二維地震勘探技術(shù)在煤礦采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用

1 概述
　　經(jīng)過(guò)百年的開(kāi)采，老虎臺(tái)礦面臨煤炭資源枯竭問(wèn)題。在煤層開(kāi)采后，地下會(huì)留下采空區(qū)，采空區(qū)的垮塌會(huì)造成地面下沉、裂縫，毀壞耕地、建筑物等設(shè)施，破壞生態(tài)環(huán)境。地下采空區(qū)是工程建設(shè)的一大隱患，對(duì)其進(jìn)行高效、準(zhǔn)確探測(cè)是很重要的。采空區(qū)會(huì)直接影響煤礦的安全生產(chǎn)，及早發(fā)現(xiàn)采空區(qū)的分布范圍，采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，就能保證煤炭安全生產(chǎn)[1-2]。
　　2 地質(zhì)概況及地震地質(zhì)條件
　　老虎臺(tái)井田地層自下而上分為：太古界鞍山群，中生界下白堊系，新生界下第三系，撫順群和第四系[3]，老虎臺(tái)井田共有兩層煤，即一層煤（也叫本層煤），三層煤（也叫B層煤）二層煤（A層煤）缺失。一層煤為開(kāi)采的主要煤層，三層煤曾在-159m、-225m、-280m和-330m等水平進(jìn)行試采，但由于巖漿侵入的嚴(yán)重破壞，煤層常被玄武巖吞食或相變?yōu)轫?yè)巖。
　　勘探區(qū)內(nèi)地勢(shì)起伏不大，北部地面建筑物密集，有礦區(qū)鐵路通過(guò)，靠近勘探區(qū)北部邊界，有一條主干公路通過(guò)，南部地表大面積覆蓋著厚度不均的回填土方，南部局部地段因地下煤層開(kāi)采導(dǎo)致地面塌陷、地面沉陷和地裂縫，甚至有積水區(qū)，西部、南部有矸石山?？碧絽^(qū)內(nèi)機(jī)電活動(dòng)和人為活動(dòng)，會(huì)給數(shù)據(jù)采集造成影響。測(cè)區(qū)內(nèi)建筑物、鐵路、回填土方和積水區(qū)等，會(huì)對(duì)采集工作有一定影響。
　　淺層主要為沖積層，上部為砂質(zhì)粘土，細(xì)至粗砂，底部為卵石，層厚4～24.3m，平均14.15m，沖積層砂及礫石存在強(qiáng)含水層，含水層對(duì)地震波的激發(fā)非常有利，但底部為卵石，難以成孔?？碧絽^(qū)南部覆蓋大范圍回填土方，會(huì)對(duì)地震波的高頻信息產(chǎn)生一定的吸收衰減作用。綜合來(lái)看，淺層地震地質(zhì)條件一般。
　　勘探區(qū)內(nèi)僅賦存一層煤層，即本層煤，厚度較厚，比較穩(wěn)定，煤層的頂板巖性為油母頁(yè)巖，巨厚、致密、堅(jiān)硬，與煤層本身存在較大的物性差異，因此本層煤與其頂板可以形成良好的反射界面，可以形成能量較強(qiáng)的反射波;煤層的底板巖性為凝灰?guī)r，與煤層本身存在較大的物性差異，但由于是侵入巖，界面凹凸不平，因此本層煤與其底板的反射界面，形成的反射波能量較弱，由于采空區(qū)影響，反射波連續(xù)性較差。綜上所示，測(cè)區(qū)內(nèi)深層地震地質(zhì)條件較好，淺層地震地質(zhì)條件一般，而表層的人類文明活動(dòng)，必然會(huì)給數(shù)據(jù)采集帶來(lái)影響。
　　3 數(shù)據(jù)采集
　　本次工程施工采用地震縱波反射波法，單邊下傾方向激發(fā)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)論及本區(qū)的地質(zhì)情況，確定本次二維地震勘測(cè)野外數(shù)據(jù)采集采用如下施工因素：
