地震勘探法在山西省郭庄找煤勘探中的应用

地震勘探法是勘测各种地下资源的重要手段。我国地形多样,地质条件复杂,地震勘探在煤田勘探方面发挥着更为重要作用,这对于缓解我国能源紧张,保证经济的持续发展有重要意义。

1、地震勘探原理概述

地震勘探法,就是利用地下密度的差异与介质弹性,通过观测和分析地质对人工激发的地震波的响应,采集相关数据,并推断地下岩层的性质和形态。人工激发的地震波在地下岩层中传播过程中,随着时间延长,其形态展现出某种动态特征,如时间与空间的关系,以及振幅、频率、相位等的变化规律。其中前者是地震波对地下地质体的构造响应,后者则更多是地下地质岩层的岩性特征。根据地震波的动力学参数以及时间场理论和费马原理,就可以探究地下岩层的具体组成,并分析其结构,如岩石弹性、岩性、密度、构造历史与地质年代、埋藏深度、孔隙率和含水性、温度和频率等。将这些分析结果与煤田的固有性质进行对比,就可以初步判断煤田的埋藏深度、储量、分布位图等特征。目前常使用的勘探仪器是第三代勘探仪器即数字记录地震勘探仪,它由地震检波器、放大系统、记录系统等三部分组成。

2、地震勘探法在山西省郭庄找煤勘探中的实际应用

2.1　地质概括及地震地质条件

郭庄煤矿位于太行山中段西侧,长治盆地西部,主体结构位于武乡一阳城NNE向断褶带中段,晋获断裂带西侧,区内主体构造线向西缓倾,发育两翼宽缓的褶曲。利用地震勘探法勘探的区域位于郭庄井田的北东部,底层走向为NNW-SSE,倾向E,地层倾角一般小于10度,局部达到15度以上,构造相对简单。其地震地质条件如下所述:(一)表层地震地质条件。郭庄煤矿秉承太行山特色,地表少植物,土层为褐黄、棕黄色亚粘土。在较深处(5米)细砂层较多,空隙较大。在这种地表环境下,地震波的波速一般为300-700m/s,地震波损失较大,高频信息严重衰减,因此该勘探区表层地震地质条件较差。(二)浅层地震地质条件。根据地质资料及以往勘察结果,勘探区域属于第四系中的中更新统,其厚度大约在30m-150m,平均厚72.33m。岩土性质较表层差别不大,主要由亚粘土构成,同时夹带中、细砂层,这构成了一层较好的隔水层,且潜水面深度在18m-28m。根据小折射资料可知潜水层地震波速在1200-1800m/S之间。该层地震波衰减不严重,而且可以取得相对理想的目的层地震反射波组,因此该勘探区浅层地震地质条件较好。(三)深部地震地质条件。勘探区煤层埋深350-500m左右,其中煤层、砂岩、泥岩的地震波速分别为2000-2300m/S,3300m/S、2600’3200m/S,波阻抗较小,密度适中,地震地质条件较好。

2.2　地震资料采集

地震勘探所使用设备如下:GQ Z240型地震仪,采样间隔1ms,采样长度2S,采集道数128道,检波器为kx60型垂直检波器。另有浅层sWS-IAT_程数字地震仪1台,无线遥控SDB2000爆炸机3台,以及若干采集站、交叉站、电源站、地震电缆。采集过程如下:(一)获取最佳激发、接收参数。由于地质条件的不可预知性,需要通过实验获取相对较好的激发以及接受参数。对于地震勘探法而言,激发孔深、药量及组合孔数一般是最为重要的参数。郭庄煤矿地震勘探之前,设置了以下物理试验点:激发孔深15m、18m、20m、25m、28m,激发药量:1kg、2kg、2.5、3kg、3.5kg。对实验记录进行分析,确定须将激发点定在潜水层以下,避免有效波频率的降低。为此将孔深定位于在18-28m.炸药量2.5kg。其他主要参数如下:炮间距为20m,道间距为lOm,横向覆盖4次,纵向覆盖4次,横向最小偏移距5m,横向最大炮检距210m。(二)利用瞬发雷管和炸药引爆后,采用SN388多道遥测地震仪512道全频带接收地震波信号。为了全面掌握勘探区内表浅层低速带的纵横向变化情况,还进行了低速带调查工作。根据预测目的层的埋深和观测位置等条件,利用公式求第一界面深度:其中为为折射波曲线的延长线与时间轴交点之时间值。

