地震勘探技术在矿山地质中的应用

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摘要：三维地震勘探技术作为现阶段应用最普遍的井下地质勘探方法之一，对矿井生产安全、高效进行有重要的指导意义。以地震勘探技术在矿山地质中的应用为研究对象，简要介绍三维地震勘探技术，结合具体工程实例，论述其具体应用，实践结果表明三维地震勘探技术对井下地质状况有极佳的勘探效果，值得大力推广与普及。

关键词：三维地震勘探；采区地质；勘探方法；勘探

 0引言

伴随现代化煤炭机械化开采技术不断提升，井下生产对采区内地质状况掌握程度的要求也不断增强，进而使得对先进勘探技术的需求也越发高涨。三维地震勘探技术作为现阶段井下地质构造勘探的主要技术方法，对于探明采区内地质构造情况及煤层赋存状况等有积极作用，是实现井下生产安全高效开展的重要保障，成为众多煤矿地质勘探所不可或缺的技术手段[1]。

1三维地震勘探技术概述

三维地震勘探技术是一项综合性的应用型技术，集合了物理、计算机、数学等诸多学科，对于实现井下地质情况的高精度探明作用显著，是现阶段矿山生产中最关键的核心勘探技术之一。三维地震勘探技术源于早期二维地震勘探技术，主要包括野外数据采集、室内数据处理和数据解读三大内容。a)野外数据采集包含地质测量、钻眼装药、检波器埋置、电缆布设等多道工序；b)室内数据处理是指将野外采集的地震数据传输至专用计算机中，依照具体需求选定程序运行计算，并最终产生地震剖面图或三维数据图等；c)资料解读是指将经由计算机处理后的数据转变成具体地震成果的过程，通过对波动理论及测井、钻井资料的综合分析，对采区内地质构造、地层特征等内容加以阐述并绘制相应成果图[2-3]。

2工程事例应用

2.1矿井概述

青山矿地层隶属华北地层，通过钻探揭露的矿区地层由上自下分别是第四系、第三系、石千峰组、石盒子组、二叠纪山西组、太原组、石炭纪本溪组、奥陶纪老虎山组。主要含煤地层为二叠系与石炭系，其中石炭系煤层发育不健全，不具备可采性，故不作为勘探对象；二叠系山西组、石盒子组共含有6个煤组，首采煤层为石盒子组8#煤层。此外从构造上分析，青山矿主体构造形态为断块向西倾斜的单斜构造，地层倾角介于25°～35°之间，断层发育较为完善，不仅有众多零星分布的中小断层，还有许多大型断层，整体为中等复杂构造。

2.2地震地质条件

a)地表地震条件。青山煤矿属于全隐蔽性矿井，新生代松散层厚度为300m～400m。整体地势较为平坦，局部呈现东高西低。矿井北一采区内有地表河流经过，河面宽度50m～100m，河岸东侧密集分布有大量村庄；南二、南四采区地表条件相交北一采区地表条件良好，不存在河流[4]；b)浅层地震条件。青山矿潜水面比较稳定，厚度一般介于3m～6m，潜水面之下以粉砂和粘土互层为主，具备良好的地震勘探作业条件；河流两岸激发层多为淤泥，选用12m井深可获取优良的地震记录数据；c)深层地震条件。青山矿所在地区隶属华北型晚古生代含煤盆地，二叠系煤层沉积稳定，沿煤层分层明显，有较大的波阻抗差，能够轻易获得煤层反射波。依据钻探结果与人工分析，深部地层反射波发育良好，存在多组反射波，其中对应8#煤层反射波连续性强、波形稳定，表明深层地震地质条件优良。

3地层勘探方法与成果

3.1施工方法

三维地震勘探野外作业选用标准三维观测系统，在北一和南二采区一共布置25束地震勘探线、130条测波线和260条炮线，施工中以束为单位进行。每束探测线与上一束探测线有3条接收线重合，此外每束探测线还有8条48道的测线，测线间距40m、道距10m，选用单边依次放炮法。需注意的是，当线束遭遇河流或村庄时，则应换用针对性的特殊观测系统施工[5]。

