发耳煤矿复杂条件下三维地震勘探效果分析

发耳煤矿复杂条件下三维地震勘探效果分析

魏燧1，肖永洲2

(1.兖矿集团有限公司，山东 邹城 273500；2.兖矿贵州能化有限公司，贵州 贵阳 550081)

[摘要]分析了发耳煤矿复杂的地形条件、构造条件、煤层条件、物性条件，根据该矿的地质条件，提出了三维地震勘探的技术对策，依据采掘揭露资料、井下钻探资料、地面钻探资料，对发耳煤矿三维地震勘探的效果进行了验证，三维地震勘探成果煤层埋深相对误差一般小于4%，可基本控制落差大于10m的断层，同时指出了三维地震勘探在贵州煤矿应用需要解决的技术难点。

[关键词]复杂条件；三维地震勘探；勘探效果；分析

[中图分类号]TD166[文献标识码]B

[收稿日期]2014-05-26

DOI[]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.01.007

[作者简介]魏燧(1961-)，男，山东菏泽人，高级工程师，兖矿集团资源开发部部长，从事矿井建设管理、西南部及西部煤炭资源项目的建设开发工作。

3-D Seismic Exploration Effect of Faer Colliery under Complex Condition

[引用格式]魏燧，肖永洲.发耳煤矿复杂条件下三维地震勘探效果分析[J].煤矿开采，2015，20(1)：23-25，44.

发耳煤矿位于贵州省水城县发耳乡，设计生产能力3Mt/a，划分为2个独立的井区——一井区和二井区。一井区设计生产能力1.8Mt/a，为生产矿井，平硐-斜井开拓，采用长壁后退式采煤法，综合机械化开采，全部陷落法管理顶板，生产采区为一采区和三采区，开拓采区为五采区；二井区设计生产能力1.2Mt/a，为基建矿井，斜井开拓，正在建设。2009年以来，发耳煤矿完成了一井区1.96km2、二井区4.8km2的三维地震勘探[1-2]。

贵州煤矿的地形地貌条件、地质构造条件、煤层赋存条件都比较复杂，地震地质条件较差，采区三维地震勘探起步较晚，应用尚不广泛，三维地震勘探效果实际验证资料少，尚未有系统的评价。

1三维地震勘探条件

1.1　地形起伏大，条件复杂

发耳煤矿地处云贵高原，地形条件总体上受区域性地质构造和岩性控制，属高原高中山地貌，大部属典型的岩溶山区，地形与岩性、构造、风化剥蚀相关。碳酸盐岩地层呈溶蚀洼地、山峰，喀斯特地貌较发育；碎屑岩地层则表现为长梁山、冲沟，以河谷、冲沟等侵蚀地貌为主。地形标高900～1915.6m，相对最大高差可达1015.6m，一般相对高差500m，含煤地层出露标高一般为900～1300m。地表发育有缓坡、台阶、冲沟和悬崖陡壁，地形迭宕起伏，切割剧烈，山势陡峻，相对复杂，给地震测线测量和野外资料采集造成很大困难。

1.2　煤层厚度薄，稳定性较差

井田内地层由下到上依次发育有二叠系中统峨嵋山玄武岩组(P2β)、龙谭组(P2l)，三叠系下统飞仙关组(T1f)、永宁镇组(T1yn)及第四系(Q)。

煤层厚度较薄，以1.0～2.0m厚度薄煤层和中厚煤层为主，没有超过3.5m的厚煤层；煤层稳定程度低，属于较稳定～极不稳定类型；煤厚变异系数大，一般30%～80%，出现煤厚变薄带和无煤带，厚度变化规律性不强；煤层倾角一般4～28°，平均15°左右，倾角变化也大。1煤平均厚度1.75m，位于煤系地层顶部，上距龙潭组顶界平均13.60m，下距3层煤顶界平均10.58m，为三维地震勘探的第一个目的层。

