三维地震勘探技术在新建矿井首采区的应用实例.pdf

2020年第10期西部探矿工程 * 收稿日期 2019-11-06修回日期 2019-11-08 第一作者简介 魏来 （1987-） ， 男 （汉族） ， 河南南阳人， 工程师， 现从事矿业工程方面工作。 三维地震勘探技术在新建矿井首采区的应用实例 魏来*， 李海平 （晋煤集团巴愣煤矿， 山西 晋城 048000） 摘要 以某煤矿三维地震勘探为例， 利用三维地震勘探技术查明某煤矿首采区的地质构造和煤层 赋存情况， 为某煤矿以后的矿井开拓、 采区设计提供地质依据。 关键词 三维地震勘探； 首采区； 煤层赋存； 安全生产 中图分类号 P631.4 文献标识码 B 文章编号 1004-5716202010-0115-04 某煤矿是晋煤集团在内蒙古投资的一座大型现代化 矿井， 2019年5月获得国家发改委核准批复， 建设规模 8.0Mt/a。该矿井位于内蒙古西南部， 黄河河套鄂尔多斯 盆地西北部， 处于内蒙古自治区与宁夏回族自治区的接 壤地带， 行政区划隶属鄂托克前旗新上海庙镇管辖。 1某煤矿首采区地质条件 1.1勘探范围 本次勘探范围由5个坐标点连线确定， 勘探面积为 10.81km2。 1.2地层及煤层地质条件 勘探区归属于北温带干草原与内蒙古荒漠草原的 过渡地带， 呈低缓丘陵地貌， 地势开阔， 起伏不大， 总体 呈东南高西北低的地形特征。海拔标高一般在 1332.38～1363.69m之间， 沙丘多呈链状分布， 但大部 被植物固定， 有少量季风流动的垄状及新月状沙丘。 勘探区属隐伏式煤田， 地层由上至下依次是 第四 系 （Q） ； 新近系渐新统 （N2） 、 白垩系志丹群 （K1Zd） ； 侏 罗系中统直罗组 （J2z） ； 侏罗系中统延安组 （J2y） 和三叠 系上统延长组 （T3y） 。 本区可采煤层14层， 自上而下为2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 12、 13、 15 上、 15、 17上、 17煤层。 1.3地震地质条件 1.3.1表、 浅层地震地质条件 勘探区位于鄂尔多斯高原西侧， 毛乌素沙漠西南 边缘， 地表高差30m左右， 表层以干黄土、 黄沙土为主， 其下为卵砾石类沙土。表、 浅层为风积砂， 厚约50 70m， 含水性差， 质地松散。勘探区的潜水位位于地表 以下3060m， 一般45m。表层的黄沙使得检波器与大 地耦合较差， 其下的卵砾石给成孔带来很大困难。该 区较深的潜水位以及表、 浅层松散的覆盖物使得地震 波衰减较快。 区内机动车道较少， 许多地段机动车难以到达， 对 测线、 炮点布置和施工效率有较大影响。表、 浅层地震 地质条件较差。 1.3.2中、 深层地震地质条件 从煤层赋存特点来看， 该区煤层埋深适中， 平均埋 深约600m， 而且煤层全区分布， 厚度稳定， 煤层倾角较 小10左右， 煤与围岩物性差异较大， 煤层与围岩界为 良好的反射界面， 对地震波的接收有利。但该区煤层 层数多,每层煤都对地震的传播产生屏蔽作用， 从而使 得深部煤层反射波能量变弱， 不易分辨。新生界底界 面和白垩系厚砾石层这两个强反射界面对下伏煤层的 反射波也有较大的屏蔽作用。另外， 煤层间距较小， 在 垂向上不利于地震反射波分辨煤层。总的来说， 该区 中层地震地质条件较差。 2观测系统及施工参数 2.1测网布置 本次三维地震野外施工采用10线8炮制规则三维 观测系统， 线束呈东西向布置， 基本垂直地层走向。区 内共布设三维地震勘探线16束， 自南向北、 自西向东按 序编号， 依次为第1束、 第2束、 、 第16束， 每束与上 一束重合5条接收线， 每束内有测线10条， 每条测线60 道共计600道接收线， 线距40m， 道距20m， 中点放炮。 2.2施工参数 观测系统的确定主要考虑了勘探区地形条件、 目的 层赋存状态、 构造发育程度、 反射波的发育情况以及仪 115 2020年第10期西部探矿工程 2.3完成工作量 本次三维地震勘探工作共完成线束16束， 施工面 积17.52km2， 满覆盖面积11.32km2， 共完成生产物理点 5420个， 试验物理点87个， 总计物理点5507个。按照 规范的有关规定， 甲级记录2500张， 占总数的46.13， 乙级记录2865张， 占总数的52.86， 空炮、 废炮55张， 占总数的1.019， 合格记录甲级乙级5365张， 占总 数的98.99， 试验物理点全部合格， 详见表2。 