三维地震勘探在煤矿开采中应用效果.pdf

1522018 年第 6 期 收稿日期 2018-01-23 作者简介 杨剑 （1972-），男，汉族，甘肃人，工程师，地球物 理勘探专业，就职于甘肃煤田地质局综合普查队。 三维地震勘探在煤矿开采中应用效果 杨 剑 （甘肃煤田地质局综合普查队，甘肃 天水 741000） 摘 要 本次勘查区位于毛乌素沙漠的边缘，勘查区多被垄状及新月形流动的沙丘所覆盖，为了更好完成地质任务，探 明影响煤矿开采的地质构造，本次三维地震勘探采用 8 线 10 炮规则束状观测系统，克服地表复杂的施工困难，野外采集 数据质量较高，取得了较好的地质效果。 关键词 地质构造 三维地震 地表复杂 地质效果 中图分类号 P631.4 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2018.06.065 Application Effect of 3D Seismic Exploration in Coal Mining Yang Jian Comprehensive Survey Team of Gansu Coalfield Geological Bureau, Gansu Tianshui 741000 Abstract The exploration area is located in the edge of Maowusu desert, largely covered by the ridge shape and the crescent dune. In order to better complete the geological tasks, and ascertain the geological structure affecting coal mining, the three-dimensional seismic exploration used the 8 line 10 cannons bunchy observation system, overcome the construction difficulty caused by the complex surface, and obtained higher-quality field acquisition data, and good geological effect. Key words geological structure 3D seismic surface complexity geological effect 随着采煤技术的发展，采煤机械化程度的提高， 综采技术大量应用，提前掌握煤矿采区范围内煤层 赋存情况及地质构造情况，对煤矿安全生产及经济 效益意义重大，而三维地震勘探就是解决这一难题 的有效手段，本次勘探承担的地质任务就是解决采 区地质构造问题。 1 概况 井田东北边界以赵儿塔向斜轴为界，与羊场湾 井田相邻 ； 正北以29勘探线为界与英子梁井田相接 ； 东、南、西三面均以 1 层煤 600m 水平煤层底板等 高线在地面的投影线为界。井田为两翼基本对称的 背斜赋煤构造。 三维地震勘查区布置在碎石井背斜西翼的二 煤 900m 水平以浅范围内。北起 27 勘探线；南至 24- Ⅰ勘探线；西部以二煤＋ 900m 水平煤层底板等 高线在地面的投影线为界；东部北段以Ⅰ火烧区的 下倾边界为界，东部南段界线在碎石井背斜轴以西 约 150m。 2 地质概况 2.1 勘查区地层 井田内绝大部分地层被第四系风成沙层覆盖， 仅在大沙河两侧有中侏罗统地层零星出露。勘探区 地层由新至老有第四系、下白垩统志丹群、中侏罗 统安定组、直罗组和延安组，下侏罗统富县组及上 三叠统延长群。中侏罗统延安组为主要含煤地层。 勘查区为碎石井背斜的西翼，基本为一单斜构造， 地层倾角 1536，西倾，向深部地层倾角变大。 2.2 地震地质条件 （1）地表条件 勘查区内广布相对高差为 10m 的沙丘，多系风 成垄状及新月形流动的沙丘，间有被植被固定、半 固定沙丘，形成沙丘密布的地貌。勘探区地势南高 北低， 相对高差约90m， 地形起伏变化大， 行车不便， 给地震施工带来较大困难。 （2）浅层地震地质条件 井田内第四系广布，厚度变化大，为 0.625m， 1532018 年第 6 期 平均 8m，不含水。表层多为固定、半固定沙丘， 中部为黄色沙土，底部为砂砾石及卵石层，其厚度 在 010m 左右。成孔困难，对地震波激发与接收十 分不利。 （3）深层地震地质条件 勘查区含煤地层为中侏罗统延安组，划分为上、 下含煤段，共含煤四组（上、下含煤段各两组）， 地层总厚度平均 320.76m，含煤层数多，达 20 层。 综合分析区内现有地质资料，主要可采煤层与围岩 均具有明显的物性差异，具备形成反射波的物性条 件。总之，深层地震地质条件较好，能产生较好反 射波。 3 三维地震野外采集方法 3.1 激发与接收因素 采用 wf-50 风水两用钻机钻井，井深大于 6 ｍ 单井激发，采用 23kg 药量激发；井深 35m，2 井 组合，药量 22kg；井深小于 3m，3 井组合，药 量 31kg；个别地段适当加大井深 , 建筑物附近采 用深井小药量激发。检波器组合采用 3 个 60Hz 检 波器串联组合，点式堆放，挖坑埋置。施工中尽可 能采用深井激发以压制面波及声波的干扰，并避免 在风中作业以保障记录面貌有较高的信噪比。由于 面波及声波均为规则干扰波，在资料处理中可以得 到有效地压制。 3.2 仪器因素 使用法国产 428XL 数字地震仪。施工前按规定 对仪器进行了年检、月检、日检。检查记录合格。 采样间隔 1ms，记录长度 1.5s，全频带接收。 