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摘要:

在地震勘探技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，黃土塬煤礦采區(qū)復(fù)雜的地震地質(zhì)條件給地震勘探技術(shù)帶來了更多的難題和挑戰(zhàn)。本文通過黃陵礦區(qū)地震勘探概括、地震勘探成果驗(yàn)證、地震勘探對(duì)黃陵煤礦建設(shè)的指導(dǎo)作用研究地震勘探在黃土塬煤礦建設(shè)中的的應(yīng)用及發(fā)展。

關(guān)鍵詞:

地震勘探;地質(zhì)成果;煤礦巷道掘進(jìn);地震資料解釋

煤礦采區(qū)地震勘探技術(shù)歷經(jīng)幾十年的不斷發(fā)展，現(xiàn)已成為煤礦安全開采前構(gòu)造勘探的首選技術(shù)。在地震勘探的應(yīng)用過程中，黃土塬煤礦采區(qū)復(fù)雜的地震地質(zhì)條件給地震勘探效果帶來了諸多不確定因素，降低了地震勘探成果的精度和可靠程度。黃陵礦區(qū)的地震勘探工作從2007年的二維地震勘探開始至今先后進(jìn)行過多次二維、三維地震勘探，地震勘探技術(shù)在不斷優(yōu)化，取得了豐富的地質(zhì)成果，對(duì)煤礦生產(chǎn)的指導(dǎo)作用顯著，隨著巷道的掘進(jìn)，部分地震勘探成果已經(jīng)被驗(yàn)證。

1黃陵礦區(qū)地震勘探概括及成果驗(yàn)證

1.1黃陵礦區(qū)地震地質(zhì)條件黃陵礦區(qū)地處陜北黃土高原南部，地震勘查區(qū)屬于原始森林覆蓋區(qū)，區(qū)內(nèi)溝壑縱橫、懸崖陡峭，森林植被廣泛分布，最大地表高差超過300m。礦區(qū)淺層坡度橫向變化較大，溝谷中部分地段基巖出露，山梁、山坡地帶以第四系黃土覆蓋層為主，中夾多層鈣質(zhì)結(jié)核層;部分地段黃土層下面發(fā)育有一層卵礫石層，這些巖層對(duì)地震波的吸收、衰減作用強(qiáng)烈，對(duì)開展地震勘探工作極為不利。故黃陵礦區(qū)淺表層地震地質(zhì)條件復(fù)雜。礦區(qū)的主要目的煤層二號(hào)煤層全井田分布，層位較穩(wěn)定，可作為資料分析、解釋的標(biāo)志層對(duì)煤層起伏形態(tài)及構(gòu)造發(fā)育情況進(jìn)行分析、研究。

1.2礦區(qū)地震勘探工作黃陵礦區(qū)一號(hào)煤礦先后進(jìn)行了五次二維、三維地震勘探工作，共完成勘探面積約36.44km2，其中三維地震勘探面積21.23km2。黃陵二號(hào)煤礦從2007年至2013年先后進(jìn)行了三次地震勘探工作，完成勘探面積約44.276km2，其中三維地震勘探面積約9.5km2。

1.3一號(hào)煤礦地震成果及驗(yàn)證情況黃陵一號(hào)煤礦共解釋斷層24條，均為正斷層，幅值大于10m的褶曲18個(gè)，透鏡體一個(gè)，異常區(qū)2個(gè)。在巷道的掘進(jìn)過程中，其中7條斷層、2個(gè)褶曲、1個(gè)透鏡體已得到驗(yàn)證。其余構(gòu)造特征由于巷道未掘進(jìn)至該區(qū)域目前沒有得到驗(yàn)證。地震勘探所獲的地質(zhì)成果經(jīng)過巷道驗(yàn)證精度較高，其中巷道經(jīng)過斷層15條，驗(yàn)證9條，驗(yàn)證率為60%，煤層底板經(jīng)巷道驗(yàn)證全礦區(qū)準(zhǔn)確率為98%;煤層厚度、采空區(qū)、透鏡體等與巷道揭示基本吻合;黃陵礦區(qū)地震勘探成果總體準(zhǔn)確率達(dá)85%。煤層底板驗(yàn)證情況:在巷道掘進(jìn)的區(qū)域內(nèi)抽取了29個(gè)點(diǎn)，將巷道揭示的煤層底板值與地震解釋煤層底板值進(jìn)行了對(duì)比。其中地震解釋最大絕對(duì)誤差為11.2m，位于六盤區(qū)二維地震勘探范圍內(nèi)的617回風(fēng)順槽，最小絕對(duì)誤差0.3m，位于二維勘探范圍區(qū)內(nèi)的617回風(fēng)順槽，平均誤差4m。其中三維區(qū)煤層底板驗(yàn)證點(diǎn)的相對(duì)誤差有一個(gè)點(diǎn)大于地震規(guī)范中要求的1.5%，位于四號(hào)風(fēng)井十三聯(lián)巷，其余驗(yàn)證點(diǎn)的相對(duì)誤差均小于1.5%，二維區(qū)煤層底板驗(yàn)證點(diǎn)的誤差均小于地震規(guī)范中要求的7%。一號(hào)煤礦地震勘探煤層底板準(zhǔn)確率為97%。構(gòu)造驗(yàn)證情況:黃陵一號(hào)煤礦共解釋褶曲18個(gè)，8個(gè)向斜，10個(gè)背斜。其中2個(gè)褶曲已經(jīng)巷道驗(yàn)證，與巷道揭示的相一致。7條斷層已得到巷道的驗(yàn)證，在驗(yàn)證的7條斷層中，落差大于5m的斷層4條，這4條斷層與巷道揭示的基本吻合，驗(yàn)證率為100%，落差小于5m的斷層三條，其中1條斷層與巷道揭示斷層傾向相反、2條斷層在巷道的實(shí)際生產(chǎn)中未發(fā)現(xiàn)。

