三维地震勘探技术在采区地质补充勘探中的应用

        摘要:三维地震勘探通过炮点和检波点的灵活组合,适合于煤矿采区地质补充勘探,从原理上也更加符合地质体的三维空间特征,有利于复杂构造的研究与探测。介绍了平煤十三矿利用三维地震勘探方法成功解决
采区构造地质问题。

关键词:三维地震勘探;补充勘探;成果验证;效益分析

       三维地震勘探是基于勘探目的层与其围岩的物性差异而发展起来的一门物探技术,主要是利用反射波的运动学和动力学特征来解决构造地质问题。三维地震勘探是把沿侧线观测的二维地震勘探方法扩展到三维空间,由水平方向的X、Y和深度方向的Z构成三维空间,在一个观测面上进行激发、接收,通过面积测量技术把观测系统布置在一定面积内,利用炮点和检波点的灵活组合,获得与地下地质体相对应的三维数据体。
1 矿井概况
平煤集团十三矿是设计生产能力180万t/a的大型综合机械化采煤矿井。矿井采用1对立井、2个水平采区上、下山开采,主要开采己15、17煤层,平均煤厚5.8m,倾角26º。矿井地质条件极其复杂,属构造复杂矿井。
2 勘探区地质条件及勘探目的
2.1 勘探区地质条件
勘探区位于己三采区中上部,属二叠系山西组己煤段,主要回采己15、17
煤层,该煤层仅在3907孔附近出现分岔现象。己煤层全区发育,层位稳定。根据原地质报告地质勘探资料分析,控制本区的主体构造为灵武山向斜,其轴向315～341º,向北影响到己二采区下部,向南发育到井田以外。区内仅1条断层,即F17正断层(160º#70º、H=24m,位于采区东北部,二维地震勘探揭露,影响长度800 m 左右)。另外区内4004孔有4处发现岩浆岩,使己煤段、戊煤段部分煤层发生蚀变而被玄武岩代替。
2.2 勘探目的
(1)勘探区内己15、17煤层的构造形态,控制己15、17煤层底板标高,深度误差不大于2%。
(2)勘探区内己15、17煤层中落差大于5m 的断层,平面摆动范围小于15m,并解释落差3～5m的断点。
(3)勘探区内戊10煤层的构造形态、底板标高及落差大于5m的断层。
(4)勘探区内新生界厚度变化规律、己15、17煤层厚度变化规律及分岔合并范围。
(5)勘探区内己15、17和戊10煤层内的火成岩分布范围。
3 勘探成果验证与分析
3.1 煤层岩浆岩赋存状况
本次勘探区目的层同相轴连续性较好,信噪比高,断点清晰,没有目的层的分岔特征,区内没有己15、17煤层的分岔现象。己15、17煤层厚度比较稳定,总的趋势变化不大,大部分地方煤层厚度在5～7m。在本区的西部有一呈NE-SW 方向展布的条带,煤层厚度相对较小。煤层厚度在4～5m 变化,
与原地质资料吻合。根据原地质资料分析,区内有岩浆岩侵入,区内4004孔有4处发现岩浆岩,但三维地震勘探未发现本区有岩浆岩侵入,主要是因为勘探区分布范围未波及到火成岩区域。
3.2 煤层底板形态与褶皱构造
由于己三采区钻孔少,勘探程度低,原地质资料对煤层中的地质构造控制不够。经过三维地震勘探,对本区煤层赋存状况、褶皱、断裂构造情况等有了进一步认识。本区不是勘探前的断层不发育简单构造,而是向、背斜交互、断层比较发育地区。勘探区内含煤地层的赋存形态总体为一走向
NWW、倾向SSW 的单斜构造,在单斜构造背景上沿走向尚叠加发育了许多小的波状起伏或次级褶皱,使煤层底板等高线发生不同程度的弯曲变化,这与原煤层底板等高线图形成鲜明对比。
3.3 断裂构造
原地质资料显示本勘探区仅有1条二维地震勘探断层。本次三维地震勘探共解释组合断层35条,其中新发现断层34条,1条为原二维勘探断层(位
置有点差异)。35条断层全部为正断层,按落差分:落差&20m的2条;20m&落差’10m的4条;10m&落差’5m的16条;5m&落差’3m的13条。
按错断煤层分:错断己15、17煤层的33条;错断戊10煤层的9条;同时错断己
15、17和戊10煤层的7条。按可靠程度分:在落差大于5m 的断层中,可靠断层17条,占77.27%;较可靠断层5条,占22.73%;落差小于5m的断层、断点仅供参考。
通过开掘工程实际揭露地质资料验证的15条断层来看,三维地震勘探对煤层赋存状况和褶皱、断裂构造控制更详细、准确。三维地震勘探对断距比较大的断层,特别是对落差10m 以上断层的探测准确率高达90%;对落差5m以上断层的探测准确率也在70%以上,对矿井的安全生产和采掘布置具
有较好的指导作用。
4 经济效益分析
本次勘探进一步查明了该区域的地质条件,尤其是几条落差较大断层的确定,为采掘设计、工程施工和安全生产提供了可靠的地质依据。三维地震的立体勘探,比钻探投入少,获得的地质信息多。利用常规钻探极限布孔,1km2 布孔9个,需要布置常规钻孔18个,每孔资金70万元,钻探成本为1260万元,工期24个月。采用三维高分辨地震勘探技术,地震勘探成本为150万元,工期6个月。通过比较,采用三维高分辨地震勘探技术可节省资金1100万元,节省工期18个月。即使利用常规钻探极限布孔,对煤层的赋存状况、构造的控制程度也很难达到三维地震的勘探成果。
5 结语
全面查清矿井地质条件是煤矿安全生产和高产高效的基础。实践证明,三维地震勘探是一种简便、可靠、经济、高效的勘探方法。该方法针对性强,成本低,工期短,地质成果准确、可靠,对煤矿的安全生产起着非常重要的作用。