3.3 观测系统 采用 8 线 10 炮规则束状观测系统，分析本区 地质资料，选取 CDP 网格 1010m（横向 10m， 纵向 10m），叠加次数 20 次 横向 4 次，纵向 5 次 ， 能够达到完成地质任务的目的。观测系统参数为 观测系统类型8 线 10 炮束状观测系统。CDP 网 格10m10m，接收道数408 320 道。接收 线数8 条。叠加次数5420 次（纵向 5 次， 横向 4 次）。接收道距20m；接收线距40m。 炮线距2060m，炮排距80m。纵向最大炮检距 780m；纵向最小炮检距0m。 横向最大非纵炮间距 310m；横向最小非纵炮检距10m。最大炮检距 839m。 3.4 三维地震采集效果分析 图 1 地震单炮记录 单炮记录面貌干净，地震反射波能量强，波组 特征清晰，有效波明显，记录频率较高。 通过对剖面综合分析、对比和解释。T2、T7、 T14 的单斜形态对应本区的单斜构造，与钻探揭示 的构造形态十分吻合。初步分析，三组（T2、T7、 T14）反射波组分别对应三组煤层（二煤、七煤、 十四煤），波组特征与煤厚有较好的对应关系，T2 波强相位对应二煤厚煤层，T7、T14 波较弱相位对 应七煤、十四煤层。单斜深部 T14 波尖灭特征对应 该地段十四煤煤层变薄区（110 孔、2417 孔地段煤 层厚度小于 1m）。 图 2 地震时间剖面 波组总体特征为二煤层反射波能量强，信噪 比高，波的连续性好，可做为本区的标志层位。下 组煤反射波能量弱，信噪比低，连续性差，与煤厚 特征相关外，上覆厚煤层对下覆煤层的能量有一定 的屏蔽作用。如图 2 所示。 4 地质成果 4.1 勘查区构造分析 经本次勘探，勘查区为一单斜构造，全区共揭 示断层 13 条。发育 7 条逆断层，6 条正断层。本区 构造比较简单。从地震构造图看出，勘探区为碎石 井背斜西翼的单斜构造带，轴部宽缓，翼部变陡。 背斜轴向南倾伏。补 6 勘探线以南含煤地层倾角 1021，由南向北煤层倾角逐渐增大，补 6 勘探 线以北倾角为 2028；地层的走向与背斜轴基本一 致，近南北向。 1542018 年第 6 期 根据图 5 可以看出，当工作面过断层条件下 导水裂缝带发育高度为 48.2m，比无断层情况下高 2.2m。上限裂隙大多出现在断层附近，顺着断层面 向上发展，断层破碎带塑性破坏严重，当上方有水 体时可作为导水通道。当工作面位于断层下盘条件 下时导水裂缝带发育高度为 56.7m，比无断层影响 条件下高 10.1m。导水裂缝带发育上限朝断层方向 纵向发展，形成一边高一边低两端不对称的“马鞍 型”覆岩破坏形态。 4 结论 利用 UDEC 离散元方法分析煤层覆岩破坏和导 水裂缝带发育规律具有可行性，通过对不同因素关 于煤层导水裂缝带发育高度的影响进行模拟计算分 析，得出不同采深、采厚、顶板岩性组合、地质构 造（主要指断层）等因素对导水裂缝带高度发育规 （上接第151页） 4.2 断层验证情况 在 11201 工作面回风巷、运输巷掘进过程中（具 体位置见图4） ， 揭露断层与地震解释DF38断层性质、 倾向、落差吻合较好。在三维地震时间剖面上，该 断层断点反映清晰，断层性质明确，时差近 10ms。 构造图反映，断层为正断层，二煤断层，断层走向 北东，断面倾向南东，倾角 65，最大落差9m。 图 3 断层及火烧区在时间剖面上反映 图 4 DF38 断层位置图 4.3 地质成果评价 查明了区内煤系地层为一单斜形态。查明了区 内落差大于 5m 的断层共 13 条。其中，DF38 断层 的可靠性已经巷道验证。控制了井田区内主要煤层 的底板标高，并编制出二煤、七煤、十四煤的底板 等高线图，较好地反映出主要煤层的展布形态。并 对煤层底板起伏形态进行了描述。圈定了十四煤层 无煤区边界；并对各主要煤层的厚度进行了解释。 根据地震资料反映，对主要煤层 I 号火烧区下倾边 界附近的构造异常进行了解释。通过本次地震勘探， 认为区内没有幅度大于 8m 的褶曲，也未见古河床 冲刷现象。 5 结论 本次三维地震勘探在设计、施工、资料处理、 报告编制过程中，各种参数选择和方法应用均进行 了严格的论证和充分的试验，保证了数据采集、数 据处理和报告编制各个环节的合理性。采用深井大 药量激发，高叠加次数（20 次）保证了深部煤层反 射波有足够的能量，方法正确，效果显著。资料处 理中对各种参数的选择进行了反复试验，方法正确， 流程选择得当，经过预处理、常规处理获得的数据 体目的层反射波能量强，连续性好，构造显示清晰。 地震资料解释中充分利用处理后的地震信息，结合 地质、钻探资料进行多方位、多角度的综合解释， 方法正确，控制的构造精度较高，取得了较好的地 震效果。 律影响较大，对高庄矿湖下开采提供理论支撑。 【参考文献】 ［1］ 王双美 . 导水裂隙带高度研究方法概述 [J]. 水文 地质工程地质 ,2006,305126-128. ［2］ 杨贵 . 综放开采导水裂隙带高度及预测方法研究 [D]. 山东科技大学 ,2004. ［3］ 李学良 . 基于 FLAC3D的采动区覆岩破坏高度数 值模拟研究 [J]. 煤炭学报 ,2012,311083-85. ［4］ 吴瑞叶 , 郜普涛 , 刘冰晶 .3上509 大采高工作面 覆岩导水裂缝带数值模拟研究及应用 [J]. 科技信 息 ,201210380-381. ［5］ 刘伟韬 , 武强 , 李献忠 , 等 . 覆岩裂隙带发育 高度的实测与数值仿真方法研究 [J]. 煤炭工 程 ,20051155-58, ［6］ 许延春 , 张玉卓 . 应用离散元法分析采矿引起厚 松散层变形特征[J].煤炭学报,2002,273268-272. ［7］ 谭志祥 , 何国清 . 断层影响下导水裂隙带的发育 规律 [J]. 煤炭科学技术 ,19971045-47.