石井煤矿三维地震勘探方法及效果

　　[摘要]石井煤矿位于巩义市南复杂山区，地形复杂和浅层地震地质条件较差，给野外数据采集工作带来极大难度，野外单炮记录信噪比低，资料处理时静校正难度大。针对这些难点，施工时采用不同成孔工具、合理布设观测系统、绿山静校正等一些措施，克服了困难取得了较好地质效果。经采掘验证，探采对比效果较好。

　　[关键词]三维地震 复杂山区 技术措施 良好效果

　　0引言

　　三维地震勘探技术已经广泛应用于煤矿勘探。但对于地形复杂的山区，由于浅表层地震地质条件较差，给野外数据采集工作带来极大难度，野外单炮记录信噪比低，资料处理时静校正难度大。但通过多方法使用钻具，采用采集新技术，使用高精度静校正技术，使得在复杂山区进行三维地震勘探成为现实。本次通过对石井煤矿地震勘探存在的难点的研究，进行了技术攻关和研究，找出了适合本地区三维地震勘探的经验，取得了良好地震效果。

　　1地震地质条件分析

　　1.1表层条件

　　本次三维勘探区为复杂的山区，地形起伏非常大，最大相对高差达458m，沟岭相间，纵横交错，地形切割严重，山脊呈鱼脊状，山麓及沟谷有坡积物，区内村庄不多但较大，夹津口、石井、西村等，一些地段被林区覆盖。道路稀少，这些地表条件给地震施工造成较大的困难。

　　1.2浅层地震地质条件

　　本区的浅层地震地质条件分为以下三类：

　　①、黄土覆盖区：岩性以含砂粘土及砂质粘土为主，土层中多夹礓石、砾石或坡积物，厚度变化在0～30m，黄土结构，给成孔造成很大的困难。②、坡积物区：一般分布于坡脚、沟底，厚度0-5m，成份比较复杂，既有黄土、砂土，又有风化滚落的岩石碎块，这些地方成孔困难，激发条件较差，这些地段主要在测区的西部3-12束线。③、基岩出露区：出露岩性为金斗山砂岩、平顶山砂岩等中细粒砂岩及砂质泥岩及泥岩，岩石裂隙风化严重，成孔因难。总之本区的浅层地震地质条件极为复杂。

　　1.3深层地震地质条件

　　二1煤层结构简单，具有速度低、密度低的特点（平均速度2600m/s，密度1.46g/cm3），与高速度、高密度围岩（平均速度3600m/s，密度2.6 g/cm3）相比具有显著的波阻抗差异（3600×2.6-2600×1.46=5564），具有形成强反射波的良好条件，在人工波场作用下可产生波形稳定、能量强的反射波T2波（即二1煤层反射波）。

　　2本区难点及对策

　　2.1本区难点

　　① 地表复杂，山体切割厉害，沟壑发育，相邻高差大，同时山体坡度陡，交通不便，使得激发工具搬运困难，施工不便。② 地表出露岩性变化大，单一测线要跨越砂土层、砂岩、泥岩等不同岩性地层。复杂多变岩性使得野外施工需要多种激发工具，同时对后期的处理解释工作有诸多影响。③ 声波、面波、浅层折射等干扰波发育，记录受干扰波影响比较明显；坡积物使得激发能量吸收和散射厉害，岩石区使得激发接收条件差。④ 山上树林茂密，通视条件较差；地形复杂，后期资料处理需要提供详实的高程资料，这些对测量施工要求较高。

　　2.2应对措施

　　（1）多方法成孔

　　复杂山区影响勘探质量一个重要因素是成孔问题。孔的质量直接影响到原始记录的信噪比，影响最终成果的质量和分辨率，成为影响复杂山区地震勘探成败的重要因素。本区浅表层条件十分复杂，有大面积基岩出露，有坡积物区和黄土覆盖，成孔是重点和难点，用单一的成孔方式很难满足要求。另外区内地形十分恶劣，悬崖峭壁很多，灌木茂密，人员通过十分困难。

　　针对本区的地表、地形条件和我队以往在相似地区的施工经验，针对不同的条件分别采用以下成孔工具：

　　①基岩出露区采用风钻：风钻工作原理是借助振动把岩石振碎成粉末，同时高压气流把粉末吹走。对于越硬的岩石效果越好。它使用轻便，不受地形的影响，对于表层有薄土层或风化层的地方，可先清除土层后再用风钻成孔。

　　②黄土覆盖区采用洛阳铲：在地形较差，黄土覆盖区的地段用洛阳铲，它具有携带方便成孔速度快的优点；且能保证成孔质量。在选择激发点位置时，按“五避五就”原则。在基岩出露区的原则为：避干就湿、避高就低、避碎就整、避陡就缓、避土就岩；在黄土区的原则为：避高就低（地形）、避低就高（近地表速度）、避土就砾（黄土或砾石）、避厚就薄（黄土），避干就湿（黄土含水性）。根据不同的地形、地表地质条件，采用不同的成孔方法成孔，可以解决本区的成孔问题，保证成孔到位率，保证叠加次数的均匀和成孔质量，为获得高质量的单炮记录提供了保障，有效克服不利因素的影响。解决地形复杂的方法是，携带保险绳以备攀爬用，林密出用大刀砍路。

　　（2）精细地形静校

　　本区地形极为复杂，相对高差达458m左右，静校正问题非常关键，主要采区如下措施：①对测线每个点的坐标、高程进行实测，确保测量精度及静校正工作的需要，针对由于地形陡峭等影响而移动的激发、接收点位置进行二次测量；②利用小折射进行表层低速带速度和厚度调查；③采用绿山折射静校正解决复杂地区的静校正问题。

