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摘要:

在地震勘探技術不斷發展的過程中，黃土塬煤礦采區復雜的地震地質條件給地震勘探技術帶來了更多的難題和挑戰。本文通過黃陵礦區地震勘探概括、地震勘探成果驗證、地震勘探對黃陵煤礦建設的指導作用研究地震勘探在黃土塬煤礦建設中的的應用及發展。

關鍵詞:

地震勘探;地質成果;煤礦巷道掘進;地震資料解釋

煤礦采區地震勘探技術歷經幾十年的不斷發展，現已成為煤礦安全開采前構造勘探的首選技術。在地震勘探的應用過程中，黃土塬煤礦采區復雜的地震地質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。黃陵礦區的地震勘探工作從2007年的二維地震勘探開始至今先后進行過多次二維、三維地震勘探，地震勘探技術在不斷優化，取得了豐富的地質成果，對煤礦生產的指導作用顯著，隨著巷道的掘進，部分地震勘探成果已經被驗證。

1黃陵礦區地震勘探概括及成果驗證

1.1黃陵礦區地震地質條件黃陵礦區地處陜北黃土高原南部，地震勘查區屬于原始森林覆蓋區，區內溝壑縱橫、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，中夾多層鈣質結核層;部分地段黃土層下面發育有一層卵礫石層，這些巖層對地震波的吸收、衰減作用強烈，對開展地震勘探工作極為不利。故黃陵礦區淺表層地震地質條件復雜。礦區的主要目的煤層二號煤層全井田分布，層位較穩定，可作為資料分析、解釋的標志層對煤層起伏形態及構造發育情況進行分析、研究。

1.2礦區地震勘探工作黃陵礦區一號煤礦先后進行了五次二維、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。黃陵二號煤礦從2007年至2013年先后進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。

1.3一號煤礦地震成果及驗證情況黃陵一號煤礦共解釋斷層24條，均為正斷層，幅值大于10m的褶曲18個，透鏡體一個，異常區2個。在巷道的掘進過程中，其中7條斷層、2個褶曲、1個透鏡體已得到驗證。其余構造特征由于巷道未掘進至該區域目前沒有得到驗證。地震勘探所獲的地質成果經過巷道驗證精度較高，其中巷道經過斷層15條，驗證9條，驗證率為60%，煤層底板經巷道驗證全礦區準確率為98%;煤層厚度、采空區、透鏡體等與巷道揭示基本吻合;黃陵礦區地震勘探成果總體準確率達85%。煤層底板驗證情況:在巷道掘進的區域內抽取了29個點，將巷道揭示的煤層底板值與地震解釋煤層底板值進行了對比。其中地震解釋最大絕對誤差為11.2m，位于六盤區二維地震勘探范圍內的617回風順槽，最小絕對誤差0.3m，位于二維勘探范圍區內的617回風順槽，平均誤差4m。其中三維區煤層底板驗證點的相對誤差有一個點大于地震規范中要求的1.5%，位于四號風井十三聯巷，其余驗證點的相對誤差均小于1.5%，二維區煤層底板驗證點的誤差均小于地震規范中要求的7%。一號煤礦地震勘探煤層底板準確率為97%。構造驗證情況:黃陵一號煤礦共解釋褶曲18個，8個向斜，10個背斜。其中2個褶曲已經巷道驗證，與巷道揭示的相一致。7條斷層已得到巷道的驗證，在驗證的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條斷層在巷道的實際生產中未發現。

