复杂采空区下三维地震勘探效果分析

刘 俊

淮南矿业集团煤业分公司，安徽 淮南 232001

摘 要:利用三维地震勘探技术探测煤田采空区的位置和范围已取得了很好的效果,但是对于采空区下煤层的探测，还处于探索研究阶段。潘二矿在上覆B组煤已经不同程度开采的情况，针对采空区下A组煤层及底板灰岩进行了三维地震勘探，目的是验证三维地震勘探对采空区下组煤层的地震成像能力及成像精度，结合采掘实际资料，对比总结采空区下伏地层及煤层的反射特征，为后期针对采空区下煤层开展三维地震勘探提供可行性依据。

关健词:采空区；地震反射；特征

潘二煤矿井田范围内基岩均被新生界所覆盖，经钻探揭露和控制的有：奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、古近系、新近系和第四系，含煤地层主要是二叠系山西组、下石盒子组和上石盒子组，矿井主要可采煤层有B组8～4-1煤和A组3、1煤层，其中3煤平均厚度4.63m，1煤平均厚度3.96m，其中A组煤距下伏石炭系太原组灰岩约17m，距奥陶系灰岩顶界约120m。根据井下工程及勘探钻孔资料，勘探区范围内最深目的层1煤层埋深位于400～500m之间。

区内B组煤层开采时间较早，多层煤采开采造成地面存在不同程度的塌陷，局部水域面积大，地震地质条件复杂。

1 地震地质条件

区内地势平坦，一般海拔为21～25m。通过表层调查资料解，本区低速层速度在400-800m/s左右，高速层速度约为1500-1700m/s。该区潜水面较浅，深度为2-4m，潜水面以下岩性多为稳定的第四系胶泥层，属良好的激发岩性。

勘探区范围地表及井下采空区存在以下特点：

1）各煤层采动范围不一。8、7、6煤层开采面积最大，5-1、4-1次之，3煤层仅西北部12223工作面回采了一半，1煤层全部未采。

2）各煤层回采年份不一。本区基本为从上向下逐层开采，8、7煤大都在2004年前回采，3煤从2016年才开始回采。

3）回采方式也有差异。早期开采的8、7煤均为炮采，回采范围不规则，其余煤层采用综采，工作面呈条带状布置。

4）东西部采动程度不一。工区西部有8～3共6层煤已开采，大部分区域各煤层均采动，造成地面不断重复塌陷，即地面后湖水域，水深5～8m。工区东部区域造成塌陷的主要是8、7煤采动范围，地面塌陷深度明显低于西部。

上述因素形成该区地震地质条件极其复杂的特点。

2 野外数据采集

通过技术论证，本区采用8线×5炮×60道正交束状观测系统，采集参数见表1。陆上采用HT-5Hz低频高灵敏度检波器接收，水域水深小于1.5m采用DJ-8检波器接收，水深大

于1.5m采用FS-4压电检波器接收；仪器采用SERCEL 428XL地震仪，采样间隔1ms，记录长度2s。

表1 采集参数表

观测系统类型	8L5S60T	最大非纵距（m）	390
排列片总道数	480	最大炮检距（m）	658
面元尺寸（m）	10×10	横纵比	0.74
道距/炮点距（m）	20	覆盖次数	24（6×4）
接收线距/炮线距（m）	100	炮密度	500
纵向最大炮检距（m）	530	炮道密度	240000

在完成3个试验点和3口微测井后，最终确定激发因素为：陆上采用5m井深，水域采用水下4m井深，药量2kg，村镇、鱼塘及周围适当减少药量。

3 采空区及下伏煤层地震反射特征分析

由于采空区随着岩层的跨落，里面充满了松散的岩层、水和空气，在密度上与围岩差异很大，造成塌陷区范围地震波速度明显降低。

本区地震资料处理技术思路是做好叠前噪音压制和反褶积工作，通过一体化结合速度建模来提高叠前时间偏移速度精度，提高地震资料成像品质，提高成像精度，尽可能获得高品质的成像结果，在合成地震记录标定的基础上，利用多属性相结合的方法并结合实际采掘资料，进行层位构造解释以及采空区识别。

3.1采空区地震反射特征

通过三维地震勘探剖面与实际采掘情况对比（图1），可以发现采空区在时间剖面上表现为煤层反射波、波组中断或下陷或消失，在地震剖面和属性剖面上，表现为异常能量反应。主要有以下几个特点：反射波不规则中断、消失或变弱；反射波同相轴向下弯曲；反射波中断后，地震波仍与标准反射波相似，边界上出现断层的假象；反射频率降低；异常波出现。

3.2采空区下伏煤层反射特征

本次勘探的目的是验证三维地震勘探在采空区下的1煤层地震成像能力及成像精度。通过全区对1煤层反射波追踪，在采空区下部可以得到有效煤层反射，但反射波会受到影响，出现不规则中断、消失、变弱或频率变低等现象；同时在采空区边缘下伏煤层也会有一定的边界效应影响，不排除出现假断层、假陷落柱的情况，采空区下伏煤层发育的断层，其断距、倾向、性质都有可能受采空区影响而呈现出一定假象。

本区实际揭露落差20m的F203正断层，在地震剖面上反映为逆断层的现象。沿T50线结合采掘工程资料发现，断层下盘即工区西部8～4煤均回采形成的塌陷区，而F203断层上盘即工区西部为多层煤采空区，因此根据塌陷程度不同可以判断，断层两盘地层地震波速度不一致，在时间剖面造成正断层上盘反射波高于下盘，形成逆断层的假象。

3.3揭露资料验证情况

该区12123工作面底抽巷联络巷底板发生出水，初始出水水量15m³/h，随后出水水量逐渐增大至3024m³/h。根据防治水工程及技术分析，该次突水的突水水源为奥陶系岩溶裂隙含水层水。出水通道为非典型的隐伏陷落柱+裂隙带复合体，上部为贯通型核心裂隙区和影响区，裂隙顶部发育至12123工作面底抽巷联络巷下方约25m。

在出水点位置抽取三维地震资料，从地震相干属性剖面中发现出水点附近存在属性异常区，呈垂向发育，从地震资料角度证实了巷道出水原因，即垂向复杂裂隙带导通了奥陶系含水层。

4 结论

1）三维地震勘探对采空区反映明显，时间剖面上表现为煤层反射波、波组中断或下陷或消失，在地震剖面和属性剖面上，表现为异常能量反应。

2）复杂采空区条件下进行三维地震勘探，采空区下伏未采煤层可以得到有效反射，但信噪比、分辨率偏低，反射同相轴特征会有一定程度的改变，在采空区边界假断层的现象，甚至断层表现为倾向、断距发生改变。其原因是由于复杂的采空区条件下地震波速度场不均造成的假象。

3）采空区下伏未采煤层虽然成像精度低，但是结合已采煤层实际揭露资料，科学区分采空区引起与构造引起的地震波反射异常差异，对地震资料去伪存真，仍然能够为下伏煤层开采提供相对可靠的地质依据。

4）不同地区不同采空区条件下对下伏煤层进行三维地震勘探，还需要从地震装备、观测系统、采集参数、资料处理手段等方面进一步探索和研究。

参考文献：

[1]刘银波. 采空区下三维地震勘探新技术研究及应用[J]. 煤炭与化工,2017,40（1）:136-140.

[2]方荣耀,于攀.地震属性分析在沙曲煤矿采空区的应用[J].煤炭技术,2018,37（7）:119-121.