浅谈三维地震勘探在煤田开发中的应用

浅谈三维地震勘探在煤田开发中的应用

闫晓伟

山西兴县华润联盛关家崖煤业有限公司 山西吕梁 033000

摘要：煤田开发是我国经济发展的重要支柱之一，然而，在传统的地质勘探方法下，煤层资源的勘探和开发仍面临着许多挑战。为了解决这些问题，并提高煤田勘探效率和开采安全性，三维地震勘探技术应运而生。三维地震勘探是指利用地震波在地下岩石中的传播，通过接收并记录地震波的反射、折射和散射信息，建立起地下岩石的三维模型，以探测地下煤层的分布、构造特征以及相关物性参数等信息。

关键词：三维地震勘探；煤田开发；应用

引言

近年来，随着煤田开发的迅速增长和国内能源需求的不断增加，对煤田勘探的需求也越来越高。然而，传统的地震勘探技术往往无法满足对煤田结构和矿层分布等信息的准确获取，给煤田开发带来了许多困难。

1.三维地震勘探的概念和原理

三维地震勘探是一种利用地震波在地下岩石中的传播特性，通过接收并记录地震波的反射、折射和散射信息，建立起地下岩石的三维模型的地球物理勘探技术。它通过发射人工地震波源产生震源信号，然后利用地面或井孔上的检波器接收到达地面的地震波，并记录下其到达时间和强度等信息。该技术依据地震波的传播速度不同，在岩石体内不同位置产生不同的回波，从而获得地下构造和岩石参数的信息。三维地震勘探技术主要基于以下原理：地震波在地下岩石中的传播会受到物理性质和构造的影响，如介质速度、密度和弹性模量等；地震波在介质界面上的反射和折射现象能够提供关于地下岩石边界和构造的信息；地震波在介质中的衰减和散射现象对于研究岩石的孔隙结构和物理性质也具有重要意义。通过分析和解释地震波的反射、折射和散射信息，结合地球物理学原理和数学方法，可以构建出地下岩石的三维模型，为煤田开发等领域的研究和工程设计提供重要的科学依据和数据支持。三维地震勘探技术在地质勘探领域的应用已经取得了显著成果，并为煤田开发等领域的可持续发展提供了新的方法和手段。[1]

2.三维地震勘探技术的问题与挑战

尽管三维地震勘探技术在地质勘探中具有很大的应用潜力，但仍然存在一些问题和挑战需要克服。数据采集与处理是一个关键挑战，由于地震勘探需要大量的数据，数据采集的成本和时间消耗较高。同时，大规模的数据需要进行高效的处理和解释，对计算和存储能力提出了更高的要求。数据解释和模型构建也是一个具有挑战性的问题，地震波在地下岩石中的传播受到多种复杂因素的影响，包括岩石性质的变化、构造复杂性等，导致解释和模型构建过程中存在不确定性。需要开发更精确的算法和方法来提高解释和模型构建的准确性和可靠性。三维地震勘探技术在实际应用中还面临着技术限制，例如，对于复杂地质条件和深部目标的探测，地震波在传播过程中的衰减和散射现象会导致信号质量的下降。因此，需要进一步研究和改进信号处理和增强方法，以提高勘探效果和分辨率。三维地震勘探技术在煤田开发等领域的应用面临着数据采集与处理、数据解释和模型构建、技术限制等方面的问题和挑战。[2]

3.三维地震勘探在煤田勘探中的作用

3.1矿层和结构模型的建立

矿层和结构模型的建立是三维地震勘探在煤田开发中的重要应用之一。通过采集和解释地震波反射和折射信息，可以推断出地下煤层的分布、厚度、倾角等参数，并与地下岩层结构相互关联。建立矿层和结构模型多依赖于地震剖面数据的处理和解释，包括反射层位的识别、时深转换、速度模型的建立等。同时，还可以借助其他地球物理数据（如电阻率、重力、磁力）进行综合解释，提高模型准确性。基于矿层和结构模型，可以优化煤层开采方案、预测潜在瓦斯赋存区域、评估岩层稳定性等，对提高煤田开发效率、降低风险具有重要意义。然而，在建立模型过程中，需克服地震数据解释不确定性、地质条件复杂性等问题，进一步改进处理方法和技术手段，提高模型建立的精度和可靠性。[3]

