浅层二维地震在神府矿区探测采空区应用研究

摘要：阐述了浅层二维地震的原理及特点，通过对神府矿区地震地质条件、浅层二维地震勘探测线布置原则、观测系统设计、资料处理、资料解释、成果等分析研究，在神府矿区地震地质条件较为复杂的条件下，浅层二维地震探测采空区是一种可行、有效、准确的方法。

关键词：神府矿区;浅层二维地震;探测;采空区

引言：

神府矿区是国家规划的13个大型煤炭基地之一，随着技改工作的推进和一批新建大型矿井的建设，采空区所诱发的塌陷、矿震、有毒有害气体涌出、水害、火灾等问题成为困扰煤炭企业安全和可持续发展的重要问题。探测采空区最有效的办法是地震勘探，但神府矿区青苗赔偿难度大、火工品不易办理，严重影响到地震勘探的周期，设置某些地区无法开展地震勘探。如何优化地震勘探方式，使其可以正常开展且能够达到探测精度要求。本文通过有针对性的优化选择二维地震测线布置方式、激发方式和观测系统、优化资料处理流程和解释方法，成功解决了上述问题，部分资料得到甲方验证，效果较好。

一、浅层二维地震原理及特点

（一）方法原理

浅层地震勘探是通过人工激发的弹性波在地壳内传播，以此来探查地质构造。由震源激发的弹性波，从激发点开始，逐渐向外传播扩散，当地震波的传播遇到弹性介质不同的界面，界面对地震波有反射作用。采用高精度检波器将由界面反射的弹性波产生的振动信号转换成电信号，通过数据传输的方法，由地震勘探测试仪经过滤波、放大作用后，把信号记录下来。对数据分析解释以此推算不同地层分界面的埋藏深度以及产状、构造等。常用于探测埋藏较浅煤层、采空区、火烧区、覆盖层或风化壳的厚度，确定断层破碎带。

（二）方法特点

由于浅层地震探测深度不大、要求分辨率高，因此除要求震源有适当的能量、安全可靠和便于使用外，往往还要求采用能产生较高频率成分的震源。常用的震源有：锤击震源、雷管和炸药震源、地震枪震源、电火花震源，此外还有一种振动频率范围和震动持续时间可以调节的可控震源，以及用于产生横波和面波的各种专用震源等。检波器是把地震波到达引起的地面微弱振动转换成电信号的换能装置，也称拾震器。目前常用的检波器主要由线圈、弹簧片和永久磁钢架以及外壳组成。当地震波传播到地面时，检波器随之发生震动，由于惯性作用，其线圈和磁钢将发生相对运动而产生和对应震动周期的电流信号，由地震勘探仪器将感应电流信号放大、显示，最后记录，以此来测得地震波。此外还有利用晶体压电效应特性制成的晶体检波器。①

在浅层反射波法现场数据采集中，为了压制干扰波和突出有效波，也可根据不同情况选择不同的观测系统，宽角范围观测和多次覆盖观测是使用最多的。宽角范围观测是将接受点布置在临界点附近的范围进行观测，此范围内反射波的能量比较强，并且可以避开干扰波的影响，对“弱”反射界面更有优越性。多次覆盖观测系统就是把不同激发点、不同接收点上接收到的来自同一反射点的地震记录进行叠加，这样就可以提高信噪比和地震剖面的质量，也是目前地震反射波法中使用最广泛的。浅层二维地震针对探测采空区及异常区的边界及深度较为精确。②

二、地震地质条件

神府矿区位于陕西省神木市、府谷县、内蒙古自治区鄂尔多斯市，系侏罗系煤田

（一）表浅层地震地质条件

神府矿区陕北黄土高原之北侧和毛乌素沙漠东南缘。区内大部属风沙堆积地貌，沙丘、沙垄和沙坪交错分布，植被稀少。局部地段沟壑纵横，切割强烈，沟谷两侧基岩裸露，属河流侵蚀地貌。不利于地震波的激发和接收，表浅层地震地质条件较差。

