煤层采空区地震勘探采集方法探讨

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摘 要：川南某区三叠系须家河组煤系地层发育，分布有大量的煤矿，煤炭开采业十分发达，且煤矿开采年限久远，形成大面积的煤层“采空区”，而在煤层“采空区”范围上方激发、接收的地震采集资料品质较差。文章从如何确定煤层“采空区”范围，到如何确定在煤层“采空区”上方或者两边加密接收点的方法对采集资料进行改善，以期望获得高品质的地震采集资料，结合在该区煤层“采空区”进行的二维地震勘探实例，对煤层“采空区”地震勘探采集方法进行探讨，期望能起到抛砖引玉的作用。

关键词：地震勘探 煤层“采空区” 采集方法 激发 接收

一、引言

永川新店子背斜构造位于华蓥山褶皱带向南呈帚状撒开的川南低陡褶皱带，中部为条带状山地，三叠系须家河组五段煤系地层发育，为本区主要采煤层。区内煤矿开采业发达，大大小小煤矿共计50多个，主要分布在新店子背斜构造周围，大多数煤矿均有20-30年以上的开采历史，到此次地震勘探野外采集施工时为止新店子背斜构造北西翼地下巷道基本上都已连通。煤矿开采地下巷道情况复杂，众多煤矿存在越界非法开采现象，且越界开采部分的地下巷道不能调查清楚，造成地下煤层“采空区”较多，对地震波的传播造成严重的影响，并且施工时存在较大的安全风险。

二、采集难点

从各处收集得来的以往地震勘探采集资料分析：该地区煤层“采空区”范围以外激发和接收的取得的资料品质相对较好，目的层同相轴连续，信噪比较高，而在煤矿采空区范围内激发和接收所取得的资料，由于煤层“采空区”的空洞减弱了地震波的传播能量，且受煤层“采空区”空洞的影响，改变了各种地震波的传播方向，以至于地面不能接收到有效的地震反射波，所以导致接收到的资料品质相对较差，信噪比较低。

对原地震勘探采集资料单炮记录做固定增益显示分析：煤层“采空区”范围外激发、接收所取得的资料品质较煤层“采空区”范围内激发、接收所获得的资料品质更优，能够显示更多的地震反射信息。

总体来说：穿越煤层“采空区”接收的资料的信噪比低，目的层同相轴的连续性差，基本上没有有效的反射信号，不能够完成设计要求的地质任务。

三、采集技术及对策

针对煤层“采空区”采集资料品质较差的的勘探难点，坚持“模拟-实践-模拟-实践”的循环模式进行技术综合攻关，通过多条地震测线资料采集的实际情况，探索形成了一套煤层“采空区”适用的地震勘探采集技术和对策，其关键的技术和对策是：

（一）施工前对区域内涉及的所有煤矿进行“拉网式”调查，从煤矿管理局入手收集所有涉及到的新、老煤矿的登记区域、开采时间、巷道范围、巷道深度、巷道走向、废弃巷道是否已经注水等详细资料；

（二）众多煤矿由于存在越界非法开采现象，且不对外公布越界开采的巷道范围、巷道深度、巷道走向等，必须结合以往地震勘探采集资料和现在采集资料对后续地震测线的煤层采空区进行预测，制定出针对性解决措施；

（三）必须对煤层“采空区”范围的激发、接收原理与机制进行仔细研究与分析，采取计算机理论建模的方式来获取理论采集资料，拟定多种针对性方法，并对各种方法获得的理论记录进行对比研究与分析，最终来确定煤层“采空区”范围的接收方式；

（四）因煤矿人员与财产的安全因素考虑，现在正在开采的煤矿区上方严格禁止地震放炮施工，因此造成大距离空炮范围，所以必须在煤矿开采区两边进行“加炮”处理，来弥补因大距离空炮造成的资料严重缺失，加密炮数根据煤层采空区范围大小进行确定；

（五）检波器接收方式改进的方法一种是在煤层“采空区”范围上加密检波点，点距为煤层“采空区”外正常接收点距的一半（20m），以增加目的层的横向分辨率，并用mesa、omni等地震勘探工程软件进行模拟计算；

（六）另外一种方法在煤层“采空区”范围两边各600米内加密检波点，点距也为煤层“采空区”外正常接收点距的一半（20m），同样使用mesa、omni等地震勘探工程软件进行模拟计算；

（七）将加密检波点前的常规观测系统取得的地震叠加剖面与两种加密检波点方法后的局部加密观测系统所取得的地震叠加剖面进行对比研究与分析，确定出在煤层“采空区”选用何种加密检波点的接收方式。

四、应用效果

（一）在原始单炮记录上标出因煤层“采空区”而形成的目的层反射缺失位置，并将之对应到现场监控处理剖面上，从而确定煤层“采空区”的具体空间位置，并标在地质图上，为临近测线加密接收点提供参考资料和计算机模拟参数。

（二）将加密检波点前的常规观测系统所取得的地震叠加剖面与两种方法加密检波点后的局部加密观测系统所取得的地震叠加剖面进行对比研究与分析，可以看出，采用第2钟方法，即在煤层“采空区”两边进行加密检波点后的叠加剖面比加密检波点前的常规观测系统所取得的叠加剖面稍好，有一定的改善；

（三）第1种方法，即在煤层“采空区”范围上进行加密检波点所取得的地震叠加剖面与加密检波点前的常规观测系统所取得的地震叠加剖面基本没有改善，在此不列出。

（四）尽管采取在煤层“采空区”范围两边加密检波点的方法使该区现场监控剖面质量有了一定的改善，但由于地震波在煤层“采空区”内传播受到严重地影响，穿越煤层“采空区”范围资料品质仍然较差，不易于进行对比追踪；已经废弃的老煤矿由于巷道注水，所获资料比正在开采的煤矿区域稍好。

（五）除煤层“采空区”范围外其他区域现场监控处理剖面主要目的层反射波组齐全，反射同相轴连续性较好、信噪比较高，波组特征清楚，波场完整，能够完成技术设计地质任务。

五、结论

（一）除煤层“采空区”范围外其他区域现场监控处理剖面主要目的层反射波组齐全，反射同相轴连续性较好、信噪比较高，波组特征清楚，波场完整，能够完成地质任务；

（二）在煤层“采空区”范围两边进行加密检波点后的叠加剖面比未加密检波点的常规观测系统的叠加剖面稍好，有一定的改善；

（三）在煤层“采空区”范围上进行加密检波点所取得的地震叠加剖面与加密检波点前的常规观测系统所取得的地震叠加剖面基本没有改善；

（四）尽管采取在煤层“采空区”两边加密检波点的方法使该区现场监控剖面有了一定的改善，但由于地震波在煤层“采空区”内传播受到严重地影响，穿越煤矿采空区资料品质仍然较差，不易于进行对比追踪；

（五）已经废弃的老煤矿由于巷道注水，所获的单炮资料和现场叠加处理剖面均比正在开采的煤矿区域所取得的单炮资料和处理剖面稍好；

（六）煤层“采空区”的地震勘探采集方法仍然需要更进一步的研究与探索，需要广大的地震勘探同仁一起深思。

参考文献

[1]李庆忠・走向精确勘探的道路，石油工业出版社，1993

[2]刘雯林・油气田开发地震技术，石油工业出版社，1996

[3]梁军辉等.重庆市荣昌-永川地区二维地震详查勘探项目采集总结报告，2011年

作者简介：蒋德军（1982-），工程师；主要从事地震采集技术研究工作。