三維地震勘探技術在山西趙莊礦查找陷落柱的應用

吳 波，韋青云

（安徽省煤田地質局物探測量隊，安徽宿州234000）

在山西礦區，由于陷落柱的發育，給煤礦的安全生產帶來嚴重困擾和巨大的麻煩。當石灰巖地層中發育有陷落柱時，經過長時間的地質變化，出現地層的塌陷，最終造成了石灰巖地層以及煤層的破壞。在陷落柱發育的礦區，特別在水文地質條件復雜的礦區，由于塌陷造成煤層破壞，不僅會造成煤炭資源浪費，打亂生產計劃，降低煤礦經濟效益，還可能因陷落柱發育帶來地質災害，給安全生產和人身安全帶來嚴重威脅，因此陷落柱的探查與防治意義非常重大。

山西趙莊礦陷落柱特別發育，嚴重影響了礦井的生產。為了減少陷落柱發育造成的不利影響，給陷落柱災害的預測與防治提供良好的地質依據，礦方委托安徽省煤田地質局物探測量隊利用三維地震勘探技術對該區陷落柱發育情況進行了探查。

1 陷落柱的地震特征

相對于正常地層，陷落柱一般在地震時間剖面上的特征比較明顯，主要表現為反射波的連續性、產狀、能量、頻率等方面存在很大的差異，會出現反射波同相軸的錯斷或消失、產狀的扭曲、同相軸的分叉合并、正負相位的反轉等現象，且常會形成繞射波、斷面波、延遲反射波等異常地震波；在水平切片上表現為圈閉的反射波能量消失；在等時切片上表現為平面形態為近圓形或橢圓形的不規則形狀。這些異?？勺鳛樽R別和確定陷落柱范圍及大小的依據。

2 陷落柱的正演模擬

為確定本區陷落柱在時間剖面上的特征，對本區陷落柱發育情況進行正演模擬，結合以往資料及本次勘探地震時間剖面等分析得到，當陷落柱延伸到3煤層時，即使直徑在25m的小型陷落柱在地震資料上也有反映；當陷落柱沒有影響到3煤層時，直徑小于60m的陷落柱反映都不明顯（圖1）。通過正演模擬說明了，當陷落柱延伸到3煤層時，通過地震資料能夠識別小型陷落柱，但是當陷落柱隱伏在3煤層下的時候，則通過地震資料很難識別小型陷落柱，這樣就會造成陷落柱識別的遺漏現象。

圖1 地質模型與正演模擬結果

通過正演模擬以及對以往資料的分析，本區陷落柱大致可以分為以下幾種：

（1）整體均勻陷落：由于整體均勻陷落，陷落柱內部煤層保存相對完整，陷落邊緣與斷層相似，內部能形成連續的反射波，且產狀與周邊反射波基本一致。

（2）整體不均勻陷落：表現為一側落差小，另一側落差較大，內部反射波同相軸與周圍反射波產狀有明顯差異。

（3）部分不均勻陷落：表現為陷落柱內部反射波不連續或僅部分連續，這是由于不均勻陷落造成煤層破碎所致。

3 陷落柱的解釋技術

在資料解釋過程中，根據地質任務和本區地質地震條件，在分析理解以往地質資料的基礎上，明確區內地質條件的變化規律，將整個礦區構造規律和采區地質構造特點結合起來，認真分析對比區內已采掘揭露的地質資料，按照從總體到局部、由粗到細、先簡單后復雜的解釋原則，首先建立起煤層的埋藏形態、構造發育等完整的概念模型，再利用已有的資料對主要煤層進行地震地質層位標定，創建主要剖面網格，最后根據實際情況，進行適當加密，確定最終解釋方案。

針對陷落柱的解釋，在常規解釋方法的基礎上，利用了構造導向濾波技術、多線剖面解釋技術、相干體屬性、能量相干梯度屬性、譜分解、曲率屬性等多項解釋技術（圖2），對陷落柱進行識別、圈定，解釋。

4 解釋成果

圖2 解釋技術

通過對本區資料的解釋，查找了短軸直徑大于等于25m的陷落柱44個。陷落柱在時間剖面上的顯示特征為：

（1）空間形態呈反漏斗狀；

（2）反射波錯斷或消失，產狀突變，特殊波出現；

（3）陷落柱內部煤層反射波出現塌落，并向下彎曲；

（4）陷落柱下部灰巖反射波有異常；

（5）平面上呈橢圓狀分布。

通過運用各種手段解釋分析，陷落柱的控制程度基本都較可靠。

現將部分解釋陷落柱的特征（圖3、圖4）描述如下：

（1）XL5位于測區南部，直徑39m，平面呈圓形，時間剖面上3號煤層反射波同向軸能量較弱并從上到下呈反漏斗狀，方差體等屬性切片上形成較強能量異常區，控制程度可靠。

（2）XL7位于測區南部，長軸72m，短軸70m，平面呈圓形，時間剖面上3號煤層反射波同向軸中斷消失呈向下塌落狀，方差體等屬性切片上形成較強能量異常區，控制程度可靠。

圖3 陷落柱在時間剖面上的顯示

圖4 部分陷落柱在方差體屬性切片上的顯示

（3）XL31位于測區東南部，長軸69m，短軸47m，平面呈橢圓形，時間剖面上3號煤層反射波同向軸能量較弱并向下彎曲呈反漏斗狀，方差體等屬性切片上形成較強能量異常區，控制程度可靠。

（4）XL33位于測區東南部，長軸98m，短軸52m，平面呈橢圓形，時間剖面上3號煤層反射波同向軸破碎呈反漏斗狀，方差體、頻率、相位等屬性切片上形成較強能量異常區，控制程度可靠。

5 結語

本次三維地震的解釋成果，解釋了本區陷落柱的發育情況，對發育的陷落柱進行了特征解釋與位置定位，礦方根據解釋成果，提前對解釋的陷落柱進行了鉆探驗證，并對陷落柱區域進行了注漿、防水、預留保護煤柱等措施，以減少陷落柱造成的影響。根據礦方后期巷道揭露反饋，部分解釋成果已得到驗證（表1）。本次三維地震勘探的解釋成果為煤礦陷落柱災害的預測與防治提供了良好的地質依據。

表1 部分已揭露陷落柱情況一覽表