（二）深层地震地质条件

开采煤层多位于煤系上、下部位，煤系中部多为薄～中厚煤层，煤层结构简单，主要可采煤层属稳定和较稳定类型。主采煤层与其顶、底板存在着明显的波阻抗差异，无采空区赋存的地段可形成波形较稳定的对应反射波，是解释采空区的主要依据。其余煤层形成的对应反射波可作为解释采空区的辅助相位。深层地震地质条件较好。

總体来看，神府矿区属于地震地质条件较为复杂的地区。

三、测线布置原则

浅层二维地震勘探观测系统选择主要是从空间采样间隔、最浅目的层少受直达波的干扰、动校拉伸畸变不能过大及能够保证速度分析的精度，以适当的覆盖次数使有效波突出、能够连续追踪等方面综合分析确定。由于神府矿区地层倾角较小，对于浅层二维地震布线方向基本没有影响，本着有利于数据采集和解释的原则，测线方向基本垂直地层或构造走向。在地震测线布设方面重点要考虑尽量通过已知钻孔和测线间距。在观测系统选择方面重点要考虑主要目的层深度、接收道距、最大最小炮检距和叠加次数等。

依据以上原则，浅层二维地震布置如下：浅层二维地震线距不大于100m、道距4m、接收道数80道、排列长度： 320m、激发点距8m、激发方式：中间激发、叠加次数20次、最小炮检距4m、最大炮检距160m、检波器组合方式为检波器3个串联，挖坑埋置。经过试验，选定人工落重激发，落重次数20次。

四、资料处理

（一）技术要求

1作好基础工作，如几何属性建立，道编辑等。在资料数据处理中，选取适合本区资料特点的处理模块和参数，坚持高分辨率资料处理，提高主频，拓宽频带。主要处理模块和参数均通过大量的对比试验确定。突出有效波，提高资料的信噪比和分辨率。③

2在地震资料处理过程中，注重频率和振幅的保真。

3尽可能拓宽地震信号的有效带宽，选取适当的反褶积类型及参数，最大限度提高资料的分辨率。

4进行精细静校正，增强叠加效果，提高资料的分辨率。

5认真做好速度分析，尽可能加密速度点，严密控制速度的横向变化情况。

（二）主要技术措施

资料处理应以高分辨率、高信噪比、高精度为目标，对各种参数，要进行充分试验，从而确保最佳的处理流程及参数，获得较好的地震剖面。

1数据处理中努力保持和拓宽地震信号的有效带宽。

2保持地震信号的相对振幅和反映地层界面特性的动力学特征，以利于对采空区解释。

3加强速度研究，利于地震资料的正确成像，并提高成像质量。

（三）采取的手段

为实现上述目标，数据处理中采取以下手段：

1在不损害有效信号的前提下，全力压制各种噪声，提高信噪比。

2在处理的全过程中，始终注意统一波形（做多道反褶积），对齐时间（做好速度分析和动、静校正等），以保持采集的原始分辨率不因处理而降低。

3多次速度分析，提高DMO叠加成像质量。多通域地震道编辑，提高分辨率和信噪比。

4做好相位校正，使子波零相位化。

5加强对DMO速度的研究，利用射线追踪法分析速度场，利用钻孔与时间场的关系求取全区的等效偏移速度。

结语：

本文以再神府矿区浅层二维地震进行采空区探测为例，通过优化数据采集方式、资料处理和资料解释等手段，获得了可靠的地质成果，为其他地区浅部煤层采空区浅层地震探测提供了参考性资料。

浅层二维地震抗干扰能力强，适用范围广，由于对采空区与正常煤层边界反应敏感，在时间剖面区别明显，增强了采空区解释的可靠性，减少了采空区空间位置的不确定性，是一种可行、有效、准确的采空区探测方法。

参考文献：

[1]张春燕  三维地震勘探技术在采空区探测中的应用[J]，煤炭科技，2011（3）

[2]刘岩 采空区上的地震勘探方法[J]，科技资讯导报2007，（1）

[3]杨双安，宁书年  老窑采空区的地震探测与研究[J]，中国煤田地质，2004（2）

[4]王永刚  地震资料综合解释方法[M]，北京，中国石油大学出版社，2007

[5]王振东  浅层地震勘探应用技术[M]，北京，地质出版社，1988

作者简介：

孙德泉（1965-），籍贯山东省淄博市，中国煤炭地质总局水文物测队生产技术部部长。