　　（3）优化观测系统参数

　　考虑到复杂山区的特点，通过增加叠加次数到24次以提高资料信噪比；根据实际地形情况，利用三维地震勘探灵活的特点设计特殊观测系统，把激发炮点设计在激发条件较好的区域、成孔深度较深的地段以及沟谷等有利地段，尽量不布设在激发条件差的地段。

　　（4）高精度测量施工

　　测量是地震工作的基础，一定要保证测量数据的精准，复杂山区地形起伏大，静校正问题是关键，它需要高精度测量成果的配合。本区测量通过采用以下技术措施来保证精度：

　　① GPS与全站仪联合使用

　　GPS精度高、速度快、不受能见度影响，能现场获得最终成果；不足在于森林、峡谷卫星信号遮挡，无法作业。全站仪的优势是受地形影响小，不足在于每条边必须通视，穿越林区要反复选择通视条件，受能见度影响。采用上述方法能发挥GPS和全站仪两种方法的技术优势。在可接收卫星信号的地方，采用RTK不规则布设控制点作为起闭点，然后采用全站仪放样物理点。

　　② 林区三脚架联测技术

　　林区通视条件差，在导线测量时短边较多，仪器对中误差是主要误差来源，采用三脚架联测法可以消除对中误差的影响。

　　（5）资料处理与解释措施

　　提高资料的信噪比，是本次处理的目的之一。叠后去噪可以去除各种噪音，提高信噪比。为了去除噪音，做了以下的工作：

　　①去规则干扰，叠加剖面上局部存在着较强的倾斜相干噪音，严重地影响了剖面的质量。针对这个问题，使用FK滤波对斜波干扰进行了处理，效果比较明显。②去除随机噪音，为了去除剖面上的随机噪音，进一步突出有效波，使用了处理系统中的多种有关功能模块对随机噪音进行处理，取得了较好的效果。③反褶积测试，为了消除大地的滤波作用，通过拓宽频带、有效的压缩地震子波，提高地震资料的时间分辨率，进行了大量的反褶积方法测试。反褶积方法很多，有脉冲单道反褶积、脉冲多道反褶积、预测反褶积、自适应反褶积、地表一致性反褶积等。经大量的测试对比后，最后采用的反褶积为地表一致性多道预测反褶积，这种方法使子波得到了压缩。由于反褶积在提高分辨率的同时将会降低资料信噪比，所以处理时在保证资料信噪比的情况下再提高分辨率。对于反褶积预测步长的选择，已测试参数为：预测步长：12，16，20， 22， 26， 32（ms），因子长度：80，100，110，120（ms），白噪系数：0.001，0.1，0.5，1.0最终选定的处理参数为：预测步长=10ms，因子长度=300ms，白噪系数=0.1%。分别为单炮经反褶积前后结果和频谱，频带较反褶积前展宽，主频向高频端移动，信噪比也提高了。

　　3地质成果

　　通过本次三维地震勘探查明，测区内二1煤层的总体走向NE，倾向NW，但由于其间发育有多个小的褶曲致使煤层走向在局部区域发生变化。测区内二1煤层埋深总体表现为南浅北深，二1煤在中部南边界坞罗河滩附近最浅埋深为530米，金牛山山顶处二1煤层埋深最深为1069米。二1煤层倾角变化较大，其变化范围在3°～21°之间，断层DF24的东端的上盘附近煤层倾角最缓约3°左右，测区西部钻孔ZK9102与钻孔ZK9103之间煤层倾角最陡约21°左右。控制断层33条，其中大于等于20m小于50m的断层4条，大于等于10m小于20m的断层4条，大于等于5m小于10m的断层3条，小于5m的断层22条。

　　4验证情况

　　4.1煤层深度证情况

　　表1为巷道实际揭露二1煤层底板标高和三维解释的对比情况。

　　从表1中经分析可知：在实际揭露的11个点中，最大深度误差0.99%，最小深度误差0.02%，平均深度误差0.51%。深度误差都小于1%。

　　4.2断层验证情况

　　南三采区现已实际揭露断层8条，其中断层落差大于5米的1条，落差3～5米的4条，落差小于3米的3条，详表下表：

　　从上表可知：实际揭露落差大于5米的断层1条，断层走向、倾向、落差和平面位置与三维地震勘探基本完全一致。实际揭露落差3～5米的断层4条，与三维地震基本一致的有3条，三维漏探一条。实际揭露落差2米的断层2条，与三维地震基本一致的有1条（DF29），另一条走向、倾向都与三维解释的DF2断层相似，只是三维解释的断层延展长度较短，没有延展到2310工作面轨道顺槽。实际揭露落差0.5米的断层1条，三维地震没有解释，在三维时间剖面上没反映。

　　5结束语

　　石井煤矿三维地震勘探区地形极为复杂、浅表地震条件非常复杂多变，给野外施工、资料处理和资料解释带来极大难度。本次三维地震勘探通过分析研究区内存在的难点，从激发方面下功夫，多样使用成孔工具、认真设计观测系统、努力提高测量精度、采区有效资料处措施，保证了勘探效果，取得了良好地震地质成果。目前巷道掘进已经进入三维勘探区，从初步验证情况看，无论对煤层底板形态还是对断层控制，精度都很理想。巷道资料已验证了1条断层。

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