三维地震在采区小断层和陷落柱勘探中的应用

【摘 要】随着煤矿高产高效的需要，煤矿采区三维地震勘探技术已成为查明矿井小断层、小褶曲、陷落柱、采空区及煤层厚度变化等有效手段。本文介绍了三维地震探测的物理基础和数据处理关键步骤，并针对小断层和陷落柱的三维地震应用作了详细的阐述。

【关键词】三维地震；采区勘探；小断层；陷落柱

引言

煤矿地质构造中存在大量的断层和陷落柱，这些构造规模虽小，但对高效率的综合机械化采煤机组的生产效率影响极大。对某一新开发的矿井调查发现，几乎30%工作面是由于出现新的断层而过早地被废弃。采用三维地震技术正确识别和解释断层、陷落柱等构造，确定其产状和性质，避开构造解释的陷阱，为优化矿井设计、合理布置采区和工作面提供可靠的地质依据，以利于减少井巷工程浪费，提高资源回收率和保障安全生产，成为当前煤矿勘探工作的重要方向。

1 三维地震探测的物理基础

1.1 探测小断层的物理基础

断层在盆地或造山带中是普遍存在的。通常，拉张性盆地正断层发育，而挤压性盆地特别是前陆盆地逆冲断层发育。目前断层落差h主要是根据断层上、下盘断点时差t及地震波速度v来确定，即利用公式h=12t×v。而且，地震波包含着丰富的断层构造信息，其中许多信息与断层落差有着密切的联系。断层落差越大，构造运动规模一般也越大，断层带内的岩石破碎程度也越高，对地震波的吸收也就越严重。同时反射波之间的相互干涉也越强。因此断层地震波从多方面反映着断层落差大小。如果将反射波运动学特征与动力学特征加以综合解释，就有可能提高小断层的解释精度与可信度。

1.2 探测陷落柱的物理基础

陷落柱柱体是由块度大小不均，排列杂乱无章的上覆地层塌陷物充填胶结而成，充填物成份复杂、松散，密度小，速度低，成层性差，而陷落柱附近及顶部围岩多为煤层地层的砂岩、泥岩或煤层，其沉积稳定，速度、密度与陷落柱相比，在横向和纵向上都存在明显的差异，因此，为利用地震反射波法探测陷落柱奠定了物理基础。

2 三维地震的数据处理

三维地震数据的处理步骤极为复杂，为求得主要可采煤层精确的空间成像位置，近年普遍采用全三维处理。其中中最关键的步骤为：

（1）预处理阶段的野外质量监控，包括用炮点分布图检查炮点坐标，45b观测系统检查观测系统工程变化情况，共深度点（CDP）分布图检查CDP分布及覆盖次数的均匀程度，共炮线初至剖面检查确定空间属性文件建立的正确性；

（2）对废炮、异常道、异常炮、野值做编缉剔除；

（3）利用低速带、炮点、检波点高程、爆炸井深等资料建立精确的近地表模型；

（4）对大障碍区特殊观测系统采集的资料，先分别处理后再与束状线形规则网资料合并；

（5）用频谱整形滤波提高分辨率；

（6）采用钻孔数据对三维偏移速度进行控制和标定，并作精细三维速度分析；

（7）倾斜时差校正叠加DMO（Dip Moveou）。当地层倾角在10～30b之间变化时，对于埋深500～700m的反射层，在普通水平叠加共中心点道集中每道所对应的反射点最大分散度达100m以上，显然对时间剖面上小断点的成像会造成模糊。为了克服倾角变化对叠加效果的影响，各地通常采用的是时空域DMO算法；

（8）偏后分频处理。

3 小断层和陷落柱的三维地震解释

3.1 对断层解释

3.1.1 断层断点的解释

在断层断点解释中以波形变面积的时间剖面为主，配合其它彩色显示剖面及水平切片识别断点。断层断点的主要标志为：反射波同相轴错断、强相位转换、相位突然增多与减少、分叉合并、断点绕射波的出现。而对于落差很小的断层断点则主要表现为：反射波同相轴扭曲，地层产状突然变化，同相轴连续性、光滑程度及振幅强弱变化。故此，在解释小断层时充分利用工作站对时间剖面的局部放大功能，水平时间切片的振幅大小、同相轴错断宽窄、颜色强弱以及煤层振幅层拉平的振幅变化等多种综合显示方法，来确定小断点的存在。断层断点解释实例见图1，图上为水平切片、左下为垂直剖面、右下为82煤层方差体分析顺层切片。

3.1.2 断层倾角的解释

当断层在时间剖面上错开两个或两个以上的反射波时，连接浅、中、深层反射波断点的连线即为断层线，断层线对应的倾角就是断层的视倾角。当地震时间剖面垂直断层走向时，地震地质剖面上解释的断层倾角即为真倾角。

3.1.3 断层组合

三维资料断层组合是将相邻剖面上显示断点特征、性质相同、落差相近的断点按一定的展布规律组合起来。在解释系统中，无论在倾向剖面还是走向剖面解释的断层线均可投影到与之相交的测线和时间切片上，因此在平行断层走向的剖面上可以检查断层走向是否合理；在垂直断层走向的剖面上可以检查其落差、断面形态和水平断距；而在水平时间切片上，可以检查断层的平面分布情况是否符合测区所属区域构造规律。

3.2 对陷落柱的解释应用

陷落柱是溶岩发育矿区的一种特殊地质现象，不仅破坏了煤层的连续性，同时作为灰岩岩溶水的导水通道，诱发矿井事故。陷落柱大小不等，规律性差，但从其形成机制上看，内部填充物成分复杂，比较松散，与周围岩性存在着物性差异。时间剖面上反射波同相轴横向不连续，造成层数突然增多或几组反射波自上而下全部中断、消失，有明显的“塌陷漏斗”等现象。

4 结语

地震资料解释技术的发展和应用，大大提高了地震勘探的精度和可靠程度，为矿井生产建设提供了更为可靠的依据，为社会带来了巨大的经济效益。随着三维地震勘探在矿井建设中的不断推广和应用，地震资料解释技术成为地震勘探的核心技术，所以如何提高地震勘探资料技术，将是资料解释人员不断探索和研究的方向。

参考文献：

[1]常锁亮，李莲英，张胤彬，等.厚黄土覆盖丘陵地区煤田地震勘探方法研究[J].物探与化探，2002（6）.

[2]武喜尊.煤矿采区三维地震勘探技术[J].物探与化探，2004（1）.