探测透水溃沙中高密度地震勘探的应用范文

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摘要：

以李粮店矿井工业广场新近系流沙层探测与研究为例，总结了全数字高密度三维地震勘探技术在查明新近系松散沙层和隔水层的的空间水力联系、确定井筒透水溃沙形成的充水空洞，判断新近系沙层结构变化及透水溃沙影响范围方面的应用效果，取得了突破性技术成果。

关键词：

全数字高密度；透水；溃沙

0引言

李粮店煤矿为基建矿井，开采受顶板新近系含水层、底板超高承压奥灰及太灰含水层威胁严重。勘探资料表明，矿区范围内，新近系孔隙含水层是矿区二1煤顶板的主要充水含水层，厚度约480m，以细砂层为主，沙质黏土、中～粗砂、砾石层为辅，具有较好的储水条件，含水丰富，富水性较强。2013年在副井井筒272m深处壁后注浆时，注浆孔突水透沙，水量超过40m3/h，水内携带大量的砂砾，后水沙涌出量增至约350m3/h，造成地面大面积沉降，其中井筒中心位置最大下沉2.7m，使用全数字高密度三维地震勘探技术体系，探查确定井筒透水溃沙后附近形成的充水空洞，通过物性参数的变化判断新近系沙层结构变化及透水溃沙影响范围。

1全数字高密度三维地震勘探观测系统选择

高密度三维地震采集技术与常规三维地震技术相比，具有高覆盖次数、小空间采样间隔、宽方位角、均匀炮检距等特点，在资料采集和处理过程中容易接收并保护宽频数据，实现高信噪比、高分辨率、高保真度。煤田三维地震勘探主要为了解决新近系基岩分界面、下部煤层的赋存发育情况以及煤层中地质构造发育情况，而本次的勘探目的主要为了查明450m以浅新近系的流沙层和黏土等分布情况，勘探目的有很大不同，作为一次试验性探索，采用小面元（5m×5m）、全方位的16线16炮、64次覆盖（8×8）的全方位观测系统。所设计的观测系统方位是宽方位观测系统。从炮检距与方位角分布上讲，此观测系统炮检距分布都较均匀有利于精确的速度分析，且方位角较宽有利于高精度勘探，如图1、图2所示。仪器采用Sercel428XL数字地震仪；检波器使用Sercel公司的DSU-1数字检波器，0.5ms采样，记录长度2.0s；前放增益12dB；全频带接收。依据井田现有勘探地质钻孔资料，新近系地层主要以黏土、沙质黏土、细沙层、砾石为主，层状结构明显。通过全数字高密度三维地震采集可获得的资料主频高、频带宽，部分地区原始单炮频宽200Hz以上，在160Hz以上任然可以看到目的层的反射波。从全区来看，新生界底界面反射波能量强，连续性较好；新生界底面与下伏基岩成不整合接触，地质现象丰富，地震反射特征明显，是全区地震层位解释的标志层之一。

2资料解释

由于突水溃沙的影响，造成副井周围地层受到扰动，溃沙前，副井周围第四系、新近系地层基本水平发育，地震反射同相轴无明显扭曲、错断、杂乱现象，溃沙后副井周围地震反射同相轴出现了下拉、扭曲、反射不收敛，不连续，反射杂乱等现象。综合对比本次高密度三维地震勘探和2009年本区域常规三维地震勘探成果，根据地震时间剖面同相轴特征的变化，采用副井溃沙前后地震资料对比解释方法进行解释。通过对比溃沙前后副井区域相同位置的地震时间剖面发现，在副井周围，溃沙前与溃沙后地震反射特征不一致，同相轴不连续，根据地震同相轴特征，将溃沙后副井周围地层划分为3个类别，第1类为受溃沙影响，地层扰动剧烈的地层；第2类为受溃沙影响，地层出现了一定扰动，但其层状结构未受影响；第3类为与原地震剖面相比，地震反射特征未发生变化的地层。在第1类地带可认为没有发生任何溃沙现象，地下水即使有可能对溃沙带给予部分补给，但也是极其微弱，不存在地质灾害潜伏因数；第2类地层带在地下局部存在溃沙现象，但地下水隔水层没有出现变化，富水的砂层水平方向向副井附近补给，极易在隔水层下方创造出富水孔洞。第3类地层带存在大量的富水空间，隔水层已经被破坏，砂和土的原生结构已经发生变化。

3溃沙影响范围确定

通过不同方位的剖面，根据新老数据对比解释，如图3、图4所示，可清楚地判断本次副井突水溃沙扰动地层的范围及程度。

（1）由于副井周边半径65m内已经出现塌陷，充水孔洞发育，地层受扰动比较剧烈，地层破坏程度大。

（2）在副井井筒中心180m以外范围，地震勘探见反射界面连续，同相轴光滑，振幅特征明显，新的地震剖面与2009年采集的地震数据所形成的剖面没有明显的特征性差异，表明地层没有收到干扰。

（3）综合解释本次透水溃沙事件的影响范围180m范围内，在该区内180m以下地层，特别245m以下地层可能出现小型溃沙，局部有充水空间，但不严重，推测没有形成规模，一般不会造成地面较大沉陷等地质灾害。

4结语

（1）全数字高密度三维地震勘探的特点是高精度、高分辨率，在本区获得了高质量的地震时间剖面，获得了新近系各沙组层高质量的反射波。

（2）利用三维全数字高密度三维地震技术解决因透水溃沙影响的地层扰动范围是一次很好的实践，不仅节约了时间，对后续地层注浆加固钻孔位置提供了依据。（3）在进行地层注浆加固时，经地面布置的钻孔验证，地层扰动范围基本一致。

参考文献：

［1］刘俊杰,王彦春.煤田数字高密度地震勘探的应用效果探析［J］.中国煤炭,2013,39(1)：37-39,47.

［2］杨臣明.全数字高密度煤矿采区三维地震技术研究与实践［J］.中国煤炭地质,2014,26(3):46-52.

［3］苗鑫淼.李粮店井田巨厚松散层水文地质结构与涌水沉降研究［D］.徐州:中国矿业大学,2015.

作者:陶文朋 单位:郑州煤炭工业（集团）有限公司