二维地震勘探技术在煤矿采空区探测中的应用

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　　摘  要：通过对勘探区地质概况及地震地质条件的分析，采用二维地震勘探技术，确定最佳的的观测系统和采集参数，并结合地质条件，选择合适的处理参数。通过资料对采空区反射波特征进行研究，结合地震剖面和地震波属性，对采空区的分布范围进行了解释，解释结果与矿方资料吻合较好，说明该方法适用于煤矿采空区的探测，且效果较好。
　　关键词：采空区;二维地震;煤层
　　中图分类号：P631.4        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）09-0156-03
　　Abstract： Based on the analysis of geological situation and seismic geological conditions in the exploration area， the best observation system and acquisition parameters are determined using two-dimensional seismic exploration technology， and the appropriate processing parameters are selected in combination with geological conditions. The characteristics of reflected wave in goaf are studied through data. combined with seismic profile and seismic wave attribute， the distribution range of goaf is explained. the interpretation results are in good agreement with the mine data， which shows that this method is suitable for the detection of goaf in coal mine. And the effect is good.
　　Keywords： goaf; two-dimensional earthquake; coal seam
　　1 概述
　　经过百年的开采，老虎台矿面临煤炭资源枯竭问题。在煤层开采后，地下会留下采空区，采空区的垮塌会造成地面下沉、裂缝，毁坏耕地、建筑物等设施，破坏生態环境。地下采空区是工程建设的一大隐患，对其进行高效、准确探测是很重要的。采空区会直接影响煤矿的安全生产，及早发现采空区的分布范围，采取相应的应对措施，就能保证煤炭安全生产[1-2]。
　　2 地质概况及地震地质条件
　　老虎台井田地层自下而上分为：太古界鞍山群，中生界下白垩系，新生界下第三系，抚顺群和第四系[3]，老虎台井田共有两层煤，即一层煤（也叫本层煤），三层煤（也叫B层煤）二层煤（A层煤）缺失。一层煤为开采的主要煤层，三层煤曾在-159m、-225m、-280m和-330m等水平进行试采，但由于岩浆侵入的严重破坏，煤层常被玄武岩吞食或相变为页岩。
　　勘探区内地势起伏不大，北部地面建筑物密集，有矿区铁路通过，靠近勘探区北部边界，有一条主干公路通过，南部地表大面积覆盖着厚度不均的回填土方，南部局部地段因地下煤层开采导致地面塌陷、地面沉陷和地裂缝，甚至有积水区，西部、南部有矸石山。勘探区内机电活动和人为活动，会给数据采集造成影响。测区内建筑物、铁路、回填土方和积水区等，会对采集工作有一定影响。
　　浅层主要为冲积层，上部为砂质粘土，细至粗砂，底部为卵石，层厚4～24.3m，平均14.15m，冲积层砂及砾石存在强含水层，含水层对地震波的激发非常有利，但底部为卵石，难以成孔。勘探区南部覆盖大范围回填土方，会对地震波的高频信息产生一定的吸收衰减作用。综合来看，浅层地震地质条件一般。
　　勘探区内仅赋存一层煤层，即本层煤，厚度较厚，比较稳定，煤层的顶板岩性为油母页岩，巨厚、致密、坚硬，与煤层本身存在较大的物性差异，因此本层煤与其顶板可以形成良好的反射界面，可以形成能量较强的反射波;煤层的底板岩性为凝灰岩，与煤层本身存在较大的物性差异，但由于是侵入岩，界面凹凸不平，因此本层煤与其底板的反射界面，形成的反射波能量较弱，由于采空区影响，反射波连续性较差。综上所示，测区内深层地震地质条件较好，浅层地震地质条件一般，而表层的人类文明活动，必然会给数据采集带来影响。
　　3 数据采集
　　本次工程施工采用地震纵波反射波法，单边下倾方向激发。根据试验结论及本区的地质情况，确定本次二维地震勘测野外数据采集采用如下施工因素：
　　3.1 激发因素
　　震动台次5次，扫描频率为10-100Hz，扫描长度6s，驱动电平70-80%。
　　3.2 观测系统
　　采用单边下倾激发，96道接收，采用10m道距，20m炮点距，叠加次数24次。
　　3.3 接收参数
　　采用60Hz检波器，采样间隔为1ms，记录长度2s，前放增益0dbm，全频带接收，记录格式为SEG-Y。
　　4 资料处理
