复杂地区三维地震勘探试验工作的应用与研究

梁逸群 贾爱芳 孙琴琴

（晋城职业技术学院，山西晋城 048026）

0 引言

复杂的地形、多变的浅、表层地质结构是三维地震勘探的难题。本次研究的区域属于典型的山区地貌，侵蚀冲刷剧烈，形成许多山梁和沟谷，在控制面积约2km2范围内，地表高差最大约460m。另外，勘探区内地表主要分布为基岩、坡积物和黄土，且地表条件复杂多变。针对该区域地质条件，制订了详细、系统的试验方案，取得了良好的效果，取得的地质资料精度较高，为下一步矿井建设提供了可靠的地质依据。

1 勘探区地质概况及地球物理特征

1.1 地层

井田位于沁水煤田北部西缘平遥矿区东南部，勘探区位于井田中部，地形较复杂，侵蚀冲刷剧烈，形成许多山梁和沟谷，地势总体上南高北低，最高点位于井田西南部山顶，海拔为1631.80m，最低点位于井田东北角沟谷中，海拔为1165.00m，最大相对高差466.80m。

根据井田内钻孔揭露和地表出露情况，现将地层由老到新分述如下:

奥陶系中统峰峰组（O2f）、石炭系中统本溪组（C2b）、石炭系上统太原组（C3t）、二叠系下统山西组（P1s）、二叠系下统下石盒子组（P1x）、二叠系上统上石盒子组（P2s）、第四系中上更新统（Q2+3）。

1.2 构造

井田总体为向斜构造，向斜轴部位于井田东部，轴向北北西，地层倾向以向斜轴部为界，西部向东北倾斜，东部向西南倾斜，井田东部倾向小，5°～12°，西部倾角较大可达18°～21°。井田内断层较发育，断层落差3m～60m，倾角40°～70°。井田内发育有陷落柱。

1.3 煤层

勘探区内主要目的煤层为10号煤层，位于太原组下段，9号、10号、11号煤层特征见表1。

表1 可采煤层特征表

1.4 地球物理特征

（1）表、浅层地震地质条件

勘探区属侵蚀强烈的中山区。地形比较复杂，沟谷纵横，多形成不对称“V”字形沟。山上多有植被覆盖。地面坡度变化较大，此外，还有村庄等障碍物。复杂的地形条件，不仅给测线布设、野外施工带来较大的困难，而且给资料处理增加了难度。因此，表层地震地质条件差。

（2）中、深层地震地质条件

勘探区内主要目的煤层为10号煤层，位于太原组下段，且9号、10号、11号煤层间距较小，且厚度薄，很难形成各自独立的反射波，在地震时间剖面上共同形成一组能量较强、波形较突出、可连续追踪对比的复合波，是本次地震勘探的主要目的波，也是地质解释的依据，深层地震地质条件较好。

2 三维地震勘探试验工作

三维地震勘探作为一种高分辨率的勘探技术，其投入大，精度高，效果好，施工方法及采集参数的选择对勘探效果、施工效率的影响至关重要，因此，在生产前必须作充分的试验工作来选取最佳的施工参数和施工方法。针对勘探区地质特点，对激发井深、激发药量等方面进行了充分的试验，确定了合理的施工参数，用于指导生产。

2.1 试验点位的选择

通过对勘探区详细踏勘，就浅层地层结构岩性而言，主要可划分为三种类型:

黄土覆盖区:分布于村庄附近和山梁平缓处。

坡积物区:主要分布于山梁斜坡处，面积不大，堆积厚度不大，极为松散，对地震波的激发与接收不利。

基岩出露区:分布于测区的沟谷部分。

通过踏勘，选择了3个有代表性的点位进行试验:

