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摘要：三維地震勘探技術(shù)作為現(xiàn)階段應(yīng)用最普遍的井下地質(zhì)勘探方法之一，對礦井生產(chǎn)安全、高效進(jìn)行有重要的指導(dǎo)意義。以地震勘探技術(shù)在礦山地質(zhì)中的應(yīng)用為研究對象，簡要介紹三維地震勘探技術(shù)，結(jié)合具體工程實(shí)例，論述其具體應(yīng)用，實(shí)踐結(jié)果表明三維地震勘探技術(shù)對井下地質(zhì)狀況有極佳的勘探效果，值得大力推廣與普及。

關(guān)鍵詞：三維地震勘探；采區(qū)地質(zhì)；勘探方法；勘探

 0引言

伴隨現(xiàn)代化煤炭機(jī)械化開采技術(shù)不斷提升，井下生產(chǎn)對采區(qū)內(nèi)地質(zhì)狀況掌握程度的要求也不斷增強(qiáng)，進(jìn)而使得對先進(jìn)勘探技術(shù)的需求也越發(fā)高漲。三維地震勘探技術(shù)作為現(xiàn)階段井下地質(zhì)構(gòu)造勘探的主要技術(shù)方法，對于探明采區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造情況及煤層賦存狀況等有積極作用，是實(shí)現(xiàn)井下生產(chǎn)安全高效開展的重要保障，成為眾多煤礦地質(zhì)勘探所不可或缺的技術(shù)手段[1]。

1三維地震勘探技術(shù)概述

三維地震勘探技術(shù)是一項(xiàng)綜合性的應(yīng)用型技術(shù)，集合了物理、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)等諸多學(xué)科，對于實(shí)現(xiàn)井下地質(zhì)情況的高精度探明作用顯著，是現(xiàn)階段礦山生產(chǎn)中最關(guān)鍵的核心勘探技術(shù)之一。三維地震勘探技術(shù)源于早期二維地震勘探技術(shù)，主要包括野外數(shù)據(jù)采集、室內(nèi)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)解讀三大內(nèi)容。a)野外數(shù)據(jù)采集包含地質(zhì)測量、鉆眼裝藥、檢波器埋置、電纜布設(shè)等多道工序；b)室內(nèi)數(shù)據(jù)處理是指將野外采集的地震數(shù)據(jù)傳輸至專用計(jì)算機(jī)中，依照具體需求選定程序運(yùn)行計(jì)算，并最終產(chǎn)生地震剖面圖或三維數(shù)據(jù)圖等；c)資料解讀是指將經(jīng)由計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成具體地震成果的過程，通過對波動理論及測井、鉆井資料的綜合分析，對采區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造、地層特征等內(nèi)容加以闡述并繪制相應(yīng)成果圖[2-3]。

2工程事例應(yīng)用

2.1礦井概述

青山礦地層隸屬華北地層，通過鉆探揭露的礦區(qū)地層由上自下分別是第四系、第三系、石千峰組、石盒子組、二疊紀(jì)山西組、太原組、石炭紀(jì)本溪組、奧陶紀(jì)老虎山組。主要含煤地層為二疊系與石炭系，其中石炭系煤層發(fā)育不健全，不具備可采性，故不作為勘探對象；二疊系山西組、石盒子組共含有6個煤組，首采煤層為石盒子組8#煤層。此外從構(gòu)造上分析，青山礦主體構(gòu)造形態(tài)為斷塊向西傾斜的單斜構(gòu)造，地層傾角介于25°～35°之間，斷層發(fā)育較為完善，不僅有眾多零星分布的中小斷層，還有許多大型斷層，整體為中等復(fù)雜構(gòu)造。