2.3　资料处理与分析

郭庄煤矿地震勘探,是通过利用地震初叠时间剖面,结合叠加速度剖面判定煤层反射波位置,再通过资料处理人员进行目标性处理并进行检查、解释、调整,最终获得的成果用以指导煤田开发。(一)资料处理。郭庄煤矿勘探区域处于太行山区域,地形起伏较大,矫正难度大,而且由于地理条件限制,勘探区域内单炮地震子波不一致,因此需做好振幅恢复和补偿处理工作。首先需要对各种干扰波进行有效地压制,增强有效信号的能量,提高信噪比。在勘探区域内进行实验分析,发现主要干扰源有面波、声波、线性干扰、无线电干扰等,因此需要利用各种技术手段如数字滤波、陷波、内切滤波除去干扰。另外,地震勘探法所采取的数据面较小,而由于太行山区断裂构造较复杂,采用叠前时间偏移可以有效避免NMO校正叠加所产生的畸变。因此本次勘探中采用了GEOcluster系统叠前克希霍夫绕射积分法叠前时间偏移方法。(二)渡场分析。在本勘探区域内,初至渡为直达渡、基岩面折射波、绕射波等的综合反映。但是随着炮间距的增大,能量有明显衰减迹象。在非岩石地段,由于炮间偏移距较小时,直达波波速较低,能量较强,反射波受直达波干扰比较严重。有效地震波为T2、T6、T8等,其中T2波为黄色亚粘土底部砂岩地层界面的反射波,出现在T6波之前约450ms.大部分扰波干扰,能量若。T6波对应于勘探区域的煤层,视频率45-55Hz,其能量较强且连续性好,其近道出现的时间在700ms左右,显示为二或三个正相位、两个负相位的反射波形,是本区域地震勘探的标准波,也是主要目的波和最突出的反射波。T8波:对应于石炭系太原组煤层,其有一定的声波延迟,能量较弱,波形变化大,视频率50-65Hz。最后是干扰波和声波。声波干扰不可避免,主要是炮井深度受到一定限制,不过经过试验发现采用闷井小药量激发能有效降低声波干扰作用。

3勘探成果及影响地震勘探的主要因素

利用地震勘探,本次取得以下成果:对煤层的层次构造形态及煤层厚薄趋势进行了描述,特别是对郭庄东南300M处煤层变薄的情况做出了详细解释,分析了煤层中岩浆侵入情况,以及对疑似岩浆侵入异常进行了解释;在断层和陷落柱的控制方面,发现陷落柱10个,差小于5m的断层21条,小于10m的断层74条,大于10m的断层则有122条;煤层总体为单斜构造.倾向NNE,走向NWW,地层倾角在2°-3°。但是影响地震勘探准确性的因素仍然较为复杂。从野外数据采集环节分析,影响地震勘探分辨率的主要因素之一是反射信号的带宽,特别是信号的高频成分的获取。其中首要因素就是震源对分辨率的影响,因为震源所激发出的地震波的波形和频宽是提高记录分辨率的基础,炸药震源被认为是一种较好的震源,但是如何更好的对其进行控制,并提高准确率也一直是各方研究的课题。其次,地层特性对地震信号也有较大影响,因为地震波在地层中传播受到波前扩散、吸收衰减效应和界面反射等因素的影响。最后是检波器对地震信号的影响,检波器是人为的机械制造,其信号采集的精确对直接影响到地震勘探的准确性。