三维地震勘探在刘东煤矿徐双楼采区的应用

摘要：三维地震勘探技术自引入煤矿采区勘探以来，已在煤矿采区勘探中取得了显著的地质效果，其解决煤矿地质构造问题是一种行之有效的勘探手段，解决地质问题的能力已为煤矿生产所广泛证实。文章通过三维地震勘探在刘东煤矿徐双楼采区的实际应用，印证了三维地震勘探在解决采区地质构造具有无可比拟的优势，在指导钻孔布设及矿井生产建设是一种不可或缺的勘探手段。

关键词：三维地震勘探；矿区地质；观测系统；采区

中图分类号：P631 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）09-0112-03

刘东煤矿在不同时期、不同采区进行了多次三维地震勘探，已在煤矿采区勘探中取得了显著的地质效果，其解决煤矿地质构造问题是一种行之有效的勘探手段。在指导矿井生产建设中，尤其是在该矿西北部徐双楼采区进行的三维地震勘探应用，取得了丰富的地质成果，显示了较好的经济效益和社会效益。

1 矿区地质概况

1.1 地层

刘东煤矿位于淮北煤田中西部，在地层区划分上属于华北地层区鲁西地层分区徐宿小区。本区基岩地层被第四系覆盖。地层由老到新依次为：奥陶系（O1+2），石炭系（C2+3）、二叠系（P）、第三系（N）和第四系（Q）。

主要可采煤层赋存于二叠系的下统山西组和下石盒

子组。

1.2 构造

本区主要为大中型NNE向褶皱和张性断层，该矿处于陈集向斜东翼仰起端，总体上为一走向北北东向，倾向北西的单斜。地层倾角一般在10°～20°之间，该采区浅部倾角较陡，一般在25°左右，西北方向的深部倾角较缓，在7°～13°之间，倾角变化较大。

1.3 煤层

本区三维地震勘探的主要目的煤层为7煤和10煤。

1.3.1 7煤层。位于下石盒子组下部，分71和72两组煤层，间距0～12.30m，平均5.50m，在地震勘探中通常复合成一组反射波。下距分界铝质泥岩24～60.50m，平均37.50m。煤层结构简单，局部含一层泥岩夹矸，偶见两层夹矸。煤层厚0～4.39m，平均2.09m，属中厚较稳定煤层。煤层顶板以泥岩为主，粉砂岩次之，中部为少量砂岩；底板以泥岩为主，次为粉砂岩。

1.3.2 10煤层。位于山西组中部，上距铝质泥岩39～70m，平均55.5m；下距太原组第一层灰岩40.5～65m，平均53.4m。煤层结构简单，以单一煤层为主，局部含一层泥岩夹矸，以中厚-厚为主，煤层厚度1.50～5.93m，平均2.95m，属稳定煤层。煤层顶板以泥岩为主，粉砂岩次之，少量砂岩；底板多为泥岩和粉砂岩。

2 野外工作方法

野外工作方法综合考虑地质任务、地形及诸多地下因素，充分利用高密度采集的面积接收技术和炮、检点网格的灵活组合，获得分布均匀的地下数据点网格及所要求的覆盖次数，以保证较高的信噪比和分辨率，采用八线十四炮制中间激发束状观测系统。主要观测系统参数如下：

3 资料处理

资料处理从原始数据解编到输出标准数据体，中间要经过真振幅恢复、速度分析、时间偏移等过程，最终可显示为较理想的时间剖面图。

3.1 真振幅恢复

由于大地滤波的作用，地震波在传播过程中能量衰减很多，尤其高频成份损失严重，另外，震源能量差异、检波器耦合差异也会对有效波振幅产生不利影响，导致接收到的振幅不能真实地反映地下介质的动力学特征及相互差异，我们采用地表一致性振幅补偿对地震波能量加以恢复，使得浅、中、深空间能量得到了较好恢复，如图1所示：