3.2煤层裂缝和岩层稳定性的评估

煤层裂缝和岩层稳定性的评估是三维地震勘探在煤田开发中的重要应用之一，通过分析地震波的反射和折射特征，可以获取煤层裂缝分布、裂缝类型、尺寸和走向等信息，并判断其对岩层稳定性的影响。利用煤层裂缝和岩层稳定性模型，可以评估煤矿工作面的安全情况、确定支护技术、预防灾害发生等。煤层裂缝和岩层稳定性评估需要结合地质地球物理数据，包括地震剖面、煤岩体力学参数、应力状态等，进行综合分析和解释。同时，采用数值模拟方法，模拟不同支护方案下岩层稳定性的变化，为实际煤矿工程提供可靠的参考。然而，煤层裂缝和岩层稳定性评估面临着诸多挑战，如复杂地质条件、不完全的地震数据、岩层特性的时空变化等。

3.3瓦斯抽采和安全开采的优化设计

瓦斯是煤矿开采过程中的一种有毒有害气体，对于安全开采具有重要影响。三维地震勘探技术可以在煤田开发中进行瓦斯抽采和安全开采的优化设计。通过分析地震数据和地下岩石结构，可以确定瓦斯赋存区域的位置、性质和规模。依据瓦斯抽采规则和地质条件，可以建立瓦斯抽采模型，优化瓦斯抽采井的布置以最大限度地提高瓦斯的抽采效果。此外，三维地震勘探还能评估煤层顶板的稳定性，帮助设计合理的支护方案，预防煤矿顶板事故的发生。然而，瓦斯抽采和安全开采的优化设计面临着瓦斯抽采效果的不确定性、地物参数的精确度等问题。为了进一步优化设计，需要不断改进瓦斯抽采和顶板稳定性评估方法，并与其他地质工程参数相结合，提高瓦斯抽采效率和安全开采水平，确保煤矿工人的生命安全和生产稳定。

[4]

3.4煤与煤层顶板接触面的识别和处理

煤与煤层顶板的接触面识别和处理是煤田开发中的关键问题之一，通过三维地震勘探技术，可以获取煤层和煤层顶板的地下结构信息，帮助识别煤与煤层顶板的接触面位置和形态。这对于制定合理的开采方案、进行支护设计和评估，具有重要意义。在识别煤与煤层顶板接触面时，需要分析地震波的反射和折射特征，辨别不同介质边界产生的能量变化。同时，还可以结合其他地质参数、孔隙结构、地下应力等影响因素，进行综合判断。针对煤与煤层顶板的接触面处理，需要根据实际情况确定合适的支护方案，以确保煤层开采的安全和高效。这包括使用合适的支护材料和支护结构，采取合适的预防措施和加固技术，以增强煤与煤层顶板的稳定性和承载能力。然而，煤与煤层顶板接触面的识别和处理仍然存在一定的挑战，如地震数据解释的不确定性、地下多参数耦合作用等问题。[5]

结束语

三维地震勘探在煤田开发中的应用具有重要意义，它为煤层勘探、瓦斯抽采、岩层稳定性评估、煤与煤层顶板接触面识别等方面提供了关键技术支持。然而，在实际应用中仍存在数据处理和解释的挑战，需要进一步改进方法和技术。随着科学技术的发展，我们对三维地震勘探技术将有更深入的认识，有望为煤田开发提供更准确、高效、安全的解决方案，推动煤炭产业的可持续发展。

参考文献

[1]董守华,黄亚平,金学良等.煤田高密度三维地震勘探技术的发展现状及趋势[J].煤田地质与勘探,2023,51(02):273-282.

[2]陈旭智.煤田三维地震勘探技术的应用[J].内蒙古煤炭经济,2023(03):184-186.DOI:10.13487

[3]刘毅,曹武庆,薛江等.三维地震及瞬变电磁综合勘探在煤田构造探测中的应用[J].陕西煤炭,2023,42(01):93-97+106.

[4]侯丁根,党飞航,张岩等.三维地震解释技术在煤田勘探中的应用[J].煤炭与化工,2022,45(03):67-69+73.DOI:10.19286

[5]王秀东,陈清静,林羽.三维地震勘探技术在煤田开发中的应用及发展[C]//山东省地球物理学会.山东地球物理六十年.中国海洋大学出版社,2009:7.