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关于车寨矿井首采区三维地震勘探的研究

2020-05-13 579 上传者：管理员

摘要：为了保证车寨矿井首采区的安全建设及采掘，需对首采区内的构造进行控制。现采用三维地震勘探勘探技术对该矿井的首采区5.106km2范围内进行地面勘探工作。在确定激发条件等施工参数后进行勘探作业，发现勘探区地层总体为一走向近NE，倾向NW，倾角2～12o的单斜构造，在此基础上发育次一级小褶曲3条；断层26条，长轴直径大于25m的陷落柱24个。此次勘探结果一定程度上保证了首采区巷道掘进及工作面回采等安全作业。

关键词：
三维地震
地质勘探
构造控制
车寨矿井
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1、工程概况

西晋城兴唐煤业有限公司下属矿井车寨矿井地跨沁水县胡底乡和泽州县下村镇，位于沁水煤田的东南部。由以往地质资料可知，该井田主要含3层煤，其中3#煤层均厚为5.35m,9#煤层均厚为0.91m,15#煤层均厚为3.53m，井田内构造总体为一组宽缓的背向斜。根据煤矿生产建设和安全的需要,为了查明车寨矿井首采区内构造的控制情况，现对车寨矿井首采区进行地面勘探工作，本次三维地震勘探面积5.106km2。

2、三维地震勘探施工参数及精度的确定

2.1激发条件的确定[1]

高分辨率是三维地震勘探突出特点，并且不同的施工方法会对施工效率及勘探结果造成较大影响。因此为了得到更精确的结果，在借鉴邻区三维地震勘探的施工经验，并分析其试验资料及生产资料后，认为影响本区的主要因素是激发条件，所以主要针对不同井深、药量进行了充分的试验工作。最终确定激发条件为：黄土中的孔深为6～8m，全部打到基岩面，药量为1kg；基岩出露区井深为3m，药量为1kg；坡积物区井深为3m，药量为2kg，遇特殊情况无法成孔时挖2m深坑，药量为1kg。

2.2观测系统及参数

综合考虑车寨矿井首采区的地形地貌、目的层的赋存深度、构造等情况后，设计本次观测系统为8线8炮端点放炮56道接收的束状规则，炮检距分布均匀，检波器使用自然频率60Hz的高频检波器，3串组合同坑埋置。所用仪器为408UL三维数字地震仪，该仪器的工作道数为448道，采样间隔1ms，频带宽度为0～512Hz，前放增益为12db。

2.3精度要求及平差检验[2]

2.3.1GPS网布设特点与施测

测区周围有国家Ⅱ等三角点武神山，Ⅳ等三角点杨山和东岭，经检查标石保存完好，可以作为本区GPS网施测的平面和高程起算数据。起算点检查数据如表1:

表1GPS网施测的平面和高程起算数据

2.3.2精度要求及检验

本次使用南方测绘软件进行基线向量解算作业，在基线解算后需及时进行闭合差检验。

GPS网同步环闭合差检验；

首先根据规范计算GPS网标准差，公式为：

式中：a为误差要求，取10mm;b为比例误差，取20ppm;d为平均边长，取5.1km。

GPS网同步环闭合差要求：

GPS异步环闭合差检验的检验：

式中：n为闭合环边数，σ为相应级别规定的精度。

复测基线的长度较差ds两两比较需满足下式的规定:。

GPS网平差：

网平差采用中海达GPS软件进行，经过检验后的基线全部用于网平差。

首先进行无约束平差，平差后的精度为：

X方向最大中误差为：0.0014m（杨山）；Y方向最大中误差为：0.0023m（杨山）；H高程最大中误差为：0.0021m（杨山）；最弱边相对中误差为：1/207386(E004→E007）。

其次进行约束平差，平差后的精度为：

X方向最大中误差为：0.0019m（杨山）；Y方向最大中误差为：0.0028m（杨山）；H方向最大中误差为：0.0056m(E006）；最弱边相对中误差为：1/102547(E004→E007）。

从以上精度看，满足规范和设计对GPS控制点的精度要求。本区三维地震勘探测量工作共布置E级GPS点10个，共完成地震测线16束，总计测点26893个。

3、三维地震勘探结果分析

3.1原始资料处理

本次车寨矿井首采区三维地震勘探所得原始资料反射波信噪比较高，初至波清晰，总体品质优良。在借鉴参考其他地质勘探工程后[3,4]，选择三维一步有限差分偏移方法进行原始资料静校正处理。为了使反射波较好地归位，得到断点、断块清晰，剖面构造形态清楚的图像，需要选取合适的偏移速度。本次在80%到100%之间的偏移速度进行试验，通过观察断点，发现90%偏移速度效果较好，最终选定90%偏移速度。静校正前后单炮记录对比图如图1所示。

图1静校正前后单炮记录对比图

3.2构造控制解释

3.2.1断层

本次车寨矿井井田三维地震勘探共探测到26条正断层，其中有7条断层的落差大于等于5m，其余19条断层的落差均小于5m。控制可靠断层5条，控制较可靠断层2条，控制程度较低不予评价的断层19条。现叙述落差大于等于5m的断层中较典型的F1正断层及F23正断层。

