沖溝發(fā)育，最高點與最低點最大相對高差 337 m，區(qū)內(nèi)主要有4個山梁穿過，多個村莊，高速路、公路、鐵路、高壓線等障礙物在全區(qū)分布范圍較廣，其地震地質(zhì)條件復(fù)雜。地質(zhì)任務(wù)是：控制勘探區(qū)內(nèi)主要可采煤層底板標(biāo)高，查明落差≥5 m的斷層及其產(chǎn)狀，直徑≥30 m的陷落柱，波幅≥10 m的褶曲，精度要求滿足現(xiàn)行勘探規(guī)范，預(yù)測15號煤層與奧陶系頂界面之間厚度變化趨勢，解釋區(qū)內(nèi)15號煤層的厚度變化趨勢。

1 地質(zhì)及地震地質(zhì)條件

1.1 地層及煤層

區(qū)內(nèi)地層出露，主要為上二疊系上石盒子組、石千峰組。第四系遍布山梁、溝谷兩側(cè)階地。根據(jù)鉆孔揭露，地層從老到新有奧陶系峰峰組，石炭系本溪組、太原組，二疊系山西組、下石盒子組、上石盒子組、石千峰組和第四系松散沉積。山西組和太原組為區(qū)內(nèi)含煤地層，共有5層可采煤層，自上而下分別為3號、6號、8號、9號和15號煤層。

1.2 地震地質(zhì)條件

1.2.1 表、淺層地震地質(zhì)條件

地形地貌：勘探區(qū)內(nèi)總體地形為南低北高，且起伏較大，山高坡陡，沖溝發(fā)育，形成中高山地貌。最低點在西南角溝谷內(nèi)，高程約985 m，最高點為東北部山脊上，高程約1 185 m，勘探區(qū)內(nèi)地形相對高差約200 m。區(qū)內(nèi)主要有4個山梁穿過。

地面障礙物：村莊、高速路、公路、鐵路、高壓線等障礙物在全區(qū)分布范圍較廣，區(qū)內(nèi)村莊有楊家垴、段家垴、高垴村等。這些復(fù)雜地表條件給地震勘探野外測量、布線、成孔造成較大困難，村內(nèi)的人文活動、人員活動等也會給數(shù)據(jù)采集造成影響。

激發(fā)巖性：區(qū)內(nèi)地表大部分基巖出露，面積約占70%。黃土主要分布于山脊及兩側(cè)。①基巖出露區(qū)(P2sh和P2s)。主要分布在溝底和局部山頂，受地形限制機械設(shè)備的限制成孔難度較大。②黃土覆蓋區(qū)(Q2+3、Q4)。覆蓋面積約占勘探區(qū)的30%。黃土覆蓋層速度一般為400～800 m/s，為典型的低速帶特征，低速層在縱向及橫向上厚度變化不一，低速帶特征及各向異性差異明顯，對地震波的激發(fā)和接收影響較大。

綜上所述，本區(qū)表淺層地震地質(zhì)條件復(fù)雜。

1.2.2 深層地震地質(zhì)條件

勘探區(qū)內(nèi)主要可采煤層為8號、9號、15號煤層，均為全區(qū)可采煤層。

15號煤層厚度3.25～5.27 m，煤層埋深575～860 m，煤層層速度約2 000 m/s；煤層頂、底板巖性主要為砂巖，速度變化在3 000～3 700 m/s之間，煤層與圍巖波阻抗差異明顯，能夠形成能量較強的反射波T15波，區(qū)內(nèi)可連續(xù)追蹤，是本次主要解釋的目的波。

8號煤層平均厚度2.44 m，9號煤層平均厚度1.71 m，8號和9號煤層平均間距為9.87 m，由于地震分辨率的限制，8號和9號煤層地震反射波組，大部分地段將以復(fù)合波的形式存在，標(biāo)記為T9，該復(fù)合反射波組是本區(qū)主要反射波組和構(gòu)造解釋的主要依據(jù)之一。

6號煤層平均厚度1.15 m，3號煤層平均厚度0.76 m，6號煤層距3號煤層平均21.58 m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，頂板為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，底板多為砂質(zhì)泥巖、細(xì)中粒砂巖，6號和 3號煤層屬局部可采煤層，因煤層較薄，但與圍巖之間的波阻抗差異顯著，能形成能量較強、波形較穩(wěn)定、連續(xù)性較好的煤層復(fù)合反射波組T6，該反射波組是本區(qū)主要反射波組和構(gòu)造解釋的次要依據(jù)之一。

