地震勘探技術在礦山地質中的應用

地震勘探技術在礦山地質中的應用

摘要：三維地震勘探技術作為現(xiàn)階段應用最普遍的井下地質勘探方法之一，對礦井生產安全、高效進行有重要的指導意義。以地震勘探技術在礦山地質中的應用為研究對象，簡要介紹三維地震勘探技術，結合具體工程實例，論述其具體應用，實踐結果表明三維地震勘探技術對井下地質狀況有極佳的勘探效果，值得大力推廣與普及。

關鍵詞：三維地震勘探；采區(qū)地質；勘探方法；勘探

0引言

伴隨現(xiàn)代化煤炭機械化開采技術不斷提升，井下生產對采區(qū)內地質狀況掌握程度的要求也不斷增強，進而使得對先進勘探技術的需求也越發(fā)高漲。三維地震勘探技術作為現(xiàn)階段井下地質構造勘探的主要技術方法，對于探明采區(qū)內地質構造情況及煤層賦存狀況等有積極作用，是實現(xiàn)井下生產安全高效開展的重要保障，成為眾多煤礦地質勘探所不可或缺的技術手段。

1三維地震勘探技術概述

三維地震勘探技術是一項綜合性的應用型技術，集合了物理、計算機、數學等諸多學科，對于實現(xiàn)井下地質情況的高精度探明作用顯著，是現(xiàn)階段礦山生產中最關鍵的核心勘探技術之一。三維地震勘探技術源于早期二維地震勘探技術，主要包括野外數據采集、室內數據處理和數據解讀三大內容。a)野外數據采集包含地質測量、鉆眼裝藥、檢波器埋置、電纜布設等多道工序；b)室內數據處理是指將野外采集的地震數據傳輸至專用計算機中，依照具體需求選定程序運行計算，并最終產生地震剖面圖或三維數據圖等；c)資料解讀是指將經由計算機處理后的數據轉變成具體地震成果的過程，通過對波動理論及測井、鉆井資料的綜合分析，對采區(qū)內地質構造、地層特征等內容加以闡述并繪制相應成果圖。

2工程事例應用

礦井概述

青山礦地層隸屬華北地層，通過鉆探揭露的礦區(qū)地層由上自下分別是第四系、第三系、石千峰組、石盒子組、二疊紀山西組、太原組、石炭紀本溪組、奧陶紀老虎山組。主要含煤地層為二疊系與石炭系，其中石炭系煤層發(fā)育不健全，不具備可采性，故不作為勘探對象；二疊系山西組、石盒子組共含有6個煤組，首采煤層為石盒子組8#煤層。此外從構造上分析，青山礦主體構造形態(tài)為斷塊向西傾斜的單斜構造，地層傾角介于25°～35°之間，斷層發(fā)育較為完善，不僅有眾多零星分布的中小斷層，還有許多大型斷層，整體為中等復雜構造。

地震地質條件

a)地表地震條件。青山煤礦屬于全隱蔽性礦井，新生代松散層厚度為300m～400m。整體地勢較為平坦，局部呈現(xiàn)東高西低。礦井北一采區(qū)內有地表河流經過，河面寬度50m～100m，河岸東側密集分布有大量村莊；南二、南四采區(qū)地表條件相交北一采區(qū)地表條件良好，不存在河流；b)淺層地震條件。青山礦潛水面比較穩(wěn)定，厚度一般介于3m～6m，潛水面之下以粉砂和粘土互層為主，具備良好的地震勘探作業(yè)條件；河流兩岸激發(fā)層多為淤泥，選用12m井深可獲取優(yōu)良的地震記錄數據；c)深層地震條件。青山礦所在地區(qū)隸屬華北型晚古生代含煤盆地，二疊系煤層沉積穩(wěn)定，沿煤層分層明顯，有較大的波阻抗差，能夠輕易獲得煤層反射波。依據鉆探結果與人工分析，深部地層反射波發(fā)育良好，存在多組反射波，其中對應8#煤層反射波連續(xù)性強、波形穩(wěn)定，表明深層地震地質條件優(yōu)良。

3地層勘探方法與成果

施工方法

三維地震勘探野外作業(yè)選用標準三維觀測系統(tǒng)，在北一和南二采區(qū)一共布置25束地震勘探線、130條測波線和260條炮線，施工中以束為單位進行。每束探測線與上一束探測線有3條接收線重合，此外每束探測線還有8條48道的測線，測線間距40m、道距10m，選用單邊依次放炮法。需注意的是，當線束遭遇河流或村莊時，則應換用針對性的特殊觀測系統(tǒng)施工。