1.4二號煤礦地震成果及驗證情況黃陵二號煤礦地震解釋成果共解釋斷層17條，三維區褶曲6個，在巷道的掘進過程中，其中8條斷層、2個褶曲已被驗證。其余構造特征由于巷道未掘進至該區域目前沒有得到驗證。煤層底板驗證情況:在巷道掘進的區域內抽取了31個點，將巷道揭示的煤層底板值與地震解釋煤層底板值進行了對比。其中地震解釋最大絕對誤差為14.90m，位于410輔助巷5聯巷，最小絕對誤差0.2m，201輔助巷6聯巷。平均誤差4.8m。其中三維區煤層底板驗證點的最大相對誤差為1.21%，均小于地震規范中要求的1.5%，二維區煤層底板驗證點的最大相對誤差為2.38%，均小于地震規范中要求的7%。二號煤礦地震勘探煤層底板準確率為100%。構造驗證情況:地震勘探在三維區共解釋了6個褶曲，2個褶曲已經巷道驗證，分別為二盤區的B1背斜和X1向斜。一盤區的二維地震解釋的褶曲特征與巷道揭示相符。黃陵二號煤礦地震解釋成果共解釋斷層17條，在巷道的掘進過程中，其中8條斷層已得到驗證，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條地震解釋斷層經巷道驗證不存在，落差大于5m的斷層驗證率為79%。

2勘探成果在黃陵煤礦建設的作用及發展

地震勘探成果，特別是對斷層、采空區、煤層變薄區等的解釋為礦井的接續工作和安全生產提供了有力的依據和重要的參考價值，在解放儲量、規避風險、確保安全、提高效益方面起到了至關重要的作用。

2.1地震解釋斷層對煤礦建設的指導作用通過對黃陵礦區的多次地震勘探，了解到黃陵礦區構造簡單，主要發育一些落差小于15m的斷層，且以正斷層為主。其中黃陵一號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證，其余構造特征由于巷道未掘進至該區域目前沒有得到驗證。2010年在黃陵一號煤礦602工作面進行了三維地震勘探工作，通過地震勘探解釋了發育在測區西北角的2010DF1斷層和發育在測區西南部的2010DF3斷層，且2010DF1斷層落差小于3m，向東延伸穿過北二回風大巷，2010DF3斷層最大落差達8m。礦方針對地震勘探解釋成果利用超前探的方法對2010DF3斷層位置進行了驗證，經驗證該斷層位置處煤層缺失，存在異常，礦方對設計巷道及時進行調整修改，規避了安全隱患。在巷道掘進至2010DF1斷層位置時加強安全防范，在掘進時發現了落差2.5m的斷層，驗證了該斷層的存在(圖1)。2012年通過在黃陵一號煤礦八盤區進行的三維地震勘探，發現了在八盤區回風巷向北處小斷層發育，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10m。礦方根據地震解釋成果在巷道的掘進過程中針對地震解釋斷層采取了有效的安全措施，成功的避免了風險，并驗證了這些斷層的存在。

2.2地震解釋對煤礦建設的指導作用地震解釋煤層發育對煤礦建設的指導作用:2011年對六、十盤區進行二維、三維地震勘探，其中三維地震勘探面積4.00km2，地震資料反應出該勘探區南部煤層反射波發育異常，表現為二號煤層反射波同相軸逐漸變弱且分叉，如圖2所示為該異常區在時間剖面上的反映。從圖中看反射波呈透鏡體狀，初步認為是由于煤層分叉合并造成的透鏡體構造。該異常體的面積約0.077km2，位于1001進風順槽北部300m處。在1001工作面實際生產中發現了該異常區域的存在，隨后礦方對該區域進行了槽波勘探，勘探結果與地震解釋基本一致。地震解釋采空區對煤礦建設的指導作用:2013年對黃陵一號煤礦四號風井進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，在勘探區東部邊界附近發現一處采空區(見圖3)，地震解釋采空區面積約為0.15km2，礦方根據地震解釋成果利用超前探手段驗證了該處采空區的存在，并確定該采空區是由于東部邊界外小窯開采造成的采空區域，根據地震解釋采空區位置，礦方及時調整了巷道掘進方向和施工方案，成功的規避了煤礦采空區災害的發生，并在調整后的施工過程中進一步證實了地震解釋采空區的準確性和可靠性。