2.2地震地質(zhì)條件

a)地表地震條件。青山煤礦屬于全隱蔽性礦井，新生代松散層厚度為300m～400m。整體地勢較為平坦，局部呈現(xiàn)東高西低。礦井北一采區(qū)內(nèi)有地表河流經(jīng)過，河面寬度50m～100m，河岸東側(cè)密集分布有大量村莊；南二、南四采區(qū)地表?xiàng)l件相交北一采區(qū)地表?xiàng)l件良好，不存在河流[4]；b)淺層地震條件。青山礦潛水面比較穩(wěn)定，厚度一般介于3m～6m，潛水面之下以粉砂和粘土互層為主，具備良好的地震勘探作業(yè)條件；河流兩岸激發(fā)層多為淤泥，選用12m井深可獲取優(yōu)良的地震記錄數(shù)據(jù)；c)深層地震條件。青山礦所在地區(qū)隸屬華北型晚古生代含煤盆地，二疊系煤層沉積穩(wěn)定，沿煤層分層明顯，有較大的波阻抗差，能夠輕易獲得煤層反射波。依據(jù)鉆探結(jié)果與人工分析，深部地層反射波發(fā)育良好，存在多組反射波，其中對應(yīng)8#煤層反射波連續(xù)性強(qiáng)、波形穩(wěn)定，表明深層地震地質(zhì)條件優(yōu)良。

3地層勘探方法與成果

3.1施工方法

三維地震勘探野外作業(yè)選用標(biāo)準(zhǔn)三維觀測系統(tǒng)，在北一和南二采區(qū)一共布置25束地震勘探線、130條測波線和260條炮線，施工中以束為單位進(jìn)行。每束探測線與上一束探測線有3條接收線重合，此外每束探測線還有8條48道的測線，測線間距40m、道距10m，選用單邊依次放炮法。需注意的是，當(dāng)線束遭遇河流或村莊時，則應(yīng)換用針對性的特殊觀測系統(tǒng)施工[5]。

3.2地震資料處理

依照青山礦地質(zhì)條件及地震勘探目的，在處理三維地震數(shù)據(jù)時，應(yīng)對主要施工環(huán)節(jié)采取多次反復(fù)測試，以保障選出最適當(dāng)?shù)奶幚砉に嚵鞒?，以便能夠得到最科學(xué)、合理的處理參數(shù)。在實(shí)際測量中，三個采區(qū)的地震資料記錄質(zhì)量均十分優(yōu)秀，不僅分辨率和信噪比高，且反射波波組豐富，層層理清晰，具備連續(xù)性好、能量強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。不過受探測地區(qū)地表障礙物偏多的影響，數(shù)據(jù)采集時使用了針對性的特殊觀測系統(tǒng)，導(dǎo)致部分地段存在較嚴(yán)重的丟道現(xiàn)象，致使有效波連續(xù)性降低，數(shù)據(jù)處理難度加大。針對這一情況，可在數(shù)據(jù)處理時使用全排列線性動校正法處理剖面，以便從噪音中提取出有效信號，從而驗(yàn)證幾何定義的正確性，實(shí)現(xiàn)防范野外數(shù)據(jù)采集排列位置錯誤等情況。對于大炮檢距現(xiàn)象，可通過地表一致性振幅補(bǔ)償法進(jìn)行彌補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)對地震波的時間補(bǔ)償和能量補(bǔ)償，避免大炮檢距消耗有效波能量。對于覆蓋次數(shù)不平均的問題，可通過保持三維振幅疊加的方法，消除覆蓋次數(shù)不平均引起的疊加到能量差異。針對有河流經(jīng)過的地段，數(shù)據(jù)信噪比偏低的問題，可通過野外靜校正、二次剩余靜校正和三次速度分析、三次靜校正等方法予以解決。整個過程如圖1所示。