1.4二號(hào)煤礦地震成果及驗(yàn)證情況黃陵二號(hào)煤礦地震解釋成果共解釋斷層17條，三維區(qū)褶曲6個(gè)，在巷道的掘進(jìn)過程中，其中8條斷層、2個(gè)褶曲已被驗(yàn)證。其余構(gòu)造特征由于巷道未掘進(jìn)至該區(qū)域目前沒有得到驗(yàn)證。煤層底板驗(yàn)證情況:在巷道掘進(jìn)的區(qū)域內(nèi)抽取了31個(gè)點(diǎn)，將巷道揭示的煤層底板值與地震解釋煤層底板值進(jìn)行了對(duì)比。其中地震解釋最大絕對(duì)誤差為14.90m，位于410輔助巷5聯(lián)巷，最小絕對(duì)誤差0.2m，201輔助巷6聯(lián)巷。平均誤差4.8m。其中三維區(qū)煤層底板驗(yàn)證點(diǎn)的最大相對(duì)誤差為1.21%，均小于地震規(guī)范中要求的1.5%，二維區(qū)煤層底板驗(yàn)證點(diǎn)的最大相對(duì)誤差為2.38%，均小于地震規(guī)范中要求的7%。二號(hào)煤礦地震勘探煤層底板準(zhǔn)確率為100%。構(gòu)造驗(yàn)證情況:地震勘探在三維區(qū)共解釋了6個(gè)褶曲，2個(gè)褶曲已經(jīng)巷道驗(yàn)證，分別為二盤區(qū)的B1背斜和X1向斜。一盤區(qū)的二維地震解釋的褶曲特征與巷道揭示相符。黃陵二號(hào)煤礦地震解釋成果共解釋斷層17條，在巷道的掘進(jìn)過程中，其中8條斷層已得到驗(yàn)證，最大落差大于5m的斷層6條，其中四條斷層與巷道揭示一致，2條地震解釋斷層經(jīng)巷道驗(yàn)證不存在，落差大于5m的斷層驗(yàn)證率為79%。

2勘探成果在黃陵煤礦建設(shè)的作用及發(fā)展

地震勘探成果，特別是對(duì)斷層、采空區(qū)、煤層變薄區(qū)等的解釋為礦井的接續(xù)工作和安全生產(chǎn)提供了有力的依據(jù)和重要的參考價(jià)值，在解放儲(chǔ)量、規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)、確保安全、提高效益方面起到了至關(guān)重要的作用。

