二维地震勘探在煤矿采区补勘中的应用

刘海彬，方大为

（湖南省煤田地质局 物探测量队，湖南 株洲 412003）

1 概述

地震勘探方法目前已广泛应用于煤田地质勘探中。随着计算机技术的飞速发展，新的数据处理方法不断涌现，地震资料中提取的信息更加丰富，解释自动化程度越来越高，为解决煤田地质问题起到了巨大作用。湖南省煤田地震勘探起步较早，但苦于地震地质条件较差，摸索几十年也未达到理想的效果。本次在某煤矿区完成的二维地震勘探项目，就是利用先进地震仪、采用新方法并取得了较好成绩的一个成功例子。

2 地质概况及地震地质条件

勘探区构造位置处于一个向斜内，向斜东翼保存较完整，西翼被大逆断层破坏，仅部分保存。区域内褶曲、断裂、陷落柱均十分发育，主要褶曲和断层有10多条。勘探区内出露的地层由新至老有二叠系上统长兴组（P2ch）、二叠系上统龙潭组（P2l）、二叠系下统茅口组（P1m）、二叠系下统栖霞组（P1q）以及石炭系中上统壶天群（C2+3）。本区含煤地层为龙潭组，由砂质泥岩、粉砂岩夹薄层细砂岩、炭质泥岩及煤层组成，全组厚5.72～38.00m，一般厚19.40 m。岩性稳定，含煤层数不多，共2层，其中1煤不可采，可采2煤层层位稳定，厚度0～11.75 m，平均2.77 m，含夹矸1～2层，其顶板含菱铁矿层及结核。

勘探区内地形起伏不大，以坡地、水田、小河、水库居多，第四系土层土质和风化基岩交替呈现，潜水位1～8m深度变化不等，低（降）速层的厚度变化较大，对地震波激发的均一性有较大影响。地表植被较发育，尤其民房和水域分布广，给地震施工带来一定的困难。

本区含煤地层为二叠系上统龙潭组，其上覆地层为长兴组，下伏地层为茅口组。长兴组以硅质岩和硅质灰岩为主，龙潭组主要以砂质泥岩、粉砂岩夹薄层细砂岩、炭质泥岩及煤层为主，茅口组主要由灰岩等组成。因此从理论上讲，2煤层（Vp≈2400m／s）与其上下围岩（石英砂岩Vp≈4800m／s）、含煤地层与下伏的茅口灰岩（Vp≈4500m／s）均存在较大的波阻抗差，故该界面是一个良好的反射界面，从已有地质资料和钻探资料分析，本区构造比较平缓，煤系地层埋深在250～600m 之间，倾角较小（＜30°），要获得有效波，需要根据目的层的深度和倾角选择合适的观测系统。

3 地震勘探野外施工方法

3.1 观测系统及采集参数

根据地震试验情况，最后选定二维地震观测系统的覆盖次数24次以上，接收道数110～180道，道间距10m，中间发炮，炮点距为20m；同时两条勘探线运用小宽线观测系统，该方法是省内煤田勘探首次运用，接收道数达到330道，道间距10m，中间发炮，炮点距为10m，覆盖次数达到80次以上。

激发和接收方式：震源药柱，药量1～2kg，井深5～8 m，2串2并60Hz检波器串联组合接收，仪器采用加拿大ARIES数字地震仪，采样率1ms。

3.2 激发方法

在施工前和施工过程中进行了较全面的试验工作，包括井型、井深试验、药量试验、震源组合试验等。

成孔是本次激发成败的关键。考虑到地表土质特点，首先用洛阳铲成孔2～5m，到达耕植土的底层，下面为残积土、全风化、强风化岩，部分河床地段为流沙层，从耕植土的底层开始用手盘钻继续往下成孔，达到5～8m 的深度；对于地表裸露岩石部分，运用30m 钻机直接钻到5～8 m。该深度基本达到了强风化岩内部，大部分处于潜水面以下，是良好的激发层位。典型试验记录见图1。

图1 不同井深试验记录对比（药量均为1kg）

4 地震资料处理

该区地震数据处理采用的处理系统为CGG 地震资料处理系统，同时采用了绿山Fathalm 初至折射静校正软件进行静校正处理。CGG 地震资料处理系统与FOCUS处理系统、Fathalm 折射静校正软件共同形成了相互渗透、综合应用的模式，可充分发挥各自的优势，以期得到最佳的处理成果，其资料处理流程见图2。