3数据处理与资料解释 3.1地震数据处理 本次三维地震资料使用Geo-Frame4.3 全三维解 释软件进行解释。解释过程采用工作站解释和人工解 释相结合， 时间剖面、 水平切面、 面块切片解释相结合 的思路和流程进行。 在充分了解原始资料的基础上， 按照地质任务设 计处理流程、 测试处理参数， 通过试验处理结果的对比 论证， 确定了适合本区特点的处理流程。在处理过程 中， 根据试验结果， 选定如下处理流程 ①层析静校正； ②真振幅恢复； ③球面能量补偿； ④地表一致性振幅校 正； ⑤道编辑； ⑥叠前去噪； ⑦地表一致性预测反褶积； ⑧抽道集； ⑨动校正； ⑩剩余静校正； ⑪叠加； ⑫随机噪 声衰减； ⑬有限拆分三维一步法； ⑭蓝色滤波； ⑮振幅 均衡等。处理过程中始终坚持质量第一的原则， 以 “高 信噪比、 高分辨率、 高保真度” 为目标， 野外采集参数合 理， 数据体覆盖次数比较均匀， 处理流程正确， 煤层反 射波分辨率高， 断层的断点在时间剖面上反映清晰， 获 得了高质量的三维地震数据体。 3.2地震资料解释 3.2.1反射波层位的标定 本区发育的主要反射波组如下 Tn波 来自于新生界底界形成的反射波组， 该波 组能量强， 两个强相位， 全区可连续追踪。 Tk波 来自于白垩系砾石层形成的反射波组， 该 波组能量强， 一至两个强相位， 全区可连续追踪。 T7波 来自于7煤层形成的反射波， 该波组局部区 域能量较强， 部分地区可追踪。 T8波 来自于8煤层形成的反射波， 该波组能量较 强， 波组特征明显， 全区可连续追踪。 T13波 来自于13煤层形成的反射波， 该波组大部 区域能量较强， 和T8波间距稳定， 基本可连续追踪。 T15波 来自于15煤层形成的反射波， 该波组大部 区域能量较强， 和T13波间距稳定， 基本可连续追踪。 T17波 来自于17煤层形成的反射波， 该波组能量 较弱， 和T15波间距稳定， 基本可连续追踪。 名称 观测系统 放炮方式 覆盖次数 CDP网度 接收道数 炮线距 炮排距 道距 线距 横向最大炮检距 横向最小炮检距 纵向最大炮检距 纵向最小炮检距 最大炮检距 束距 具体施工参数 10线8炮 中点放炮 4 （横） 6 （纵） 24次 10m10m 60道/线10线600道 20m、 60m 100m 20m 40m 310m 10m 600m 0m 675.35m 200m 表1施工参数一览表 器设备等， 依据前期观测系统、 采集参数的室内技术论证及现场试验情况综合分析， 确定了施工参数 （表1） 。 116 2020年第10期西部探矿工程 3.2.2断层解释 在地震时间剖面上， 解释断点的依据为反射波 （波 组） 同相轴的错断、 分叉合并、 扭曲及同相轴产状突变 （落差较小的断层） 等； 将断点组合为断层的依据是 相 邻地震时间剖面上的断点显示特征和性质一致； 相邻 断点落差接近或有规律变化， 追踪和组合的断层符合 区内的构造规律。 3.2.3煤层露头解释 三维地震勘探由于新生界底界面发射波不甚发 育， 不能连续追踪， 故在看不到新生界底界面的剖面上 选择煤层反射波尖灭的地方作为隐伏露头位置。由于 勘探区内白垩系底界面反射波不甚发育， 煤层露头主 要根据煤层反射波消失位置确定， 因而可能造成地震 解释上的误差。 4地质成果 4.1煤层赋存情况 勘探区内煤层底板起伏形态总体上为一倾向SEE 的单斜构造， 倾角在东部和西部较大 （8左右） ， 中部较 小 （2左右） 。在勘探区西北部发育有向斜构造， 其轴向 为近SN向。其中， 8煤层、 13煤层和15煤层在勘探区 西部边界附近存在隐伏露头， 露头走向为NNW。 4.2褶曲情况 勘探区整体形态为一倾角较缓的单斜构造， 局部 发育有小型褶曲， 其中较大的褶曲为勘探区西北部发 育的轴向近SN的向斜构造， 该向斜构造轴向长度约 1200m， 两翼宽度约500m。 4.3断层控制情况 全区共解释断层20条， 全部为新发现断层， 断层走 向以NE为主； 落差大于5m的断层19条。其中， 可靠 断层7条， 断层编号分别为 DF1、 DF2、 DF3、 DF4、 DF15、 DF3- 1、 DF1- 1。较可靠断层 10 条， 断层编号为 DF5、 DF8、 DF9、 DF10、 DF11、 DF12、 DF13、 DF16、 DF17、 DF18。控 制较差断层2条， 断层编号为 DF6、 DF14。未评级断层 1条， 断层编号为 DF7。按断层性质分 逆断层1条， 为 DF17； 其余19条全部为正断层。 