2.1地震解釋斷層對(duì)煤礦建設(shè)的指導(dǎo)作用通過對(duì)黃陵礦區(qū)的多次地震勘探，了解到黃陵礦區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)單，主要發(fā)育一些落差小于15m的斷層，且以正斷層為主。其中黃陵一號(hào)煤礦地震勘探共解釋斷層24條，其中7條斷層已得到巷道的驗(yàn)證，其余構(gòu)造特征由于巷道未掘進(jìn)至該區(qū)域目前沒有得到驗(yàn)證。2010年在黃陵一號(hào)煤礦602工作面進(jìn)行了三維地震勘探工作，通過地震勘探解釋了發(fā)育在測(cè)區(qū)西北角的2010DF1斷層和發(fā)育在測(cè)區(qū)西南部的2010DF3斷層，且2010DF1斷層落差小于3m，向東延伸穿過北二回風(fēng)大巷，2010DF3斷層最大落差達(dá)8m。礦方針對(duì)地震勘探解釋成果利用超前探的方法對(duì)2010DF3斷層位置進(jìn)行了驗(yàn)證，經(jīng)驗(yàn)證該斷層位置處煤層缺失，存在異常，礦方對(duì)設(shè)計(jì)巷道及時(shí)進(jìn)行調(diào)整修改，規(guī)避了安全隱患。在巷道掘進(jìn)至2010DF1斷層位置時(shí)加強(qiáng)安全防范，在掘進(jìn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了落差2.5m的斷層，驗(yàn)證了該斷層的存在(圖1)。2012年通過在黃陵一號(hào)煤礦八盤區(qū)進(jìn)行的三維地震勘探，發(fā)現(xiàn)了在八盤區(qū)回風(fēng)巷向北處小斷層發(fā)育，并解釋了走向一致的三條斷層，2012DF3、2012DF4、2012DF5斷層，其中2012DF3、2012DF4斷層落差小于5m，2012DF5斷層最大落差達(dá)10m。礦方根據(jù)地震解釋成果在巷道的掘進(jìn)過程中針對(duì)地震解釋斷層采取了有效的安全措施，成功的避免了風(fēng)險(xiǎn)，并驗(yàn)證了這些斷層的存在。

2.2地震解釋對(duì)煤礦建設(shè)的指導(dǎo)作用地震解釋煤層發(fā)育對(duì)煤礦建設(shè)的指導(dǎo)作用:2011年對(duì)六、十盤區(qū)進(jìn)行二維、三維地震勘探，其中三維地震勘探面積4.00km2，地震資料反應(yīng)出該勘探區(qū)南部煤層反射波發(fā)育異常，表現(xiàn)為二號(hào)煤層反射波同相軸逐漸變?nèi)跚曳植?，如圖2所示為該異常區(qū)在時(shí)間剖面上的反映。從圖中看反射波呈透鏡體狀，初步認(rèn)為是由于煤層分叉合并造成的透鏡體構(gòu)造。該異常體的面積約0.077km2，位于1001進(jìn)風(fēng)順槽北部300m處。在1001工作面實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)了該異常區(qū)域的存在，隨后礦方對(duì)該區(qū)域進(jìn)行了槽波勘探，勘探結(jié)果與地震解釋基本一致。地震解釋采空區(qū)對(duì)煤礦建設(shè)的指導(dǎo)作用:2013年對(duì)黃陵一號(hào)煤礦四號(hào)風(fēng)井進(jìn)行高密度三維地震勘探，三維地震勘探面積2.10km2。通過該次地震勘探，在勘探區(qū)東部邊界附近發(fā)現(xiàn)一處采空區(qū)(見圖3)，地震解釋采空區(qū)面積約為0.15km2，礦方根據(jù)地震解釋成果利用超前探手段驗(yàn)證了該處采空區(qū)的存在，并確定該采空區(qū)是由于東部邊界外小窯開采造成的采空區(qū)域，根據(jù)地震解釋采空區(qū)位置，礦方及時(shí)調(diào)整了巷道掘進(jìn)方向和施工方案，成功的規(guī)避了煤礦采空區(qū)災(zāi)害的發(fā)生，并在調(diào)整后的施工過程中進(jìn)一步證實(shí)了地震解釋采空區(qū)的準(zhǔn)確性和可靠性。

2．3地震勘探在黃陵礦區(qū)的發(fā)展回顧黃陵礦區(qū)的地震勘探歷程，經(jīng)歷了二維彎線、二維直線以及三維地震勘探，在這個(gè)歷程中，地震儀器在不斷更新?lián)Q代，資料采集、處理、解釋方法在不斷總結(jié)和優(yōu)化，處理、解釋軟件在不斷更新，一些新技術(shù)和新方法也在不斷試驗(yàn)與應(yīng)用。地震儀器的發(fā)展:2007年在二號(hào)煤礦進(jìn)行地震勘探使用的儀器是德國產(chǎn)的24位summit高分辨率數(shù)字地震儀，到2009年在一號(hào)井進(jìn)行三維地震勘探使用的是408XL高分辨數(shù)字地震儀，到2010年至今在黃陵礦區(qū)地震勘探使用的是目前世界最先進(jìn)的地震儀428XL高分辨數(shù)字地震儀。資料采集及解釋的狀況:資料采集、處理、解釋方法的優(yōu)化料采集從二維彎線到二維直線最后發(fā)展為三維地震勘探，該觀測(cè)系統(tǒng)從10線8炮制48道接收，CDP網(wǎng)格為10m×10m逐漸優(yōu)化到10線10炮制80道接收，CDP網(wǎng)格為5m×5m。資料處理方法從常規(guī)的資料處理到高分辨率精細(xì)處理，針對(duì)黃陵復(fù)雜山區(qū)采取特殊的處理措施，使用噪音衰減技術(shù)、高頻恢復(fù)技術(shù)、多道反褶積技術(shù)等。資料解釋方法從常規(guī)方法到常規(guī)與新技術(shù)新方法結(jié)合的解釋方法，構(gòu)造解釋從以時(shí)間剖面解釋為主發(fā)展到時(shí)間剖面與相干體、方差體、振幅頻率地震屬性切片等多種地震屬性相結(jié)合的方法，煤厚解釋從以鉆孔為主發(fā)展到波阻抗反演、屬性技術(shù)與鉆孔相結(jié)合的方法。處理解釋軟件:處理軟件從單一的CGGPlus6300地震資料處理系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在多種處理軟件結(jié)合的方式，有l(wèi)andmark公司的Promax處理系統(tǒng)(美國)、Grisys處理軟件系統(tǒng)(中國)、Omega處理軟件系統(tǒng)、GreenMountain綠山折射靜校正處理軟件系統(tǒng)等。解釋軟件從單一的GeoFram軟件到多種軟件結(jié)合，有JASON軟件、VVA軟件等。