3.2地震资料处理

依照青山矿地质条件及地震勘探目的，在处理三维地震数据时，应对主要施工环节采取多次反复测试，以保障选出最适当的处理工艺流程，以便能够得到最科学、合理的处理参数。在实际测量中，三个采区的地震资料记录质量均十分优秀，不仅分辨率和信噪比高，且反射波波组丰富，层层理清晰，具备连续性好、能量强等优点。不过受探测地区地表障碍物偏多的影响，数据采集时使用了针对性的特殊观测系统，导致部分地段存在较严重的丢道现象，致使有效波连续性降低，数据处理难度加大。针对这一情况，可在数据处理时使用全排列线性动校正法处理剖面，以便从噪音中提取出有效信号，从而验证几何定义的正确性，实现防范野外数据采集排列位置错误等情况。对于大炮检距现象，可通过地表一致性振幅补偿法进行弥补，实现对地震波的时间补偿和能量补偿，避免大炮检距消耗有效波能量。对于覆盖次数不平均的问题，可通过保持三维振幅叠加的方法，消除覆盖次数不平均引起的叠加到能量差异。针对有河流经过的地段，数据信噪比偏低的问题，可通过野外静校正、二次剩余静校正和三次速度分析、三次静校正等方法予以解决。整个过程如图1所示。

3.3地震资料解释

采用水平切片解释与垂直剖面解释相结合、机器解释与人工解释相结合、地震规律验证与地震资料解释相结合的手段，通过研究过去二维地震资料和最新钻探资料，对反射波所对应的地质层位加以判定。针对不同三维垂直剖面的对比解释则借助反射波多波组与强相位对比分析的方式进行分析。依据井下构造的复杂性，针对性地选取部分主干剖面，依据由纵到横、由剖到平、由稀到密、由平面到空间的原则开展多次繁复解释研究。在水平切片上，同相轴的强度体现了反射波的强度；同相轴宽度则同地层倾斜度及地震波频率存在联系。通过理论研究显示，水平切片对小断层有一定的放大效果，小断层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，能够对断层组合的合理与否进行判定，并分析出小断层的具体发展规律。人机交互系统可实现随时调用所有地震三维数据，以便灵活地展示地层垂直剖面、水平切片一级立体图，并借助三维立体图掌握断层和构造空间演化规律。此外，人机交互系统还能够通过放大功能，方便人们了解构造的细节变化，以便人们自空间的角度实现对构造的全面解释，进而判定已有构造解释方案的合理性。断层解释一直是三维地震勘探的核心目标之一，其精度高低主要决定于断点组合及断点解释的正确性。一般而言，多通过地震时间剖面上反射波同相轴的分叉合并、错断、扭曲等实现判断断点，并通过水平时间切片对断点解释的正确性加以论证。

3.4地震勘探成果分析

此次三维地震勘探借由严密的野外数据采集、数据深度处理、详实的解释等，获得了下述几点成果：a)探明青山矿采区地层结构特征、构造变化特征、基岩起伏状态等；b)准确掌握8#煤层底板起伏状况、埋深、露头位置等；c)在各采区内8#煤层中落差大于5m的断层共计89条，其中修订原勘探报告断层30条，新发现断层59条；d)探采表明三维地震勘探断层的准确率在75%以上，其中落差高于20m的勘探准确率达85%以上，落差介于5m～10m之间的断层勘探准确率为66%，落差小于5m的勘探准确率为52%。

4结语

通过三维地震勘探技术有效探查了青山矿采区的地质情况，为后续掘进施工及生产的有效开展提供了可靠且有益的指导。实践结果充分证明三维地震勘探技术是一种简单、便捷、可靠、高效的地质勘探技术，不仅针对性强且勘探结果准确、可靠，对煤矿生产安全有重要作用。

参考文献：

［1］宋乾.三维地震勘探技术在吕梁矿区的应用［D］.太原：太原理工大学，2013.

［2］冉志杰，杨歧焱，翟星，等.浅层地震勘探在地下采空区探测中的应用［J］.勘察科学技术，2013(2)：56-60.

［3］李延申，关英斌，李晓琴，等.三维地震勘探技术在单侯井田中的应用［J］.煤炭与化工，2013(7)：50-53.

［4］李文良，于政秀.三维地震勘探技术在地质补充勘探中的应用［J］.中国矿山工程，2010(2)：39-41.

［5］安润莲，韩应龙，姚精选.三维地震勘探在矿井地质勘查中的应用［J］.煤，2006(5)：15-17.

作者：范磊 单位：太原理工大学矿业工程学院 山西省地震局太原基准台