1号试验点选在勘探区东南部中厚黄土区。

2号试验点选在勘探区中西部薄黄土区及坡积物区。

3号试验点选在勘探区西北部薄黄土区及坡积物区、基岩区。

2.2 试验内容

（1）激发层位（井深）选择

在薄、中厚黄土覆盖区分别进行了相同药量、不同激发井深对比试验。

①中厚黄土覆盖区（1号试验点）

1号试验点为山梁上黄土覆盖较厚地段，黄土厚度0～15m，岩性为浅黄色砂质粘土及浅红色亚粘土。

试验井深为:7m、8m、9m、10m、12m、13m，进行单孔试验以及组合孔试验。

②薄黄土、坡积物覆盖区以及基岩出露区（2号、3号试验点）

2号、3号试验点为薄黄土、坡积物以及基岩出露地段，黄土厚度0～3m，岩性为浅黄色砂质粘土、浅红色亚粘土及基岩;坡积物厚度0～2m。

试验井深为:1.5m、2m、2.5m、3m，进行单孔试验以及组合孔试验。

（2）激发药量选择

在2个试验点处分别进行了相同井深，药量0.5kg、1kg对比试验。

2.3 试验成果分析

（1）激发井深的选择

三维地震勘探施工中激发层位的选择至关重要，合理的激发层位是良好采集资料的前提。

①在中厚黄土中激发，激发深度7m～13m，单井，药量1kg，接收道距10m，排列长度790m。

由图1可看出，在中厚黄土区，井深8m～9m成孔至基岩面，原始单炮记录上煤层反射波信噪比高，连续性好，远道反映能量较强;井深为10m时，成孔至浅红色亚粘土层原始单炮记录上煤层反射波反映明显，远道反映能量较强;井深12m～13m时，成孔至浅红色亚粘土层单炮记录与井深10m时的单炮记录煤层反射波没有明显区别。

②在薄黄土及坡积物中激发，激发深度1.5m～2.5m，单井，药量1kg，接收道距10m，排列长度790m。

由图2可以看出，薄黄土及坡积物地段，井深2m～2.5m成孔至基岩面的原始单炮记录煤层反射波信噪比高，连续性好，远道反映能量较强;井深1.5m成孔至基岩面的原始单炮记录煤层反射波信噪比较高，只是近道面波干扰较大。

③在基岩中激发，激发深度2m～3m，单井，药量1kg，接收道距10m，排列长度790m。

由图3可以看出，基岩地段，井深2m～3m成孔至基岩中的原始单炮记录煤层反射波信噪比高，连续性好，远道反映能量较强。

（2）激发药量的选择

通过对主要目的煤层反射波开时窗200ms进行了频谱分析（如图4），井深3m，药量为0.5kg时煤层反射波主频高、频带宽，主频在60Hz左右，能量稍弱;药量为1kg时煤层反射波主频高、频带宽，主频在50Hz左右，能量强。综合分析，在基岩出露地段采用单井激发，药量1kg。

（3）单井与组合井的选择

通过对煤层反射波开时窗200ms进行了频谱分析（如图5），单井，井深3m时煤层反射波主频高、频带宽，主频在50Hz左右;3m双井组合时煤层反射波主频低、频带窄，主频40Hz左右。

综合分析，在基岩出露地段采用单井激发，井深3m。

2.4 施工参数优选

通过对试验资料的成果分析对比，设计三维地震施工参数优选方案如下:

（1）激发井深

①黄土覆盖区:

h黄≥10m，单孔，成孔至基岩面或红色粘土层中50公分;

10m＞h黄≥7m，单孔，成孔至基岩面;

h黄＜7m，双孔组合，成孔至基岩面。

②坡积物覆盖区:双孔组合，成孔至基岩分化面下50公分。

③基岩出露区:井深3m。

（2）激发药量

单井，药量1kg;

双井组合，药量1kg×2。

3 应用实例

本次三维地震勘探，试验充分，成果可靠，结论明确，制定的施工方案合理，技术措施方法得当，野外施工严格，原始记录质量较好;水平剖面和纵横向垂直剖面，目的层齐全，信噪比高，地质现象清晰，断层、陷落柱都有明显的反映，取得了丰富的地质成果。

资料经矿方应用验证，证实了本次研究取得了良好的地质效果。对煤层底板的深度和起伏形态进行了很好的控制，构造的解释符合该区的地质特点，据巷道揭露，已经有多条断层和多个陷落柱被验证，提高了矿井的生产效益和经济效益。本区原来勘探程度较低，精查报告中断层较少。本次共新发现断层19条，其中Fd1、Fd5（如图6）、Fd10、Fd14已经被验证;山西地区的陷落柱比较发育，而且胶结很致密，通过认真分析，共查明了陷落柱7个，其中Xd1（如图7）经巷道揭露验证。

4 结论

在复杂地区进行三维地震勘探，在充分了解区域地质特征的基础上，对全区进行全面的试验工作，为下一步施工奠定坚实的基础。

（1）激发井深的选择

良好的激发层位为三维地震勘探原始资料采集提供有力的保障。就本勘探区而言，中厚黄土覆盖地段，单井，成孔至基岩面或红色粘土;薄黄土覆盖地段及坡积物地段成孔至基岩面或红色粘土层50公分左右，双井组合;基岩出露地段，单井，井深3m。

（2）激发药量的选择

适量的激发药量可以提高原始资料目的层反射波的主频率、频带宽度以及能量，通过对本区试验资料分析，采用单井，药量1kg;双井组合，药量1kg×2。

本次三维地震勘探工作中试验工作充分，制定的施工方案合理，取得了较为满意的地质效果。为解决煤矿开采过程中遇到的构造、煤层结构和岩性变化等各种地质问题提供可靠依据。

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