2．3地震勘探在黃陵礦區的發展回顧黃陵礦區的地震勘探歷程，經歷了二維彎線、二維直線以及三維地震勘探，在這個歷程中，地震儀器在不斷更新換代，資料采集、處理、解釋方法在不斷總結和優化，處理、解釋軟件在不斷更新，一些新技術和新方法也在不斷試驗與應用。地震儀器的發展:2007年在二號煤礦進行地震勘探使用的儀器是德國產的24位summit高分辨率數字地震儀，到2009年在一號井進行三維地震勘探使用的是408XL高分辨數字地震儀，到2010年至今在黃陵礦區地震勘探使用的是目前世界最先進的地震儀428XL高分辨數字地震儀。資料采集及解釋的狀況:資料采集、處理、解釋方法的優化料采集從二維彎線到二維直線最后發展為三維地震勘探，該觀測系統從10線8炮制48道接收，CDP網格為10m×10m逐漸優化到10線10炮制80道接收，CDP網格為5m×5m。資料處理方法從常規的資料處理到高分辨率精細處理，針對黃陵復雜山區采取特殊的處理措施，使用噪音衰減技術、高頻恢復技術、多道反褶積技術等。資料解釋方法從常規方法到常規與新技術新方法結合的解釋方法，構造解釋從以時間剖面解釋為主發展到時間剖面與相干體、方差體、振幅頻率地震屬性切片等多種地震屬性相結合的方法，煤厚解釋從以鉆孔為主發展到波阻抗反演、屬性技術與鉆孔相結合的方法。處理解釋軟件:處理軟件從單一的CGGPlus6300地震資料處理系統發展到現在多種處理軟件結合的方式，有landmark公司的Promax處理系統(美國)、Grisys處理軟件系統(中國)、Omega處理軟件系統、GreenMountain綠山折射靜校正處理軟件系統等。解釋軟件從單一的GeoFram軟件到多種軟件結合，有JASON軟件、VVA軟件等。

3地震勘探在煤礦建設中的新認識

3.1小斷層解釋基于黃土塬煤礦采區的地震地質情況，通過系統試驗發現邊緣檢測、傾角、方位角、曲率、傾角/方位分析等地震屬性對斷層異常反映比較敏感，不同程度上較直觀的顯示出目標層的斷層分布，有利于小斷層識別;相干體分析技術能更清晰的識別斷層和其他地層特征，有助于斷層和地層特征的精細解釋。近年人們注意到斷層對相位的穩定影響比較大，在斷層附近相位譜變得不穩定，而無斷層塊段相位譜表現比較穩定或呈漸變特征，故應用相位調諧體頻率切片比傳統的相位屬性能更加準確地識別和解釋斷層。

3.2煤厚解釋地震相技術定性預測煤厚:地震相是地下沉積構造和特征的指示參數。地震相分類是一種屬性分析和解釋方法，其使用神經網絡技術提取地震相。此方法生成的地震相圖可將地震屬性與地下地層構造相關聯。可將地震相細分為小組或小類，各組或各類與一個或多個屬性具有一定的相關程度。地震相分類圖有助于描繪地震數據中的細微變化、增強地震同相軸的分析效果。波阻抗反演技術定量預測煤厚:由于黃陵二號礦工區內煤層厚度相對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，所以利用鉆孔數據垂向分辨率高和地震數據橫向分辨率好的特點，用鉆孔數據結合地震數據進行了波阻抗反演，根據反演結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底板，從而解釋出煤層的厚度。

3.3瓦斯氣預測對于煤層氣/瓦斯富集區勘探來說，煤層氣/瓦斯富集區通常和構造煤的發育有關。根據現有研究表明，構造煤和正常煤的最主要區別體現在它們的AVO屬性參數上，各屬性參數包括: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，而構造煤層的泊松比較大。圖4為黃陵二號礦二維D1線AVO梯度剖面圖，從圖中可以看出梯度異常連續性差，并且強度變化大;這表明雖然煤層是連續，但是，煤層氣(瓦斯)是局部富集的，煤層的滲透率是變化;梯度異常強度大的位置是煤層氣(瓦斯)富集高滲區。

參考文獻:

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作者：徐換霞 韓軍鋒 李君 單位：陜西省煤田地質局物探測量隊