山区煤田三维地震勘探漏解释煤炭陷落柱原因探析

文/梁兵孙恩泽

山区煤田三维地震勘探漏解释煤炭陷落柱原因探析

文/梁兵孙恩泽

近年来，山西省长治经坊煤业有限公司委托某工程地质技术服务公司对井田内北采区进行三维地震勘探工作。但近期根据掘进巷道揭露情况来看，三维地震勘探未对3-702采面长轴120m、短轴70m的陷落柱作出解释。陷落柱的存在，不但破坏煤层，减少可采储量，影响综采机械化采煤顺利进行，更重要的是它往往成为水和瓦斯突出的重要通道，给矿井安全生产带来严重威胁。为此，经坊煤业公司重新将三维地震勘探资料进行对比，对3-702采面漏解释陷落柱的原因作出分析，为避免今后三维地震勘探中出现类似情况具有一定借鉴意义。

一、常规典型陷落柱在地震时间剖面上的响应特征

陷落柱俗称“无炭柱”，是在一定的地质、水文地质条件下，可溶性岩石溶解形成空洞，上覆非可溶性岩层向下塌陷而形成的一种特殊地质构造。陷落柱其平面范围小，体积小，与一般的地质构造表现形式截然不同，这也决定了它在地震时间剖面上表现形式的特殊性和多解性。

较大陷落柱在水平叠加时间剖面上的表现特征为，反射波在小范围内消失或错断，并伴生一些小断层，在断陷点处产生绕射波及延迟绕射波，断陷点之间波形较杂乱，在柱顶处，可产生柱顶绕射波。陷落柱的剖面形态依据断陷点之间的距离及上下波组的特征来确定，较小的陷落柱有所不同。判断小型陷落柱的主要依据是水平叠加时间剖面上同相轴能量变弱以及延迟绕射波的出现。见图1。

图1 常规典型陷落柱在地震时间剖面上的反映

二、本次地震勘探成果的验证评价方法

地质勘探成果的验证主要是从煤层的赋存范围及埋藏深度的精度、构造或地质异常体的控制情况和精度，以及成果表述的规范性和成图的精度三个方面进行评价。为了客观地评价三维地震勘探成果，经坊煤业公司结合现行地震勘探规范，通过本次勘探，试图从地质体解释(或定性)的正确性、位置精度和规模精度三个方面采用模糊数学的观点进行综合评定。

1.实际揭露认为地震解释的陷落柱确实存在，评价时则主要是从位置误差和陷落柱规模误差两个方面来界定验证的效果。

2.一种可能是地震解释有陷落柱存在的位置实际揭露不是陷落柱，但确实有地质构造或地质异常体；另一种可能就是地震解释有小断层或其他地质异常体的位置，实际揭露却是陷落柱。这无疑属于多解性问题。评价时则主要应从地震勘探规范所要求的分辨能力、位置误差和地质体规模误差几个方面来界定验证的效果。

3.地震解释结果与实际揭露根本不一致。即解释有陷落柱实际没有或实际有陷落柱而解释结果认为没有两种情况。评价时则主要应以地震勘探规范所要求的分辨极限为界来统计评价。

三、本次勘探漏解释陷落柱在地震时间剖面上的响应特征

根据地震资料对比显示，3-702采面长轴120m、短轴70m的陷落柱在地震时间剖面上有一定的反映特征和迹象，如图2所示，主要表现为3号煤层对应的T3反射波其上的辅助相位在断陷点处产生绕射波及延迟绕射波，但在T3反射波处该特征并不明显，属于一种特殊类型的陷落柱。

图2 漏解释陷落柱在地震时间剖面上的反映

四、遗漏解释陷落柱原因分析及问题探讨

地震勘探是一种间接技术手段，本身存在一定的多解性和局限性，不可能全面解决所有地质问题，这是地球物理界的共识。恶劣的地表条件不但对地震波的激发、传播和接收有影响,且对处理的静校正影响也非常明显,降低资料处理成像效果和解释的可靠性。由于勘探区地震地质条件十分复杂，属山区煤田，且陷落柱地震特征不明显，具有一定的特殊性和多解性，因此解释人员认为该现象的依据不足，未能作出准确的地质解释，是导致3-702采面长轴120m、短轴70m的陷落柱遗漏解释的主要原因。

从经坊煤业公司开采验证情况和探采对比实例分析可以看出，相对平原区而言，山区三维地震勘探的精度和准确率较低，包括已知的陷落柱，地震解释的陷落柱准确率还未能令人十分满意。分析原因，山区煤田三维勘探还存在以下几方面的技术问题。

1.静校正问题没有得到完全的解决。山区静校正目前采用地形校正加折射波静校正的方法。因未能很好解决因地形校正替换速度的不准确性和山区无统一折射面，而造成的折射波校正低频分量，最终导致煤层深度解释误差大，或出现假断层、假陷落柱等伪构造现象。

2.共中心点散射问题严重，无法做到共反射点叠加。相对油田地震勘探来说，因目的层浅，煤田地震勘探散射问题更为严重。在山西大部分矿区，山区高差100m以上，如果山坡坡度为30°，当煤层埋深500m时，散射范围可达50m以上。因此，采用的共中心点叠加技术（非共反射点叠加）大大降低了横向分辨率和勘探精度，致使出现漏掉陷落柱和断层的现象。

3.叠后时间偏移方法对山区的不适应所造成的误差。由于方法的不适应，常常使得煤层反射波成像品质降低和构造点归位不准等。表现在实际与地震解释结果之间存在较大的位置误差。

4.在资料采集方面没有完全摆脱坑炮激发。由于山地钻机大多比较笨重，施工效率低，成本高，因此常常不被采用。成孔大多使用人工钻、镐刨锹挖、凿眼机等方法，导致单炮低频干扰波（面波、声波）发育，高频干扰也大，频带窄，主频低，降低了原始资料的信噪比和分辨率。

5.地震勘探解释人员对地质规律的掌握有待加强。地震勘探技术的最终目的是将地震勘探资料转换成可供直接使用的地质成果。没有地质规律作指导或不符合地质规律的成果其可靠程度是不高的。因此，要多从地质角度分析三维地震成果数据体中的构造信息。

五、结论

实践表明，三维地震勘探技术的推广应用对优化矿井设计，减少无效巷道，降低矿井万吨掘进率，降低吨煤成本，提高回采率，延长矿井服务年限，减少地质风险等方面可以起到很大作用，是煤矿高产高效矿井建设和生产不可或缺的重要技术手段。但是，三维地震勘探工作也是一个复杂的系统工程，要充分考虑地形、地质、设备等因素，合理确定采集参数，并在施工和资料解释中采取相关措施，保证数据满足地震勘探的精度要求。

（作者单位：山西省长治经坊煤业有限公司）

（责任编辑：周琼）