浅层高分辨地震勘探在采空区勘测中的应用_陈相府

第20卷 第2期地 球 物 理 学 进 展V ol.20 N o.22005年6月(页码:437~439)

PRO GR ESS IN GEO PH YSICS

June 2005

浅层高分辨地震勘探在采空区勘测中的应用

陈相府, 安西峰, 王高伟

(河南省地球物理工程勘察院,新乡453000)

摘 要 本文通过一个实例介绍了浅层高分辨地震勘探在采空区勘测中的数据采集方法,分析了地质解释依据,论述了浅层高分辨地震勘探在采空区勘测的有效性.关键词 高分辨,地震勘探,采空区

中图分类号 P631 文献标识码 A 文章编号 1004-2903(2005)02-0437-03

Application of high -resolution seismic detecting

for undermined shallow strata

CH EN Xiang -fu, AN X-i feng, WANG Gao -w ei

(H enan institu te of Ge op hysical and Eng ine ering E xp lor ation ,X in xiang 453000,Ch ina)

Abstract Data acquisition met ho d of hig h r eso lutio n seismic detecting for under mined shallow str ata is intro duced w ith a co ncr ete ex ample.T he basis fo r the interpretation o f the detect ing data and the effect iveness of the metho d fo r detect ing undermined area are also displayed in this paper.Keywords

resolution,seismic detect ing ,under mined ar ea

收稿日期 2004-07-10; 修回日期 2004-10-20.

作者简介 陈相府(1965-),男,工程师,自1983年以来一直从事煤田地震勘探和工程地震勘探工作.

0 引 言

采空区在我国北方地区,如河南、山西、河北等地区,普遍存在,特别是在大煤田外围的一些小窑采

空区,属无规律开采,地表位置不明,还有一些这样的采空区在城市郊区,严重影响到了城市的规划建设和居民的正常生活,查清采空区的空间分布,对城市发展、采空区治理具有重要意义[1]

.

地质灾害和岩土工程地震勘探要求探测深度一般不超过200m,被探测对象的规模小,形态和岩性纵、横向变化大,要求有较高的分辨率,因而很多学者将这一类地震勘探方法称为/浅层高分辨率地震勘探0[2,3].具体到野外数据采集要求小道距、小药量、小排列,室内数据处理要求高保真.采空区塌陷也属于地质灾害的一种,采空区和老塌陷区的勘测就具有上述特点,所以从理论和方法技术上讲选择浅层高分辨率地震勘探进行采空区和老塌陷区的勘测是非常合适的[4]

.对河南义马采空区的探测就证实了这一问题.

2 应用实例

义马某国营大矿采空区的外围有一些民营小窑采空区,这些采空区的塌陷对附近的民房造成了破坏,为了分清责任,我院采用浅层高分辨率地震勘探方法对采空区和老塌陷区的分布进行了勘测.2.1 地质概况

义马采空区位于山前丘陵地带,根据附近的钻孔资料可大致了解到该区的地层情况,从地表向下分述如下:

1)表土层:有粉土、粉质粘土和钙核层,部分区域见少量小卵石,层底埋深约18m.

2)砾岩层:以砾岩为主,层底埋深约55m ,总厚度约37m.

3)砂岩层:以砂岩为主,层底埋深约86m ,总厚度约31m.

4)泥岩层:以泥岩为主,层底埋深约126.6m,总厚度约40.6m.由南向北逐渐变浅.

5)煤层:上部为二1煤,层底埋深约130.9m,总厚度约4.3m.下部为二3煤,层底埋深约

地球物理学进展20卷

155.7m,总厚度约5.4m.两层煤中间为泥砂岩互层,厚度约19.4m.

该套地层大致南倾,倾角约13b,由南向北逐渐变浅.

2.2地震地质条件

该区地形起伏较大,有村庄,但地势较开阔,浅部地层由第四系冲积粉土、粉质粘土组成,层位较连续稳定,地下水位较深,浅部地震地质条件较差.

但据前面所述地层情况来看,砾岩与砂岩、泥岩与煤层的界面具备明显的波阻抗差异,有良好的反射条件,具备地震勘查施工的前提条件.

2.3野外工作方法

本次工作,使用德国DM T公司生产的Sum mit 数字地震仪和单个60H z检波器接收,12次水平叠加观测系统,通过现场试验选取采集参数为:道间距5m,偏移距20m,采用浅井炸药激发方式,井深3m,药量450g.仪器因素:采样率0.5ms,记录长度1000m s,全通带接收.

针对上述地震地质条件,我们采取成孔深度到粉质粘土层、击发药量尽量小等措施,最大限度地压制面波干扰;检波器挖坑插放并用土埋起来,从而减少声波对单炮记录的影响,通过这些措施的采取,获得了较理想的单炮记录.

2.4地震波特征和地质解释

图1是2测线上一段水平叠加时间剖面,图2是3测线上一段水平叠加时间剖面,2、3测线为近东西向的平行测线,地表较平坦,分析剖面内的波场特征,可见剖面层次清晰,分辨率较高,从55ms到180ms存在2个明显的波组T1、T2,各波组之间基本相互平行,连续性较好.结合该区地质资料,判定地震剖面反映了约170m深度内的地层情况.T1波组在时间剖面上出现的时间是约60ms左右,波组连续,能量强,分析区内钻孔柱状图,与砾岩层与砂岩层的界面对应,深度约55m左右.T2波组在时间剖面上出现的时间约是170ms左右,波组间断性连续,能量较强,分析已知地质资料,推断解释为煤层的反映,深度约130m左右.

2.5塌陷区及采空区解释

从时间剖面内的波场特征分析,煤层采空则表现为煤层反射波(T2)的缺失,或出现一些低频、零乱的弱反射,而T1波无异常反映,如图2上桩号1 310~1350处,T2波缺失,T1波连续性好无变化,推断解释该处已采空未塌陷;采空区塌陷则表现为煤层反射波(T2)的缺失,反射零乱、振幅弱,还表现为塌陷边界处T2波以上的反射波同相轴错断,T1波的扭曲、连续性变差,反射波频率降低,如图1上桩号1010~1180处,根据上述波组反射特征和地质解释依据,本次地震勘测工作,推断解释塌陷区9个,地下采空区2个.经实地考察和钻探验证推断解释塌陷边界与实际情况基本吻合,采空区也被证实,只是解释深度上有些出入,分析认为是进行时深转换计算时采用的塌陷区和未塌陷区的速度不准引起的

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图1测线2水平叠加时间剖面(部分)

Fig.1H or izontal super po sitio n time acr oss section of measur ing line2

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