3.3地震資料解釋

采用水平切片解釋與垂直剖面解釋相結(jié)合、機(jī)器解釋與人工解釋相結(jié)合、地震規(guī)律驗(yàn)證與地震資料解釋相結(jié)合的手段，通過研究過去二維地震資料和最新鉆探資料，對反射波所對應(yīng)的地質(zhì)層位加以判定。針對不同三維垂直剖面的對比解釋則借助反射波多波組與強(qiáng)相位對比分析的方式進(jìn)行分析。依據(jù)井下構(gòu)造的復(fù)雜性，針對性地選取部分主干剖面，依據(jù)由縱到橫、由剖到平、由稀到密、由平面到空間的原則開展多次繁復(fù)解釋研究。在水平切片上，同相軸的強(qiáng)度體現(xiàn)了反射波的強(qiáng)度；同相軸寬度則同地層傾斜度及地震波頻率存在聯(lián)系。通過理論研究顯示，水平切片對小斷層有一定的放大效果，小斷層分辨率往往是同水平垂直剖面的5倍以上。借由研究水平切片，能夠?qū)鄬咏M合的合理與否進(jìn)行判定，并分析出小斷層的具體發(fā)展規(guī)律。人機(jī)交互系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)隨時調(diào)用所有地震三維數(shù)據(jù)，以便靈活地展示地層垂直剖面、水平切片一級立體圖，并借助三維立體圖掌握斷層和構(gòu)造空間演化規(guī)律。此外，人機(jī)交互系統(tǒng)還能夠通過放大功能，方便人們了解構(gòu)造的細(xì)節(jié)變化，以便人們自空間的角度實(shí)現(xiàn)對構(gòu)造的全面解釋，進(jìn)而判定已有構(gòu)造解釋方案的合理性。斷層解釋一直是三維地震勘探的核心目標(biāo)之一，其精度高低主要決定于斷點(diǎn)組合及斷點(diǎn)解釋的正確性。一般而言，多通過地震時間剖面上反射波同相軸的分叉合并、錯斷、扭曲等實(shí)現(xiàn)判斷斷點(diǎn)，并通過水平時間切片對斷點(diǎn)解釋的正確性加以論證。

3.4地震勘探成果分析

此次三維地震勘探借由嚴(yán)密的野外數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)深度處理、詳實(shí)的解釋等，獲得了下述幾點(diǎn)成果：a)探明青山礦采區(qū)地層結(jié)構(gòu)特征、構(gòu)造變化特征、基巖起伏狀態(tài)等；b)準(zhǔn)確掌握8#煤層底板起伏狀況、埋深、露頭位置等；c)在各采區(qū)內(nèi)8#煤層中落差大于5m的斷層共計(jì)89條，其中修訂原勘探報(bào)告斷層30條，新發(fā)現(xiàn)斷層59條；d)探采表明三維地震勘探斷層的準(zhǔn)確率在75%以上，其中落差高于20m的勘探準(zhǔn)確率達(dá)85%以上，落差介于5m～10m之間的斷層勘探準(zhǔn)確率為66%，落差小于5m的勘探準(zhǔn)確率為52%。

4結(jié)語

通過三維地震勘探技術(shù)有效探查了青山礦采區(qū)的地質(zhì)情況，為后續(xù)掘進(jìn)施工及生產(chǎn)的有效開展提供了可靠且有益的指導(dǎo)。實(shí)踐結(jié)果充分證明三維地震勘探技術(shù)是一種簡單、便捷、可靠、高效的地質(zhì)勘探技術(shù)，不僅針對性強(qiáng)且勘探結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，對煤礦生產(chǎn)安全有重要作用。

參考文獻(xiàn)：

［1］宋乾.三維地震勘探技術(shù)在呂梁礦區(qū)的應(yīng)用［D］.太原：太原理工大學(xué)，2013.

［2］冉志杰，楊歧焱，翟星，等.淺層地震勘探在地下采空區(qū)探測中的應(yīng)用［J］.勘察科學(xué)技術(shù)，2013(2)：56-60.

［3］李延申，關(guān)英斌，李曉琴，等.三維地震勘探技術(shù)在單侯井田中的應(yīng)用［J］.煤炭與化工，2013(7)：50-53.

［4］李文良，于政秀.三維地震勘探技術(shù)在地質(zhì)補(bǔ)充勘探中的應(yīng)用［J］.中國礦山工程，2010(2)：39-41.

［5］安潤蓮，韓應(yīng)龍，姚精選.三維地震勘探在礦井地質(zhì)勘查中的應(yīng)用［J］.煤，2006(5)：15-17.

作者：范磊 單位：太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院 山西省地震局太原基準(zhǔn)臺