奧灰頂界面上距 15號煤層間距約85 m，與圍巖之間的波阻抗差異顯著，能形成反射波組To，但該反射波在時間剖面上能量較弱，波形不穩(wěn)定。

綜上所述，本區(qū)深層地震地質(zhì)條件一般。

2 數(shù)據(jù)采集方法

2.1 激發(fā)與接收因素

經(jīng)過試驗，得出勘探區(qū)采集資料采用的各項參數(shù)如下

基巖出露：單井，井深≥2.5 m，藥量≥1.5 kg。

薄黃土覆蓋地段：穿過鈣質(zhì)結(jié)核，成孔至基巖面，藥量≥2 kg；若遇鈣質(zhì)結(jié)核層無法穿透，在保障安全的情況下可加大藥量。

厚黃土覆蓋地段：成孔至致密黏土激發(fā)層位，且保證進(jìn)激發(fā)層位2～4 m，藥量3 kg，特殊地段保證藥量≥2 kg；受地質(zhì)條件等影響無法成孔至致密黏土激發(fā)層位的，采用兩組合激發(fā)，單井藥量1 kg。

在實際施工中，受地形、地質(zhì)條件等因素影響無法成孔至激發(fā)層位的地方，井深和藥量根據(jù)黃土厚度、障礙物等情況均作了適當(dāng)調(diào)整，保證原始采集資料的品質(zhì)。

檢波器頻率：60 Hz，采用3個串聯(lián)接收。

2.2 觀測系統(tǒng)及參數(shù)確定

選取10線8炮中間放炮三維觀測系統(tǒng)，作為野外數(shù)據(jù)采集的基本觀測方法。

基本CDP網(wǎng)格為5 m×10 m(縱向×橫向)；疊加次數(shù)為6×4(縱向×橫向)=24次；接收道數(shù)為1 320道；接收道距為10 m；接收線距為40 m；激發(fā)炮點距為20 m；激發(fā)炮排距為110 m；線束滾動距離為200 m；橫向最大炮檢距為250 m；橫向最小炮檢距為10 m；縱向最大炮檢距為660 m；縱向最小炮檢距為0 m；最大炮檢距為705 m。

2.3 儀器錄制因素

三維地震勘探儀器使用428XL三維數(shù)字地震儀。記錄長度為2.0 s；采樣間隔為0.5 ms；頻帶寬度為0～500 Hz(全頻)；前放增益為12 dB；記錄格式為SEG-D。

2.4 施工難點及解決措施

地形復(fù)雜，區(qū)內(nèi)障礙物多，施工難度高，效率低：本區(qū)地形起伏極為劇烈，地形切割嚴(yán)重、懸崖陡坎較多；區(qū)內(nèi)村莊、高速路、鐵路、高壓線等障礙物分布范圍較廣。針對障礙物及復(fù)雜地形，上線施工前，測量組制作出測量草圖，施工人員及時了解測線上施工困難，技術(shù)組到現(xiàn)場優(yōu)化測線或合理變觀，便于后期施工人員進(jìn)場。

近地表巖性變化大，激發(fā)、接收條件多變：表層非均一性強，高山、溝谷、田地及破碎帶交互出現(xiàn)，中部黃土覆蓋較多。通過實地踏勘，確定不同巖性，保證激發(fā)條件最佳；提前踏勘炮點位置，逐點核實恢復(fù)合理性，不合理的點位重新調(diào)測量儀器補測；特殊地表檢波器埋置，改善接收效果；分布較廣的巖石裸露區(qū)、薄表土區(qū)采取堆土堆、打眼等方式保證耦合質(zhì)量，做好接收點周圍雜草清除工作；在保證組合圖形擺放最大化的同時注重做好耦合。

2.5 完成工作量以及質(zhì)量評價

共完成線束12束，勘探面積3.91 km2，滿覆蓋面積4.27 km2。完成生產(chǎn)物理點2 201個，取得的2 201張監(jiān)視記錄經(jīng)操作員-項目組-院三級驗收、監(jiān)理評價，最終質(zhì)量評價為：甲級記錄1 069張，甲級率48.57%；乙級記錄1 119張，乙級率50.84%，廢品13 張，廢品率0.59%，生產(chǎn)物理點合格率99.41%；試驗物理點28個，低速帶調(diào)查點13個全部合格。

3 資料處理方法與成果解釋

地震勘探數(shù)據(jù)處理工作在Sun Blade 2000工作站上進(jìn)行，使用DELL PC Cluster處理器及CGG、GRISYS 等處理軟件。在地震數(shù)據(jù)處理過程中做了精細(xì)靜校正、振幅補償、噪聲消除、地表一致性預(yù)測反褶積技術(shù)、頻譜整形、三維剩余靜校正、交互速度解釋、精細(xì)切除、疊后三維隨機噪聲衰減、疊后時間偏移、疊前時間偏移等，資料處理方法正確，處理流程及參數(shù)選擇合理。地震資料處理所獲得的8+9號、15號煤層反射波波組特征明顯，信噪比和分辨率高，連續(xù)性較好，剖面斷點較清楚。