位于勘探区南部边界处的F1正断层，落差0～18m，走向N60°E，倾向SE，倾角约75°。3#、15#煤层错断，底板上延伸长度450m，按20m×20m网度所抽取的时间剖面评价，该断层

由14个A级断点，6个B级断点，6个C级断点，共26个断点控制，为控制程度可靠的断层，如图2所示。

图2F1正断层在时间剖面上的反映

图3F23正断层在时间剖面上的反映

F23正断层位于勘探区东北部，走向N，倾向E，倾角约75°，3#煤层错断，落差0～6m,3#煤层底板上延伸长度200m，按20m×20m网度所抽取的时间剖面评价，该断层由3个A级断点，3个B级断点，2个C级断点，共8个断点控制，为控制程度较可靠的断层，如图3所示。

3.2.2陷落柱

本次车寨矿井井田三维地震勘探共探测到24个陷落柱，其长轴直径均大于25m，因此本区陷落柱比较发育。其中控制较差的陷落柱有8个，控制较可靠的陷落柱有12个，控制可靠的陷落柱有4个。现叙述其中较典型的X1,X1,X11陷落柱。

X1陷落柱位于勘探区南部边界处，区内形态为近长方形状，空间形态为反漏斗状，3#煤层底板图上长轴方向N，长轴长150m，短轴长70m,15#煤层长轴长170m，短轴长85m，在时间剖面上T3、T15反射波同相轴有下凹、且T15反射波能量变弱，陷落特征较为明显。按20m×20m网度所抽取的时间剖面评价，该陷落柱由6个A级断陷点，4个B级断陷点，8个C级断陷点，共18个断陷点控制，为控制较可靠陷落柱，如图4所示。

图4X1陷落柱在时间剖面上的反映

位于勘探区东南部的X8陷落柱，长轴方向N，为反漏斗状的空间形态，呈近圆形的平面形态，在煤层底板图上观察发现，3#煤层长轴长22m，短轴长20m,15#煤层长轴长30m，短轴长30m。在时间剖面上T3、T15反射波同相轴下凹；按20m×20m网度所抽取的时间剖面上有4个断陷点控制，其中B级断陷点2个，C级断陷点2个，为控制较差陷落柱，如图5所示。

图5X8陷落柱在时间剖面上的反映

位于勘探区中南部的X11陷落柱，长轴方向近N30°E，为反漏斗状的空间形态，呈椭圆形的平面形态。在煤层底板图上观察发现，3#煤层长轴长50m，短轴长30m,15#煤层长轴长60m，短轴长40m。在时间剖面上T3波同相轴中断，能量变弱；按20m×20m网度所抽取的时间剖面上有12个断陷点控制，其中A级断陷点4个，B级断陷点4个，C级断陷点4个，为控制较可靠陷落柱，如图6所示。

图6X11陷落柱在时间剖面上的反映

3.2.3褶曲

本区总体为走向北东倾向北西的单斜构造，在此基础上发育了次一级的小褶曲，全区共查明幅度大于10m的褶曲3个。S1背斜位于勘探区东南部，轴向总体为S80°W，向NW方向倾伏，区内延伸长度约1100m，两翼基本对称，倾角3～8°左右，区内最大起伏幅度约20m，该背斜控制可靠；S2向斜位于勘探区中部，轴向总体为N70°E，向SW方向倾伏，区内延伸长度约2200m，两翼基本对称，倾角2°～8°左右，，区内最大起伏幅度约25m，该向斜控制可靠；S3背斜位于勘探区中北部，轴向总体为N60°E，向SW方向倾伏，区内延伸长度约2200m，两翼基本对称，倾角5°～12°左右，区内最大起伏幅度约35m，该向斜控制可靠。

4、结论

本次对通过对车寨矿井首采区进行三维地震勘探，发现勘探区地层总体为一走向近NE，倾向NW，倾角2～12o的单斜构造，在此基础上发育次一级小褶曲3条；26条正断层，其中有7条断层的落差大于等于5m，其余19条断层的落差均小于5m;24个陷落柱，其长轴直径均大于25m，控制较差的陷落柱有8个，控制较可靠的陷落柱有12个，控制可靠的陷落柱有4个。此次三维地震勘探结果作为车寨煤矿生产建设和安全生产依据，一定程度上保证了矿方巷道掘进及工作面回采等安全作业。

参考文献：

[1]卢湘鹏.三维地震技术在SD海底金矿区上覆层勘探中的应用[A].中国石油学会石油物探专业委员会、中国地球物理学会勘探地球物理委员会.中国石油学会2019年物探技术研讨会论文集[C].中国石油学会石油物探专业委员会、中国地球物理学会勘探地球物理委员会:石油地球物理勘探编辑部,2019:4.

[2]武喜尊.高精度煤炭三维地震勘探技术[J].物探与化探,2008(01):23-27.

[3]张建文.三维地震勘探在古交地区的应用[J].中国煤炭地质,2008(06):21-23.

[4]陈海洋,李元杰.三维地震勘探技术在赛尔六矿采区的应用[J].西部探矿工程,2019,31(06):129-130.

侯亚平.车寨矿井首采区三维地震勘探浅析[J].煤矿现代化,2020(03):80-82+85.