郭 軍
(山西晉能集團晉城有限公司安監局,山西晉城 048000)
山西煤炭運銷集團某礦由7 家關閉的小煤礦整合而成,區內地質構造比較簡單,呈單斜構造,井田內有3 條大斷層,整合前由于小煤礦私挖濫采,內部采空積水較多,且開采范圍不明確,制約了該礦開采的規劃,也加大了煤礦安全管理的難度。為此該礦與一家物探部門合作,查明該礦地質情況。本次勘探的2 個區塊面積3.34km2,滿16 次覆蓋面積3.85km2,工程于2010 年施工完成。
(1)查明有效控制面積內落差≥5m 的斷層的性質、產狀、及延伸長度,其平面擺動誤差≤30m,對5m>落差≥3m 的斷點及勘探中遇到的疑點、不確定點作出解釋。
(2)查明直徑≥25m 的陷落柱,盡可能查明20m 左右的陷落柱。
(3)查明3#煤層的底板起伏形態,查明15#煤層的底板起伏形態,深度誤差≤2.0%。
(4)查明波幅大于或等于10m 的褶曲。
(5)查明古窯、小窯采空區范圍及煤層沖刷變薄區。
本區地表可劃分為3 種類型。
黃土覆蓋區:巖性以含砂粘土及砂質粘土為主,含鈣質結核,厚度變化在0~10m,干黃土結構,這給炮井成孔和激發帶來很大的困難。
坡積物區:分布于局部山梁緩坡上范圍小,厚度0~3m,坡積物成份復雜,既有黃土、砂土填充,又有風化巖石碎塊,成孔困難,激發條件極差,范圍不大。
基巖出露區:出露巖性為中、細粒砂巖、砂質泥巖及泥巖,巖石風化嚴重,大部分地段易于成孔且激發條件較好,個別地段不易成孔。復雜的地形條件和淺層地質結構,對地震波的激發和接收均十分不利。
15#煤層厚且全區穩定,與其頂、底板圍巖存在明顯的波阻抗差異,能夠形成能量強、波形突出、穩定且全區可連續追蹤對比的反射波(T15 波),是本次地震勘探的主要目的波,也是地質解釋的主要依據。3#煤層屬相對穩定可采煤層,平均厚度1.20m,因此,以3#煤層為主所形成的反射波(T3 波)能量也較強。
本次三維地震觀測系統綜合考慮了勘探區的地質任務、地形地貌、目的層的賦存深度、構造等情況,結合本勘探區15 號煤層埋深特點(本區目的層15#煤層埋深變化范圍北塊15#煤層埋藏深度380~550m,南塊15#煤層埋藏深度260~440m),北塊區采用端點放炮56 道接收8 線8 炮規則束狀觀測系統,南塊區采用端點放炮40 道接收8 線8 炮規則束狀觀測系統,使用自然頻率60Hz 的檢波器,3 串組合同坑埋置方式。本次設計的觀測系統具有炮檢距分布均勻、方位角分布較寬等特點,有利于速度分析、多次波衰減和靜校正求解,鑲邊范圍;南塊南北邊界平均40m,西邊界平均60m,東邊界平均30m,北塊南北邊界平均40m,西邊界平均60m,東邊界平均10m。
本次地震勘探資料數據處理是在涿洲市深達計算機服務部Sun Blade2000 工作站上進行的,采用法國CGG 公司—GEOVECTEURPLUS V6.1 軟件包和美國Green Mountain V5.1版本的綠山初至折射靜校正軟件。
通過對試處理資料的反復對比分析,確定了本次資料處理的參數和流程(見圖1)。
圖1 資料處理流程圖
圖2 三維數據立體圖
圖3 縱、橫時間剖面及等時切片
本次資料處理獲得了5m×5m×1ms 為單元的三維數據體(見圖2)。煤層反射波波組特征明顯,信噪比高,連續性好,剖面斷點清楚,達到了處理要求。在此基礎上取得以下成果:
(1)三維數據體5m×5m 網度的縱、橫時間剖面(見圖3)。
(2)三維數據體等時切片。
(3)方差數據體切片。
本次三維地震勘探的主要成果為:查明了區內3#煤層、15#煤層的埋深及起伏形態,共查出斷層4 條,其中查明落差大于5m 的斷層2 條,解釋了落差小于5m 的斷層2 條;查明長軸直徑大于25m、短軸直徑大于20m 的陷落柱3 個;解釋3#煤層采空區2 處,異常區各1 處。
本次三維地震勘探共查出斷層4 條,均為正斷層,查明落差大于等于5m 的斷層2 條(F、F2),落差小于5m 的斷層2 條(F1、F3);控制可靠斷層2 條(F、F2),控制較差及落差小于5m不與評價的斷層2 條。F 正斷層位于(南塊)東部邊界處,走向N70°E,傾向NW,傾角約75°,落差0~12m,3#、15#,煤層同時錯斷,3#、15#煤層底板上區內延伸長度區內450m,按20m×20m網度所抽取的時間剖面評價該斷層有20 個斷點控制,其中A級斷點10 個,B 級斷點6 個,C 級斷點4 個,按斷層評級標準,該斷層控制程度可靠(見圖4)。
圖4 F 正斷層在時間剖面上的反映
3#煤層采空區(南塊):
Ⅰ采空區:位于勘探區的南部,在時間剖面上T3 波表現為能量變弱、振幅降低、反射波同相軸呈蚯蚓狀間斷連續等特征,面積約0.03km2。
Ⅱ采空區:位于勘探區的東南部,在時間剖面上T3 波表現為能量變弱、振幅降低、反射波同相軸不連續下凹、時間發生延遲、呈蚯蚓狀間斷連續等多種特征,面積約0.15km2。2 塊共計面積約0.18km2。
結論:2013 年該礦開采均揭露F1、F2斷層,落差F1=3.6m,F2=8m,斷層導水性較弱,與本次物探報告對比,判斷性較高,位置準確,產狀基本查明。因此該技術在公司得到了普遍應用。