图2 资料处理流程

根据地质任务要求，寻找煤炭资源是这次勘探的主要目的，所以处理原则是在确保高信噪比的前提下，尽量保留原始资料中的高频有效信息，最大限度地提高时间剖面的纵、横向分辨率；尽量保留和改善弱反射层次，以确保对小构造的分辨能力；尽量保持地震信号振幅的真实性和反映地层及煤层界面特征的动力学特点；准确拾取初至折射静校正；利用钻孔进行速度反算，找出速度变化规律，然后对速度谱上多层反射波的速度进行分析，重点控制有效波。为有效地压制多次波，在选择煤层反射波迭加速度时按照“就高不就低”的原则。工作站采用交互速度分析，并且在剩余静校正的基础上再做第二次速度分析，个别地段根据资料的显示情况再加密速度分析距离，以提高速度分析精度。

5 地震解释

地震资料的地质解释属地震反演范畴，必须采用正确有效的方法，克服地震解释的多解性，综合利用各种参数，获取可靠的地质信息。

本次解释工作是在SUN blade2000工作站上进行的，利用美国斯伦贝谢公司GeoFrame3.7地震解释组合体软件（IESX）、可视化软件（GeoViz和Voxels）以及地质绘图软件（CPS3）等进行人机联做地质解释工作。

5.1 主要反射波组地质属性的确定

本区地震时间剖面上发育有TQ波和T2波。

根据区内22个钻孔资料显示，TQ波对应第四系底界面反射波。区内新生界厚度较小，多在8～40m，局部地段可到124m，TQ波在区内不能连续追踪。T2波由两个相位组成，其主频约为45～65 Hz。2煤层（Vp≈2400 m／s）与其上（石英砂岩Vp≈4800m／s）、下（茅口灰岩Vp≈4500 m／s）围岩、均存在较大的波阻抗差，故该界面有较好的反射波产生。因此T2波是对应2 煤层的反射波，如图3所示。在有2煤层赋存的地段，可连续追踪到能量强的T2波，当2煤层宏观结构发生变化，如变薄、采空或无煤，该波会发生强相位转换、能量变弱或消失。

图3 2煤对应的反射波T2波

5.2 断层的解释

以反射波同相轴的错断、叠掩、扭曲、强相位转换、断点绕射波和断面波作为解释依据。利用T2波及各弱反射波的波形、波组、波系对比，控制断层的倾向、落差，对水平叠加剖面进行对比解释（见图4、图5）。

图4 龙华逆断层在时间剖面上的反映

5.3 煤层采空区

根据本区已知地质资料，当2煤采空时，T2波能量变弱或消失（见图6）。以此为采空区解释依据，对地震测线T2波进行解释，在平面图上勾绘出采空区边界。

图6 采空区在地震时间剖面上的显示

6 地质成果

本次地震勘探工作控制了区内的基本构造形态，进一步控制了落差大于20m 的断层，除了进一步提高龙花、颜家冲、铁家冲、竹山塘四条已知断层的可靠程度外，新发现多条断层。初步查明了可采煤层的隐伏露头位置；查明了煤层的赋存深度和起伏形态，其煤层赋存形态是一向斜构造，局部发育有次一级褶曲。向斜整体南北向延展长，东西向延展短。测区颜家冲断层以南较平缓，以北较陡。最小倾角约4°，最大倾角约18°，煤层底界深度约在-190m～-480m。

7 结语

1）充分开展地震试验工作，确定最佳观测系统和采集参数，是地震勘探必须遵循的环节。

2）在复杂地震地质条件下成孔到达最佳激发层位是能否获得有效反射波的关键。

3）利用地震勘探方法能够在南方复杂地震地质条件下解决地质构造问题，对煤炭资源的赋存形态进行总体评价。

〔1〕方大为，张可能，王国霞，等.地震勘探法在宁乡清溪冲煤矿危机矿山资源勘查中的应用研究，2010年湖南矿物岩石地球化学论丛，2010.10.

〔2〕刘天放，张爱敏，等.地震勘探原理及方法〔M〕.北京：煤炭工业出版社，1996.11.