　　3.1 激發(fā)因素
　　震動(dòng)臺(tái)次5次，掃描頻率為10-100Hz，掃描長(zhǎng)度6s，驅(qū)動(dòng)電平70-80%。
　　3.2 觀測(cè)系統(tǒng)
　　采用單邊下傾激發(fā)，96道接收，采用10m道距，20m炮點(diǎn)距，疊加次數(shù)24次。
　　3.3 接收參數(shù)
　　采用60Hz檢波器，采樣間隔為1ms，記錄長(zhǎng)度2s，前放增益0dbm，全頻帶接收，記錄格式為SEG-Y。
　　4 資料處理
　　資料處理是地震勘探工作的三大主要環(huán)節(jié)之一，處理結(jié)果是解釋工作的基礎(chǔ)資料。根據(jù)本次地震勘探所承擔(dān)的地質(zhì)任務(wù)，考慮本區(qū)復(fù)雜的表、淺層地震地質(zhì)條件，本區(qū)資料處理應(yīng)以高精度、高分辨率、高信噪比為目標(biāo)?？紤]到本區(qū)地表復(fù)雜，低速帶厚度變化大等實(shí)際情況，本次資料處理要重點(diǎn)做好以下幾方面工作：
　?。?）速度分析：動(dòng)校速度準(zhǔn)確是保證疊加效果的關(guān)鍵。為此處理中采用掃描速度多次迭代計(jì)算動(dòng)校正量。 　?。?）頻譜分析：譜分析是選擇濾波參數(shù)的依據(jù)，根據(jù)處理需要，分析了頻譜，原始記錄，疊前、疊后三種頻譜。
　　（3）靜校正：由于表層速度變化較大，且厚度不均，所以，一次靜校正的精度對(duì)資料的質(zhì)量?jī)?yōu)劣影響較大。因此要做好靜校正工作。本區(qū)靜校正基準(zhǔn)面為+90m。
　　（4）高分辨率處理：反褶積是提高分辨率的重要環(huán)節(jié)，采用何種反褶積方法，要根據(jù)資料的特點(diǎn)做充分的試處理，最后確定最佳的反褶積方法和參數(shù)。采用譜白化反褶積，能較好地提高分辨率，基本消除原始記錄的頻率差別，也大大削弱了線性干擾。
　?。?）保幅處理：除常規(guī)的振幅恢復(fù)處理以外，還應(yīng)進(jìn)行道平衡及道間均衡處理，另外Q補(bǔ)償（Q是大地濾波因子）應(yīng)盡可能考慮消除因淺表層厚度不均等對(duì)地震波衰減的影響，從而使處理剖面較真實(shí)地反映煤層信息。
　　5 采空區(qū)解釋
　　由于勘查區(qū)為大范圍采空區(qū)，并且大部分是在公路上施工，因此，所獲得的時(shí)間剖面信噪比較低。
　　DZ2線：剖面長(zhǎng)1055m，地質(zhì)資料顯示，該線位于未開(kāi)采區(qū)域。地震資料顯示，在600ms附近有一強(qiáng)反射，結(jié)合地質(zhì)資料確定該組反射波為煤層反射波。南部反射波同相軸連續(xù)性較好;往北反射波同相軸連續(xù)性較差，信噪比低，但上部地層反射波完整，未變形。綜合分析該線一層煤未開(kāi)采。該線北部反射波連續(xù)性差、信噪比低的原因：有可能受F1逆斷層影響。（見(jiàn)圖1）。