地震資料處理

依照青山礦地質條件及地震勘探目的，在處理三維地震數據時，應對主要施工環(huán)節(jié)采取多次反復測試，以保障選出最適當的處理工藝流程，以便能夠得到最科學、合理的處理參數。在實際測量中，三個采區(qū)的地震資料記錄質量均十分優(yōu)秀，不僅分辨率和信噪比高，且反射波波組豐富，層層理清晰，具備連續(xù)性好、能量強等優(yōu)點。不過受探測地區(qū)地表障礙物偏多的影響，數據采集時使用了針對性的特殊觀測系統(tǒng)，導致部分地段存在較嚴重的丟道現(xiàn)象，致使有效波連續(xù)性降低，數據處理難度加大。針對這一情況，可在數據處理時使用全排列線性動校正法處理剖面，以便從噪音中提取出有效信號，從而驗證幾何定義的正確性，實現(xiàn)防范野外數據采集排列位置錯誤等情況。對于大炮檢距現(xiàn)象，可通過地表一致性振幅補償法進行彌補，實現(xiàn)對地震波的時間補償和能量補償，避免大炮檢距消耗有效波能量。對于覆蓋次數不平均的問題，可通過保持三維振幅疊加的方法，消除覆蓋次數不平均引起的疊加到能量差異。針對有河流經過的地段，數據信噪比偏低的問題，可通過野外靜校正、二次剩余靜校正和三次速度分析、三次靜校正等方法予以解決。整個過程如圖1所示。

地震資料解釋

采用水平切片解釋與垂直剖面解釋相結合、機器解釋與人工解釋相結合、地震規(guī)律驗證與地震資料解釋相結合的手段，通過研究過去二維地震資料和最新鉆探資料，對反射波所對應的地質層位加以判定。針對不同三維垂直剖面的對比解釋則借助反射波多波組與強相位對比分析的方式進行分析。依據井下構造的復雜性，針對性地選取部分主干剖面，依據由縱到橫、由剖到平、由稀到密、由平面到空間的原則開展多次繁復解釋研究。在水平切片上，同相軸的強度體現(xiàn)了反射波的強度；同相軸寬度則同地層傾斜度及地震波頻率存在聯(lián)系。通過理論研究顯示，水平切片對小斷層有一定的放大效果，小斷層分辨率往往是同水平垂直剖面的5倍以上。借由研究水平切片，能夠對斷層組合的合理與否進行判定，并分析出小斷層的具體發(fā)展規(guī)律。人機交互系統(tǒng)可實現(xiàn)隨時調用所有地震三維數據，以便靈活地展示地層垂直剖面、水平切片一級立體圖，并借助三維立體圖掌握斷層和構造空間演化規(guī)律。此外，人機交互系統(tǒng)還能夠通過放大功能，方便人們了解構造的細節(jié)變化，以便人們自空間的角度實現(xiàn)對構造的全面解釋，進而判定已有構造解釋方案的合理性。斷層解釋一直是三維地震勘探的核心目標之一，其精度高低主要決定于斷點組合及斷點解釋的正確性。一般而言，多通過地震時間剖面上反射波同相軸的分叉合并、錯斷、扭曲等實現(xiàn)判斷斷點，并通過水平時間切片對斷點解釋的正確性加以論證。

地震勘探成果分析

此次三維地震勘探借由嚴密的野外數據采集、數據深度處理、詳實的解釋等，獲得了下述幾點成果：a)探明青山礦采區(qū)地層結構特征、構造變化特征、基巖起伏狀態(tài)等；b)準確掌握8#煤層底板起伏狀況、埋深、露頭位置等；c)在各采區(qū)內8#煤層中落差大于5m的斷層共計89條，其中修訂原勘探報告斷層30條，新發(fā)現(xiàn)斷層59條；d)探采表明三維地震勘探斷層的準確率在75%以上，其中落差高于20m的勘探準確率達85%以上，落差介于5m～10m之間的斷層勘探準確率為66%，落差小于5m的勘探準確率為52%。

4結語

通過三維地震勘探技術有效探查了青山礦采區(qū)的地質情況，為后續(xù)掘進施工及生產的有效開展提供了可靠且有益的指導。實踐結果充分證明三維地震勘探技術是一種簡單、便捷、可靠、高效的地質勘探技術，不僅針對性強且勘探結果準確、可靠，對煤礦生產安全有重要作用。

參考文獻：

［1］宋乾.三維地震勘探技術在呂梁礦區(qū)的應用［D］.太原：太原理工大學，20XX.

［2］冉志杰，楊歧焱，翟星，等.淺層地震勘探在地下采空區(qū)探測中的應用［j］.勘察科學技術，20XX：56-60.

［3］李延