1.3　地质构造条件较复杂

受燕山运动和喜马拉雅运动影响，断层条数多、密度大，小褶曲、小断层发育，对井巷开拓和煤层开采影响较大，地质构造较复杂。

1.4　地震地质条件差

浅表层第四系岩性为黏土、碎石夹杂泥土，坡堆积层松散，在土中激发产生的面波能量强，且易生成强能量浅层多次反射—折射波，干扰有效波。

浅部永宁镇组石灰岩厚度达100m以上，在沟谷地段有土层覆盖，近地表岩性横向、纵向变化较快，对地震资料的成像造成较大影响，对煤层反射波有一定的屏蔽作用。

浅表层地震地质条件差，浅层及深层地震地质条件一般。成孔施工难度大，激发条件较差，给测线施测、成孔、地震波的激发和接收都带来很大的困难，也提高了成本费用。

2复杂条件下开展三维地震勘探的技术对策

发耳煤矿三维地震勘探为典型的山地三维地震勘探，对勘探区进行全面踏勘，深入分析研究地貌、岩性条件，从提高数据采集质量和数据处理质量两个方面考虑，认为激发方法、成孔技术、大高差的静校正方法为物探工作的技术难点，并采取了针对性技术措施，基本解决了复杂条件下的三维地震勘探技术难点。

为获得高分辨地震资料，采取了高定位精度、高空间采样率、高时间采样率、高覆盖次数的对策；对采集参数和试验方案进行了优化，实施了检波器挖坑埋实和激发井埋实，干扰严重时不施工，避开高频环境噪声干扰，杜绝坑炮和浅井炮。

2.1　激发方法选择

为避免地震波能量吸收及散射，杜绝坑炮和浅井炮，钻孔必须打到高速层，且必须采用闷井激发，杜绝开花炮，采用QPY-30钻机或WTZ-301风动钻机成孔且打到基岩下一定深度的高速层，深井激发，并采用泥浆、水、砂土进行封孔，使其产生集中向下的爆发力，提高激发能量、激发频率，在有效地避免声波的同时尽可能地压制面波干扰，从而提高低频信号的信噪比；在基岩中激发，可提高地震子波的主频和地震波的分辨率，为取得优质的原始地震数据提供技术保证。

井深效果分析：试验井深为4m，6m，7m，8m，9m，10m，12m，14m，16m，18m，单井激发。当试验点位于地势较高处、覆盖土层较厚时，浅层岩层风化严重，井深小于10m，记录面貌差，有效波不突出，面波较重；井深大于10m，有效波较明显，反射波能量强。试验点位于低洼处时，井深大于6m，有效波的能量均较突出。随着井深的增加，有效波的能量有所增强，当井深大于10m时，激发效果基本没有变化，因此确定最佳井深大于10m。

药量效果分析：每个试验点均采用最佳井深10m进行药量试验，分别进行0.5kg，1.5kg，2.0kg，2.5kg，3.0kg药量试验，除了0.5kg药量激发的背景干扰稍重外，其余药量激发均取得良好的地震效果，为确保取得良好的记录资料，确定药量为1.5kg。

通过井深、药量试验，最终确定井深药量组合方式为井深大于10m、药量1.5kg。

2.2　检波器及接受方式选择

勘探区为山区，地形复杂，树木多，造成单炮记录的背景干扰严重，对资料信噪比影响较大，为消除其影响，采用抗干扰能力强的60Hz检波器，采用3只检波器串联零基距组合方式，检波器灵敏度高。在野外施工中抓好检波器埋置的工作，力求使检波器与地表土壤或岩石组成一个阻尼较好的振动系统，压制地表随机高频噪声，为提高高频段有效波的信噪比打好基础。在裸露岩石区域，为使检波器与岩石耦合较好，采用轻便发电机和电钻等设备成小孔，将检波器尾锥直接插入孔内，岩石和孔壁间充填物质，使检波器与地表土壤或岩石组成一个阻尼较好的振动系统，提高了高频段有效波的信噪比。

2.3　复杂山区观测系统设计

勘探区内沟梁发育，地表落差较大，根据地貌特点将勘探区划分为数个小区，为增加采集方位角的宽度和偏移距的均匀度，更合理地获取物探信息，采用了8线8炮常规观测系统与块状特殊观测系统相结合的方式，大大提高采集方位角的分布范围，对偏移距的分布范围也有明显改善，同时辅以高覆盖次数，提高了信噪比。

2.4　最佳观测范围调查

勘探过程中根据实际情况适当加大排列长度，对试验段进行了试处理，得到高信噪比的地震时间剖面，进行了覆盖次数的对比处理，在200ms，300ms，400ms左右，形成3组较强的反射波，可以满足地震解释的要求。