图1 振幅恢复前（上）、后（下）单炮

3.2 速度分析

速度是地震资料处理的重要参数之一，其精度直接影响着叠加处理的效果。为了提高速度谱解释的精度，首先进行速度扫描，得到本区由浅至深的速度规律，然后以此为参考速度计算速度谱，速度谱的密度为100×100m，并且和剩余静校正进行二次迭代。

图2 叠加速度谱图

3.3 时间偏移

时间偏移采用三维一步法，步长16ms。通过对常规叠后偏移和叠前时间偏移对比发现，在正常施工地段叠前时间偏移效果较好，在复杂地带构造合理，断层清晰，波组特征鲜明，便于目的层的识别和追踪，从而提高了分辨率，但村庄变观地带和信噪比较低的地方变差，这些地方激发能量低是其一不利因素，地下层位的反射波较 弱是主因。

本次处理采用了常规叠后偏移和叠前时间偏移相结合的方法，提供了两种偏移成果，这两种结果各有优缺点，在信噪比高的地方叠前偏移成相较好，断层更加清晰，波组特征好，这对各种复杂地质构造认识有利，在低信噪比地方和村庄附近叠后偏移好些，综合应用可能会取得较好效果。

3.4 时间剖面处理解释效果显示

经反复测试、优化处理参数，综合处理后的成果时间剖面保真度高、信噪比和分辨率较高，地质层位、构造关系显示清晰。如图4到图6所示。

图3 叠后偏移（上）与叠前偏移（下）

图4 7、10煤层反射波及断层在时间剖面上的显示

图5 小断点在时间剖面上的显示

图6 逆断层在时间剖面上的显示

4 地质应用效果

4.1 勘探前后构造对比

通过三维地震勘探共解释断层90条，断层走向北东向为主，其中：修改断层5条，新发现断层85条；基本查明了7煤和10煤层赋存形态及断裂构造发育情况，取得了丰富的地质成果，为煤矿井巷开拓和开采提供了较可靠的地质依据。如图7为10煤层三维地震勘探前后对比图。

图7 10煤层三维勘探前后构造对比图

4.2 利用振幅层拉平图预测煤厚

三维地震勘探的另外一大优势和亮点，是可利用振幅层拉平图对煤厚进行预测。在地震地质条件较好的区块，利用振幅层拉平图结合钻孔标定煤厚，成功预测了煤层厚度变化趋势。在振幅层拉平图上，颜色愈深振幅愈强，指示煤层较厚；相反，颜色愈浅振幅愈弱，指示煤层较薄。在煤矿三维地震勘探后期新施工的3个钻孔中，4-8、5-8两孔在层拉平图上所在位置颜色显示较浅，为浅黄色或灰白色，指示煤层较薄，钻孔实际揭露的10煤层厚度分别为0.79m、0.53m；而6-8孔所处颜色为深红色，颜色相对较深，指示为厚煤层，实际揭露的10煤层厚度为3.24m，均与振幅层拉平图吻合相当好。

5 结语

三维地震勘探能够较好地解决煤矿地质构造问题，在地震地质条件较好时，可利用地震反射波振幅的动力学特征对煤层厚度进行预测，具有一定的参考价值。三维地震勘探虽在定性解决地质构造方面有很好的优势，但在定量解释一些精细问题时，需要综合利用多种勘探手段才能提高解释精度，例如利用钻探进行层位标定、利用电法进行水文地质勘探判断断层位置及导水性等。总之，三维地震只有同其他勘探手段相配合进行综合勘探，才会取得更加丰富、更加准确、更加可靠的地质成果。

图8 10煤层振幅层拉平图

参考文献

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[2]陈民振.中国煤矿物探研究[M].北京：地质出版社，

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[3]徐怀大，王世凤，陈开远.地震地层学解释基础[M].

武汉：中国地质大学出版社，1990.

作者简介：朱开成（1964―），男，江苏盐城人，江苏新光集团副总经理，工程师，研究方向：煤矿生产、地质勘探技术管理和地质灾害治理。