李元杰 米建强
摘 要：该文以三维地震勘探技术在砂墩子煤矿N42采区的应用为例，详细阐述地震数据采集选取合理的观测系统和采集参数，获取了高质量野外原始数据;地震资料处理采用针对性的处理流程，获得了高分辨率、高信噪比数据体;地震资料解释采用人机交互解释方法，获得了可靠的地质成果。应用实例表明：利用三维地震勘探技术查明了采区煤层赋存状况、断层、采空区及煤层露头分布情况，为开采设计提供了依据，为煤矿安全开采提供地质保障。
关键词：地震勘探 小断层 采空区 煤层露头
中图分类号：P315.9 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）06（c）-0051-04
Application of 3D Seismic Exploration Technology in N42 Mining area of Shadunzi Coal Mine
LI Yuanjie1 MI Jianqiang2
（1.Xi'an Research Institute of China Coal Technology & Engineering Group， Xi'an， Shaanxi Province， 710077 China; 2.Shadunzi Coal Mine of Jinneng Holding Coal Industry Group， Hami，
Xinjiang Uygur Autonomous Region， 839003 China）
Abstract： Taking the application of 3D seismic exploration technology in N42 mining area of Shadunzi Coal Mine as an example， this paper elaborates on seismic data acquisition， selects reasonable observation system and acquisition parameters， and obtains high-quality field original data; The seismic data processing adopts the targeted processing flow to obtain the data volume with high resolution and high signal-to-noise ratio; The seismic data interpretation adopts the man-machine interactive interpretation method， and reliable geological results are obtained. Application examples show that the occurrence of coal seams， faults， goaf and coal seam outcrop distribution in the mining area are found out by using three-dimensional seismic exploration technology， which provides a basis for mining design and geological guarantee for safe mining of coal mines.
Key Words： Seismic exploration; Small fault; Coaf; Coal outcrop
三維地震勘探技术是地球物理勘探中最重要的方法之一，需要采集、处理和解释这3个环节的密切配合，其目的是为了让地下目标体的成像更加清晰、位置判断更加准确[1]。三维地震勘探技术在煤田勘探方面得到广泛应用，其解决复杂地质问题的能力已得到广泛证实。该文以砂墩子煤矿N42采区三维地震勘探为例，详细阐述了三维地震勘探技术在煤矿采区勘探中的应用，取得了良好的地质效果，为煤矿提供了地质安全保障。
1 地质概况
勘探区内揭露地层由老到新依次为古生界石炭系、中生界侏罗系中侏罗统西山窑组、新生界下古近系和第四系。
勘探区含煤地层为中侏罗统西山窑组中段，浅湖泊相沉积，岩性以细砂岩为主，夹砾岩、薄层的菱铁矿和炭质泥岩等。含煤层13层，煤层总厚0.40～47.07 m，平均总厚13.77 m。其中4-1号煤层为唯一可采煤层，其余煤层薄且不稳定，均为零星可采、不可采。
勘探区总体为北部背斜、南部单斜的形态，局部褶皱发育，倾角6°～25°。地层走向呈弧形向南西凸出，由北向南倾向依次为西—南西—南，沿倾向发育少量宽缓的次级褶皱。构造复杂程度定为二类，即中等构造。
2 地震地质条件
2.1 浅表层地震地质条件