　　DZ3線：剖面長(zhǎng)865m，地質(zhì)資料顯示，該線0-75m為采空區(qū)，75-865m位于未開(kāi)采區(qū)域。地震資料顯示，0-190m煤層反射波能量弱，同相軸連續(xù)性差，信噪比較低，且上部地層反射波不完整，時(shí)間剖面上形成“漏斗”狀，巖移界面明顯，巖移角大約75°左右為采空區(qū);190-475m煤層反射波能量強(qiáng)，反射波同相軸連續(xù)性較好，信噪比高，為一層煤未開(kāi)采區(qū)，475m-865m煤層反射波能量弱，同相軸連續(xù)性差，信噪比較低，但上部地層反射波較完整，未變形。綜合分析該線0-190m為一層煤采空區(qū);190m-865m一層煤未開(kāi)采。該線北部反射波連續(xù)性差、信噪比低的原因：有可能受F1逆斷層影響（見(jiàn)圖2）。
　　 DZ4線：剖面長(zhǎng)752.5m，地質(zhì)資料顯示，該線0-413m為采空區(qū)，413-752.5m位于未開(kāi)采區(qū)域。地震資料顯示，該線煤層反射波能量弱，同相軸連續(xù)性差，信噪比較低，且上部地層反射波不完整，時(shí)間剖面上上部地層有“塌陷”現(xiàn)象，巖移界面明顯，巖移角大約在65°-75°之間，根據(jù)對(duì)比結(jié)果分析，0-450m為一層煤采空區(qū);450-752.5m煤層反射波能量較弱，同相軸連續(xù)性一般，信噪比較低，但上部地層反射波較完整，未變形。綜合分析該線0-450m為一層煤采空區(qū);450m-752.5m一層煤未開(kāi)采。該線北部反射波連續(xù)性差、信噪比低的原因：有可能受多條斷層發(fā)育影響（見(jiàn)圖3）。
　　DZ5線：剖面長(zhǎng)950m，地質(zhì)資料顯示，該線0-140m為采空區(qū)，140-950m位于未開(kāi)采區(qū)域。地震資料顯示，0-145m煤層反射波能量弱，同相軸連續(xù)性差，信噪比較低，且上部地層反射波不完整，為一層煤采空區(qū);145-950m煤層反射波能量一般，同相軸連續(xù)性一般，信噪比較低，上部地層反射波較完整，未變形。綜合分析該線0-145m為一層煤采空區(qū);145m-950m一層煤未開(kāi)采。該線北部反射波連續(xù)性差、信噪比低的原因：有可能受F1斷層影響（見(jiàn)圖4）。
　　DZ7線：剖面長(zhǎng)340m，地質(zhì)資料顯示，該線為一層煤采空區(qū)。地震資料顯示，該線煤層反射波能量弱，反射波同相軸連續(xù)性差，信噪比較低，為一層煤采空區(qū)，且F18逆斷層從一層煤上部切過(guò)（見(jiàn)圖5）。
　　DZ9線：剖面長(zhǎng)1040m，地質(zhì)資料顯示，該線0-645m為一層煤采空區(qū)，645-1040m位于未開(kāi)采區(qū)域。地震資料顯示，該線一層煤反射波同相軸連續(xù)性差，信噪比較低，且上部地層反射波較完整，F(xiàn)18逆斷層從一層煤上部切過(guò)。綜合分析該線為一層煤采空區(qū)。該線北部反射波連續(xù)性差、信噪比低有可能受F18逆斷層影響（見(jiàn)圖6）。
　　5 結(jié)論
　　從解釋結(jié)果分析，勘探區(qū)適合縱波地震勘查，由于受地表?xiàng)l件限制，選擇可控震源激發(fā)效果更佳。數(shù)據(jù)采集方法正確，施工因素合理，采集數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。資料處理流程合理，參數(shù)選擇合適，時(shí)間剖面有效波突出、信噪比較高（未開(kāi)采區(qū)）。
　　基本查明了勘查區(qū)內(nèi)有煤區(qū)、采空區(qū)及煤層缺失區(qū)的分布范圍，查明了老虎臺(tái)礦采空區(qū)北部邊界，為煤礦安全開(kāi)車提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)。