三维地震勘探技术在煤矿地质构造中的应用

三维地震勘探技术在煤矿地质构造中的
应用
摘要：我国煤田地质情况较为复杂，在开采中存在着断层、陷落柱、隐伏构造和地质异常等地质构造，若能事先查明地质构造和煤层赋存状态，就能为采区的合理布局提供地质基础，进而保证矿山的安全生产。

三维地震探测技术已被广泛应用于矿井，可对小断裂、陷落柱、隐伏构造、异常体等地质结构进行有效探测，并可为采煤方式选择、采区设计、巷道布置及掘进、水害防治等工作提供准确、精细的地质资料。

关键词：三维地震勘探技术；煤矿地质构造；应用
1探测方法及技术措施
我国在煤层地震勘探中，已经有相关的规范和标准，对煤层地震勘探工作也将会有更多的要求。

在现场测试中，只有这样才能确定合适的构造参数，才能指导现场生产，因此，该公司依据其所从事的地质工作，制定了一套系统的测试方案，并结合本区表浅地层及中地层及深地层的地震地质情况，有针对性地开展测试工作，并通过测试，优选出适用于本区的最优构造-采集参数；这样才能得到好的3 d地震资料。

1.1煤矿概述
某煤矿是一座新建的现代化矿山，年设计产能为130万吨/年。

1.2矿井基本情况
1.2.1矿井概况
该为华北一座小型煤田，自上至下依次为本溪组、太原组、二叠纪山西组及
多个岩系。

不过，石炭纪的大部分煤层都是不完整的，而且可采性也比较低，因
此基本上不能作为勘探的目标。

在地质构造上，位于华北板块的东南缘，其周围已被多个主控断层圈闭而成。

其主要构造为向西单斜，岩层倾角20-30°，断裂发育十分完善，主要由零星的
中小断裂和大型断裂组成，其整体结构十分复杂。

1.2.2地震地质条件
①地表地震条件
煤层埋深在400-430米之间，东部的地势比较高，西部的地势比较低，但大
部分都看起来很平坦。

南区河面宽约200-320米，大部分河岸上都是村落，地面
上布满了密密麻麻的高压电网。

相对来说，北二采区、北四采区的开采情况较南
边好。

②浅层地震地质条件
该矿浅表水层相对比较稳固，水层厚度在3~4米左右，水层以下为粘土层与
粉沙层相互交错的层状结构。

大部分地震勘探及激发条件良好。

由于这条河流的
两岸都是流沙，所以只要将钻孔的深度控制在10-12米，就可以得到更好的地震
资料。

2三维勘探设计方案
合理的勘探设计是取得成功的前提条件，应立足于现场，结合地质资料和前
人的研究成果；对最佳的立体地震成像方式进行了优化，并选择了适当的观测台站。

在探测方法上，由于本次目标地层最大埋深约900 m，因此，在进行了各种
探测方法的比较和分析后，最后选定了10线8炮制规则线束式三维探测方法。

结果表明，在每个 CDP节点上，各个重叠轨道的方位特征和发射距离都比较一致，有利于改善信号质量。

在接收期间，沿水平方向的每个光束与之前的光束一样，
对5个检测线进行重复观察。

3三维地震资料的综合解释
这一次的数据综合显示工作，是在这一次的勘探工作中，以更高的覆盖度和更好的成像效果为基础，采用了一种“人-机”结合的方法。

在资料解释中，主要基于叠后偏移90%数据体，充分运用地震时间剖面、三维可视化技术，辅以相干数据体和方差数据体，并参照叠前时间偏移数据体和叠加数据体，实现相互验证。

结合矿井地质资料、钻井资料和对井田构造线和波群特点的了解，分析和解释了三维地震资料。

3.1褶曲的解释
前人研究表明，在地震资料上，褶曲率在地震资料上是很好辨认的，而在地震资料上，褶曲率在地震资料上呈现出上下凸起和上下凹陷的特征。

与本次3D 数据的结果相结合，可以看出，在时间水平切片上，反射波同相轴走向发生了弯曲，左侧为下凹，右侧为上凸，弯曲的曲率左边要比右边大，这说明左侧褶曲比较紧密，右侧褶曲比较开阔。

3.2陷落柱的解释
在煤矿的陷落层中，塌陷体的胶结度不均匀，分散性变差，表现为杂乱无序的分布状态。

基于陷落柱特征，该地区的3D-delivery资料可以很好地反映出该地区的陷落柱特征，具体体现为：在垂向时程剖面及时程剖面上，反射波同相轴中断，变形，能量减弱；连续性变差，出现分叉合并，形成圈闭，有时还伴有产状突变。

通常，在有关资料的顺地层中，会出现片状的低频异常，而在方差资料的顺地层中，会出现片状的高频异常。

3.3断层解释
在矿井中，断裂主要有三种形式：正断裂，逆断裂，移动断裂。

在这种情况下，由于断裂的上部、下部存在着一定的位移，造成了地层不连续性。

从时间上看，反射波同相轴错动，有较强的相转变和突然的相位变化。

由图4中断裂在时程曲线上的反应可知，该断裂为一正向断裂，上部盘向下倾斜；而且存在着显著
的断裂现象，反射波同相轴错断，该断裂向南西方向延伸到区外，区内延展长度35 m，在2#煤层落差为0~18 m。

4三维地震成果
4.1 2#煤层厚度变化趋势
勘探区2#煤产出比较稳定，其厚度随区域范围存在一定的差异，但具有很强的规律性，除了东北角异常区以外，整体上表现为东北偏厚、西南偏薄的特征。

2#煤层的厚度在两个极端上的变化幅度为0.6-2.2米，除了薄煤层以外，大多数煤层的厚度都为0.8-2.2米。

2#煤在-1103井和向东偏东方向上最厚，煤厚2.2米，在勘探区西南方向最薄，煤厚0.6米。

在勘探区的西南方向，发现了厚度在0.8米以下的煤层薄煤区，其范围为0.141平方公里。

4.2地质构造情况
对3个在10米以上的褶曲进行了解译，以便于查找和命名。

其中，凤利向斜在区域内伸展，长度为1.55公里，在区域内伸展，最大褶皱宽度为60米；另外，1101个向斜、1101个背斜，其最大褶皱宽度为20米，最大褶皱宽度为15米。

对19个断层进行了解释。

新发现的断裂共15条，编号SF1~SF15，其中只有2#煤到2#煤之间的3条断裂（SF2,SF14,SF15,）和从9#煤到奥灰岩之间的3条断裂（SF1,SF9,SF11),2#煤到奥灰岩之间的13条断裂。

在此基础上，对原断裂F101,F3,f2612-1,f2614-1作了补充解释。

根据断裂带的大小，可以划分为：断裂带10米以上的15个；3条落差大于等于5米、小于10米的断裂；1个落差在5米以下的断层。

在9#煤系地层中，共发现2根陷落柱，陷落柱自奥灰发育到9#煤系地层，根据“规范”断裂层分级标准，对2根陷落柱在全覆盖控制下的解译结果进行了综合评价，认为其分级属于较为可靠的陷落柱。

同时，将凹陷柱按照从南到北、从西到东的顺序排列，编号DX1~DX2。

结语
综上所述，因此，利用三维地震技术对矿井地质结构进行检测，将会对检测
工作起到很好的支撑作用。

经过第二次分析，可以得到更多的科学解释。

三维地
震技术可以对各地层进行分析，也可以对整个地质过程进行三维地震记录。

另外，还能与三维地震技术相结合，对煤层区进行解释。

参考文献
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