勘探区地表为戈壁、丘陵地貌，起伏不大，全区海拔高度一般为1 082～1 210 m，呈现北高南低，东西变化不大的地貌特征，最大相对高差约130 m，地形较为简单。表层松散的戈壁沙砾层对地震激发的高频信号能量的吸收衰减作用较强，因此对提高地震资料的分辨率有一定影响。勘探区内道路特别少，交通不便，给地震测线布置和野外施工造成一定困难。因此，勘探区的浅表层地震地质条件是复杂的。
2.2 深层地震地质条件
勘探区侏罗系中统西山窑组是主要含煤地层，4-1号煤层埋深主要在200～530 m，埋藏条件较好。4-1号煤层顶板、底板岩性多为粉砂岩，与煤层的物性差异较大，与周围岩石波阻抗差异明显，有助于获取较好的反射波。勘探区总体为北部背斜、南部单斜的形态，倾角一般为6°～12°。因此，勘探区的深层地震地质条件是一般的。
2.3 综合地震地质条件
勘探区浅表层地震地质条件复杂，深层地震地质条件一般。因此，综合地震地质条件是复杂的，但具备完成该次勘探任务的物性基础。
3 三维地震勘探
3.1 数据采集
观测系统根据线束方向尽量垂直地层走向和主要构造走向的原则进行布设，该次三维地震测线选择北偏东25°方向布置，以束为单位施工，线束和测线桩号按照南小北大、西小东大的原则进行编号。根据克朗软件模拟和试验情况，该次三维地震观测系统按照区域划分采用两种采集参数，三维浅部区域（4-1号煤层埋深<300 m）采用8L×8S×84T×4R×24次观测系统，道距10 m，激发点距20 m，接收线距40 m，激发线距70 m;深部区域（4-1号煤层埋深≥300 m）采用8L×8S×96T×4R×24次观测系统，道距10 m，激发点距20 m，接收线距40 m，激发线距80 m;采用2台KZ-28型可控震源进行激发，震动次数3～4次，震动台数2台，扫描长度12 s，扫描频率10～115 Hz，驱动电平75%;野外数据采集施工使用法国Sercel公司428XL数字地震仪，60 Hz模拟检波器，记录数据格式SEG-D，仪器前放增益12 dB，采样间隔1 ms，记录长度2.0 s。
3.2 数据处理
该次三维地震勘探区的地表条件复杂，在精细野外采集基础上，认真分析、全面考虑，精选参数，才能获得良好的处理结果。地震数据处理进行精细的静校正和速度分析，建立正确的近地表模型;利用叠后偏移保证成像质量，提高信噪比，尽可能拓宽地震信号的有效带宽，确保小构造较好成像;多次分析偏移速度，选取合理的偏移速度场，保证成像的准确归位，以确保解释精度;处理中加强地质解释指导，进一步提高地震剖面信噪比和分辨率，最终取得了高质量的三维数据体。
3.3 资料解释
资料解释是在解释工作站上人机联合对目的层反射波进行对比解释，将数据信息转换成地质信息。采用工作站和人工解释相结合，时间剖面、水平切片、顺层切片、地震属性分析、波阻抗反演解释相结合的思路和流程进行解释[2-3]。
3.3.1 断层解释
根据时间剖面上反射波或波组的错段、扭曲、终止、产状突变、相位转换和断面波等特征判定断层，具体见图1。
3.3.2 采空区解释
小窑采空区的存在会给煤矿安全生产巨大的安全隐患，三维地震勘探技术在小窑采空区探测中有很大优势[4-6]。采空区在地震时间剖面上的特征表现为煤层反射波变弱、缺失，采空区边界处反射波同相轴频率和产状发生突变、同相轴不连续且杂乱无章，与周围正常煤层反射波存在明显差异，具体见图2。
3.3.3 煤层露头解释
三维地震勘探圈定煤层露头位置不仅有助于煤层储量的估算，而且更有助于指导矿山生产[7-9]。在地震时间数据体上识别煤层露头并确定露头位置的工作，主要通过识别煤层露头在时间剖面上表现的两个基本特征来完成。第一，新生界底界面反射波与煤层反射波呈现明显的角度不整合接触关系，这是确定煤层露头位置的主要标志[10];第二，当新生界底界面与煤层之间间距小于10 m直至被剥蚀时，底界面反射波开始与煤层反射波发生复合，逐渐由相消干涉过渡到相长干涉，复合反射波振幅发生逐渐由弱变强再变弱的规律性变化，具体见图3。
4 地质成果
通过三维地震勘探查明了新生界底界面起伏形态;查明了主要可采煤层4-1号煤层底板起伏形态、赋存范围及露头位置;查明勘探区内落差大于5 m断层在新生界、4-1号煤层中的性质、落差、走向和倾向，并且对落差3～5 m的断层进行了解释，全区共解释断层159条;查明了勘探区内4-1号煤层的采空区范围及分布情况，圈定采空区2处;查明了4-1号煤层冲刷带，圈定3处煤层变薄带;查明了勘探区内主要煤层中褶幅大于10 m的褶皱;预测了4-1号煤层厚度变化趋势。
5 结语
随着矿井开拓的不断延伸，查明采区地质构造情况已成为煤矿开采过程中首要解决的问题，对煤矿安全高效生产起着至关重要的作用。三维地震勘探技术在查明煤矿采区地质情况过程中起到不可替代的作用，为巷道、工作面合理布置和安全高效生产提供了保障。
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