3三维地震勘探地质成果

通过三维地震勘探，控制了主采煤层的形态，查明了主要构造及发育规律，控制了主要煤层厚度变化趋势。

一井区原构造展布方式是根据钻孔资料及地面出露的地层资料，结合区域构造规律推断而来，断层的性质、产状、落差及地层的走向、倾向、倾角等分析判断均存在较大局限性。共组合断层7条，全部为正断层，断层落差20～55m，走向NW30°左右，3条断层倾向NE60°，4条断层倾向NW60°，平行排列，断层之间的间距由西往东依次为40m，170m，105m，220m，220m，470m，形成一系列的地堑、地垒、台阶式构造。由于断层落差大，无法跨越断层布置正规工作面，致使采区难以设计。

三维地震勘探成果否定了原断层组合方式，对构造方案进行了较大的修正。一井区解释落差10m以上断层11条 (图1)。

图1　一井区三维地震勘探前后构造对比

4三维地震勘探效果验证

根据三维地震勘探成果进行了采区设计，一井区回采了10102和10103工作面，掘进了10105工作面，掘进了大量巷道予以验证(图2)；二井区完成了补充勘探，有钻探工程予以验证。

图2　一井区1煤断层三维地震勘探与实际验证对比

4.1　煤层埋深验证

一井区1煤埋深绝对误差为-10.8～+5.2m，相对误差为-4.80%～+2.09%，只有A3点为正误差，由于受断层影响，其他点均为负误差(表1)。

表1　一井区1煤底板标高三维地震勘探与实际验证对比

注：绝对误差中比实际浅为-，比实际深为+。

二井区1煤底板标高绝对误差为-8.37～+39.39m，相对误差为-3.78%～+7.19%，3个钻孔中为负误差，其他8孔中为正误差，BJ1304钻孔由于断层影响，误差最大，达到+39.39m(表2)。

表2　二井区1煤底板标高三维地震勘探与实际验证对比

注：绝对误差中比实际浅为-，比实际深为+。

4.2　断层验证

一井区井巷工程及井下钻探验证断层6条，断层落差的误差最大为5m，较为准确；断层的平面位置摆动误差为50～91m，误差较大。F-12断层延展长度误差较大，F-13断层实际揭露分岔为2条，探F9，F10断层实则为1条；10102和10103工作面回采揭露5条落差1.1～5.7m的小断层，三维地震勘探中没有查出(表3)。

表3　一井区1煤层断层三维地震勘探与实际验证对比

二井区补充勘探验证断层5条，FJ1305断层落差的误差最大为30m，B1101钻孔未控制到F28断层；断层的平面位置摆动误差为10～50.5m(表4)。

表4　二井区1煤层断层三维地震勘探与实际验证对比

5结束语

(1)通过试验研究，找出适用于勘探区不同岩性地层的激发方法，优化设计采集参数和试验方案，正确进行静较正，保证了数据采集质量和资料处理质量，达到了三维地震勘探目的。

(2)发耳煤矿三维地震勘探煤层埋深相对误差一般小于4%，但局部绝对误差较大；可基本控制落差大于10m的断层，但对断层落差、平面摆动位置控制误差较大；对落差小于10m的断层，控制程度差。

(3)只要在充分踏勘、理论分析的基础上，深入研究复杂的地形、地质、物性条件，进行充分的井深、药量、检波器组合方式、观测系统排列组合方式等试验，找出适用于不同岩性地层，尤其在厚层石灰岩出露条件下的激发方式；正确进行静较正，提高数据采集质量和资料处理质量，三维地震勘探在复杂条件下同样可以取得较好的效果。

[参考文献]

[1]贵州发耳煤业有限公司.发耳矿井一井区三维地震勘探报告.泰安：山东中煤物探测量总公司，2009.

[2]贵州发耳煤业有限公司.发耳矿井二井区三维地震勘探报告.贵阳：贵州西能物探技术有限公司，2010.

[3]肖永洲，李作明，管志召，等.黔北煤田地质特点及采取对策.煤炭科学技术，2008，36(3)：99-102.

[4]肖永洲，于展绅，孔祥周.发耳煤矿三采区突水原因分析及防治对策.山东煤炭科技，2012(3)：195-196.

[5]柏军.浅析黔北煤田的地质构造及工作方式.内蒙古煤炭经济，2014(4)：180-181.

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[责任编辑：施红霞]

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