通過分析，全區(qū)發(fā)育4個較穩(wěn)定的反射波。T6波是3號煤層和6號煤層形成的復(fù)合波，能量較弱，波形不穩(wěn)定，只在局部可追蹤識別，是本區(qū)主要反射波組和構(gòu)造解釋的參考依據(jù)之一；T9波是8號和9號煤層形成的復(fù)合波，波形較穩(wěn)定、全區(qū)大部分可追蹤識別，是本區(qū)主要的煤層反射波組和構(gòu)造解釋的主要依據(jù)之一；T15波是15號煤層產(chǎn)生的反射波，本區(qū)最主要的煤層反射波，能量強、信噪比高、波形穩(wěn)定、全區(qū)易于連續(xù)追蹤識別，也是時間剖面對比解釋的主要依據(jù)；To波是奧陶頂界產(chǎn)生的反射波，奧灰頂界面與圍巖之間的波阻抗差異顯著，能量較弱，波形不穩(wěn)定，但大部可追蹤識別。如圖1所示。

圖1 本區(qū)典型時間剖面圖Fig.1 Typical time profile of this area

通過資料解釋，對反應(yīng)的褶曲、斷層、陷落柱地質(zhì)構(gòu)造作出了可靠解釋，對15號煤層瓦斯含量相對富集區(qū)作出了較可靠的解釋。圖2為褶曲在時間剖面上的反映；圖3為斷層在時間剖面上的反映；圖4所示為陷落柱在時間剖面上的反映。

圖2 褶曲在時間剖面上的反映Fig.2 Reflection of folds on time profile

圖3 斷層在時間剖面上的反映Fig.3 Reflection of faults on time profile

圖4 陷落柱在時間剖面上的反映Fig.4 Reflection of collapsed column on time profile

本次瓦斯預(yù)測采用提取15號煤層反射波的地震屬性—在頻譜分解的基礎(chǔ)上分別提取高頻和低頻數(shù)據(jù)的最大能量值進(jìn)行對瓦斯的解釋預(yù)測。圖5和圖6為15號煤層低頻和高頻能量圖。

圖5 15號煤層低頻能量圖Fig.5 Low frequency energy diagram of 15# coal seam

圖6 15號煤層高頻能量圖Fig.6 High frequency energy diagram of 15# coal seam

4 主要地質(zhì)成果

通過三維地震勘探查明了勘探區(qū)內(nèi)8號、9號、15號煤層的底板起伏形態(tài)，解釋深度誤差≤2.0%，控制奧陶系頂界面起伏形態(tài)，解釋深度誤差≤2.0%，解釋3號、6號煤層的底板起伏形態(tài)，編制等高距5 m的等高線圖。

查明勘探區(qū)內(nèi)8號、9號、15號煤層內(nèi)落差≥5 m的斷層1 條，查明其在8號、9號、15號煤層中的性質(zhì)、落差、延伸方向和范圍，其中控制可靠斷層1條；解釋煤層中落差≥3 m的斷點及勘探中遇到的疑點、不確定點10處。

查明勘探區(qū)內(nèi)8號、9號、15號煤層內(nèi)直徑≥30 m的陷落柱9個，其中心擺動誤差≤30 m，其中控制可靠陷落柱5個，控制較可靠陷落柱1個，控制較差陷落柱3個?？刂浦睆健?0 m的陷落柱1個。

查明勘探區(qū)內(nèi)波幅≥10 m的褶曲5條，圈定15號煤層傾角大于15°的區(qū)段1處。

預(yù)測15號煤層與奧陶系頂界面間厚度變化趨勢。解釋區(qū)內(nèi)15號煤層的厚度變化趨勢，編制等厚距為0.5 m的15號煤層厚度變化趨勢圖。預(yù)測15號煤層瓦斯富集區(qū)分布范圍。

5 結(jié)語

研究區(qū)屬于地震條件復(fù)雜區(qū)域，通過試驗選擇最佳的激發(fā)與接收因素，針對探測目的層埋藏深度及產(chǎn)狀變化等客觀情況，三維觀測系統(tǒng)針對煤層埋深的變化等地震地質(zhì)因素變化適時進(jìn)行變更優(yōu)化，從而使數(shù)據(jù)采集方法更加切合本區(qū)實際，為完成地震地質(zhì)任務(wù)奠定良好基礎(chǔ)；建議在后續(xù)的采掘活動中加強開采前后揭露地質(zhì)構(gòu)造情況對比，加強與勘探單位技術(shù)反饋交流，進(jìn)行三維地震精細(xì)化解析工作，切實提高勘探成果的準(zhǔn)確性。