5结论 本次三维地震勘探使用了正确的施工方法、 合理 的观测系统和采集参数， 获得了品质较高的原始资料， 线束 名称 第1束 第2束 第3束 第4束 第5束 第6束 第7束 第8束 第9束 第10束 第11束 第12束 第13束 第14束 第15束 第16束 合计 试验 设计物理点 360 360 360 356 352 348 344 344 340 334 330 328 324 316 306 368 5470 87 完成工作量 357 355 352 350 350 346 342 339 337 329 327 327 321 316 304 368 5420 87 甲级 148 150 164 161 163 165 174 169 155 164 149 149 147 141 150 151 2500 甲级率 （） 41.46 42.25 46.59 46.00 46.57 47.69 50.88 49.85 45.99 49.85 45.57 45.57 45.79 44.62 49.34 41.03 46.13 全部合格 乙级 206 200 180 183 185 179 166 164 179 159 175 177 171 173 152 216 2865 乙级率 （） 57.70 56.34 51.14 52.29 52.86 51.73 48.54 48.38 53.12 48.33 53.52 54.13 53.27 54.75 50.00 58.70 52.86 空炮 3 5 8 6 2 2 2 5 3 5 3 1 3 0 2 0 50 空炮率 （） 0.84 1.41 2.27 1.71 0.57 0.58 0.58 1.47 0.89 1.52 0.92 0.31 0.93 0.00 0.66 0.00 0.92 废炮 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 2 0 1 5 废炮率 （） 0 0 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.29 0.00 0.30 0.00 0.00 0.00 0.63 0.00 0.27 0.09 表2三维地震勘探工作量及质量统计表 117 2020年第10期西部探矿工程 共完成线束 16 束， 施工面积 17.52km2， 满覆盖面积 11.32km2， 勘探面积10.81km2， 共完成生产物理点5420 个， 试验物理点87个， 总物理点5507个， 为全面完成地 质任务奠定了良好的基础。随后根据本区的特点， 选 用了正确的处理流程， 处理中选用合理的参数， 获得了 较高品质的三维数据体。 （1） 查明了勘探区内8煤、 13煤、 15煤和17煤层落 差大于等于5m的断层， 并对小于5m的断层予以了解 释， 全区共解释断层20条， 其中正断层19条， 逆断层1 条， 走向多为NE或NNE向， 对所解释的20条断层按 可靠程度进行了分类， 其中可靠断层7条， 较可靠断层 10条， 控制较差断层2条， 未评级断层1条； 按落差大小 分类， 落差大于50m的断层1条， 3150m的断层1条， 1130m的断层6条， 510m的发现新11条， 小于5m 的断层1条； （2） 查明了勘探区内8煤、 13煤、 15煤和17煤层的 底板起伏形态， 勘探区内煤层底板起伏形态总体上为一 倾向SEE的单斜构造， 频角在东部和西部较大， 中部较 小。在探区西北部发育有向斜构造,其轴向为近SN向； （3） 查明了区内各主要煤层露头位置， 没有发现明 显地质异常体； （4） 由于勘探区新生界、 白垩系砾石层反射波较 强， 加上煤层层数多， 地震地质条件较复杂， 深部煤层 反射波同相轴局部欠佳， 对资料解释有一定影响， 因此 可能造成小断层解释上的遗漏或误判； （5） 由于探区内白垩系底界面反射波不甚发育， 煤 层露头主要根据煤层反射波消失位置确定， 因而可能 造成地震解释上的误差； （6） 由于DF1、 DF2， DF3断层切割新生界和白垩系 砾石含水层， 建议矿井据进生产时， 提前做好防治水等 工作。 参考文献 [1]李亚哲,黄文涛.三维地震技术在鄂尔多斯盆地东北部煤田 构造特征勘探中的应用研究[J].煤炭技术,2019,38481-83. 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