　　资料处理是地震勘探工作的三大主要环节之一，处理结果是解释工作的基础资料。根据本次地震勘探所承担的地质任务，考虑本区复杂的表、浅层地震地质条件，本区资料处理应以高精度、高分辨率、高信噪比为目标。考虑到本区地表复杂，低速带厚度变化大等实际情况，本次资料处理要重点做好以下几方面工作：
　　（1）速度分析：动校速度准确是保证叠加效果的关键。为此处理中采用扫描速度多次迭代计算动校正量。 　　（2）频谱分析：谱分析是选择滤波参数的依据，根据处理需要，分析了频谱，原始记录，叠前、叠后三种频谱。
　　（3）静校正：由于表层速度变化较大，且厚度不均，所以，一次静校正的精度对资料的质量优劣影响较大。因此要做好静校正工作。本区静校正基准面为+90m。
　　（4）高分辨率处理：反褶积是提高分辨率的重要环节，采用何种反褶积方法，要根据资料的特点做充分的试处理，最后确定最佳的反褶積方法和参数。采用谱白化反褶积，能较好地提高分辨率，基本消除原始记录的频率差别，也大大削弱了线性干扰。
　　（5）保幅处理：除常规的振幅恢复处理以外，还应进行道平衡及道间均衡处理，另外Q补偿（Q是大地滤波因子）应尽可能考虑消除因浅表层厚度不均等对地震波衰减的影响，从而使处理剖面较真实地反映煤层信息。
　　5 采空区解释
　　由于勘查区为大范围采空区，并且大部分是在公路上施工，因此，所获得的时间剖面信噪比较低。
　　DZ2线：剖面长1055m，地质资料显示，该线位于未开采区域。地震资料显示，在600ms附近有一强反射，结合地质资料确定该组反射波为煤层反射波。南部反射波同相轴连续性较好;往北反射波同相轴连续性较差，信噪比低，但上部地层反射波完整，未变形。综合分析该线一层煤未开采。该线北部反射波连续性差、信噪比低的原因：有可能受F1逆断层影响。（见图1）。
　　DZ3线：剖面长865m，地质资料显示，该线0-75m为采空区，75-865m位于未开采区域。地震资料显示，0-190m煤层反射波能量弱，同相轴连续性差，信噪比较低，且上部地层反射波不完整，时间剖面上形成“漏斗”状，岩移界面明显，岩移角大约75°左右为采空区;190-475m煤层反射波能量强，反射波同相轴连续性较好，信噪比高，为一层煤未开采区，475m-865m煤层反射波能量弱，同相轴连续性差，信噪比较低，但上部地层反射波较完整，未变形。综合分析该线0-190m为一层煤采空区;190m-865m一层煤未开采。该线北部反射波连续性差、信噪比低的原因：有可能受F1逆断层影响（见图2）。
　　 DZ4线：剖面长752.5m，地质资料显示，该线0-413m为采空区，413-752.5m位于未开采区域。地震资料显示，该线煤层反射波能量弱，同相轴连续性差，信噪比较低，且上部地层反射波不完整，时间剖面上上部地层有“塌陷”现象，岩移界面明显，岩移角大约在65°-75°之间，根据对比结果分析，0-450m为一层煤采空区;450-752.5m煤层反射波能量较弱，同相轴连续性一般，信噪比较低，但上部地层反射波较完整，未变形。综合分析该线0-450m为一层煤采空区;450m-752.5m一层煤未开采。该线北部反射波连续性差、信噪比低的原因：有可能受多条断层发育影响（见图3）。
　　DZ5线：剖面长950m，地质资料显示，该线0-140m为采空区，140-950m位于未开采区域。地震资料显示，0-145m煤层反射波能量弱，同相轴连续性差，信噪比较低，且上部地层反射波不完整，为一层煤采空区;145-950m煤层反射波能量一般，同相轴连续性一般，信噪比较低，上部地层反射波较完整，未变形。综合分析该线0-145m为一层煤采空区;145m-950m一层煤未开采。该线北部反射波连续性差、信噪比低的原因：有可能受F1断层影响（见图4）。
　　DZ7线：剖面长340m，地质资料显示，该线为一层煤采空区。地震资料显示，该线煤层反射波能量弱，反射波同相轴连续性差，信噪比较低，为一层煤采空区，且F18逆断层从一层煤上部切过（见图5）。
　　DZ9线：剖面长1040m，地质资料显示，该线0-645m为一层煤采空区，645-1040m位于未开采区域。地震资料显示，该线一层煤反射波同相轴连续性差，信噪比较低，且上部地层反射波较完整，F18逆断层从一层煤上部切过。综合分析该线为一层煤采空区。该线北部反射波连续性差、信噪比低有可能受F18逆断层影响（见图6）。
　　5 结论
　　从解释结果分析，勘探区适合纵波地震勘查，由于受地表条件限制，选择可控震源激发效果更佳。数据采集方法正确，施工因素合理，采集数据真实可靠。资料处理流程合理，参数选择合适，时间剖面有效波突出、信噪比较高（未开采区）。
　　基本查明了勘查区内有煤区、采空区及煤层缺失区的分布范围，查明了老虎台矿采空区北部边界，为煤矿安全开车提供了可靠的地质依据。
　　参考文献：
　　[1]唐汉平.浅层煤矿采空区三维地震勘探技术[J].能源技术与管理，2014，39（4）：163-164.
　　[2]王馨茹，李雪梅，王晓雯.三维地震勘探技术在煤矿采空区的探测应用[J].能源技术与管理，2015，40（3）：172-173.
　　[3]曹海东.老虎台井田离层裂隙发育特征探讨[J].煤炭技术，2017，12（36）：108-110.
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