3地震勘探在煤礦建設(shè)中的新認(rèn)識(shí)

3.1小斷層解釋基于黃土塬煤礦采區(qū)的地震地質(zhì)情況，通過系統(tǒng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)邊緣檢測(cè)、傾角、方位角、曲率、傾角/方位分析等地震屬性對(duì)斷層異常反映比較敏感，不同程度上較直觀的顯示出目標(biāo)層的斷層分布，有利于小斷層識(shí)別;相干體分析技術(shù)能更清晰的識(shí)別斷層和其他地層特征，有助于斷層和地層特征的精細(xì)解釋。近年人們注意到斷層對(duì)相位的穩(wěn)定影響比較大，在斷層附近相位譜變得不穩(wěn)定，而無斷層塊段相位譜表現(xiàn)比較穩(wěn)定或呈漸變特征，故應(yīng)用相位調(diào)諧體頻率切片比傳統(tǒng)的相位屬性能更加準(zhǔn)確地識(shí)別和解釋斷層。

3.2煤厚解釋地震相技術(shù)定性預(yù)測(cè)煤厚:地震相是地下沉積構(gòu)造和特征的指示參數(shù)。地震相分類是一種屬性分析和解釋方法，其使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提取地震相。此方法生成的地震相圖可將地震屬性與地下地層構(gòu)造相關(guān)聯(lián)?？蓪⒌卣鹣嗉?xì)分為小組或小類，各組或各類與一個(gè)或多個(gè)屬性具有一定的相關(guān)程度。地震相分類圖有助于描繪地震數(shù)據(jù)中的細(xì)微變化、增強(qiáng)地震同相軸的分析效果。波阻抗反演技術(shù)定量預(yù)測(cè)煤厚:由于黃陵二號(hào)礦工區(qū)內(nèi)煤層厚度相對(duì)于地震分辨率來說太薄，從地震剖面上無法直接解釋出煤層厚度，所以利用鉆孔數(shù)據(jù)垂向分辨率高和地震數(shù)據(jù)橫向分辨率好的特點(diǎn)，用鉆孔數(shù)據(jù)結(jié)合地震數(shù)據(jù)進(jìn)行了波阻抗反演，根據(jù)反演結(jié)果可知煤層的波阻抗明顯低于圍巖的波阻抗值，在波阻抗反演剖面上解釋出煤層的頂?shù)装?，從而解釋出煤層的厚度?/p>

3.3瓦斯氣預(yù)測(cè)對(duì)于煤層氣/瓦斯富集區(qū)勘探來說，煤層氣/瓦斯富集區(qū)通常和構(gòu)造煤的發(fā)育有關(guān)。根據(jù)現(xiàn)有研究表明，構(gòu)造煤和正常煤的最主要區(qū)別體現(xiàn)在它們的AVO屬性參數(shù)上，各屬性參數(shù)包括:截距、梯度、截距+梯度、截距－梯度、泊松比等等。正常煤層的泊松比較小，而構(gòu)造煤層的泊松比較大。圖4為黃陵二號(hào)礦二維D1線AVO梯度剖面圖，從圖中可以看出梯度異常連續(xù)性差，并且強(qiáng)度變化大;這表明雖然煤層是連續(xù)，但是，煤層氣(瓦斯)是局部富集的，煤層的滲透率是變化;梯度異常強(qiáng)度大的位置是煤層氣(瓦斯)富集高滲區(qū)。

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作者：徐換霞 韓軍鋒 李君 單位：陜西省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)