三维地震勘探.docx
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三维地震勘探.docx
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三维地震勘探
摘要
本文是介绍在山西省屯留县郭庄煤矿进行三维地震勘探的工程设计。
本次三维地震勘探的目的是了解和掌握郭庄煤矿矿区的地质构造、煤层的赋存形态和断层、褶曲、陷落柱发育特征,查明工作区内3#煤层的底板起伏形态、采空区范围、无煤区和煤层冲刷变薄区。
本次野外三维数据采集的基本观测系统为8线8炮制束状规则观测系统。
通过三维地震勘探获得工区地表面以下的信息数字化成果,为矿区后继生产、优化矿井采掘设计方案、提高生产效率提供详实的基础地质资料。
关键字:
三维地震勘探;工程设计;断层;褶曲;陷落柱;观测系统
Summary
ThisAbstractintroducestheengineeringdesignthatthethree-dimensionalearthquakeexploredwillbecarriedoninthecollieryoftheGuo'sofTunliucountyofShanxi.Thethree-dimensionalpurposethatearthquakeexploretounderstandandknowGuovillagegeologicalstructure,toisitdepositshape,faultandpleatsong,subsidethedevelopmentcharacteristicoftheposttocomposecoalseam,collieryofminingarea,findouttheundulatingshapeofbaseplateofcoalseamNo.3intheworkspace,quarrytheemptydistrictrange,therearenocoaldistrictandcoalseamtoerodeandturnintothethindistrict.Fieldthisthree-dimensionalbasicobservationsystemthatdatagatherconcoctfor8Line8bunchesofformruleobservethesystem.Explorepersonwhoobtainworkareasurfacefollowinginformationdigitizedachievementthroughthree-dimensionalearthquake,isitproduce,optimizeminenottoexcavatedesignplan,raiseforminingareaproductionefficiencyofferfullandaccuratefoundationgeologicalmaterialstocarryon.
Keyword:
Thethree-dimensionalseismicsurveyl;Engineeringdesign;Fault;Pleatsong;Subsidethepost;Observethesystem
目录
1.前言1
1.1目的与任务1
1.1.1项目来源1
1.1.2任务1
1.1.3工作时间1
1.1.4项目要求及依据2
1.2工作区范围、交通位置及自然地理环境2
1.2.1工作区范围和交通位置2
1.2.2自然地理2
1.2.3气候状况和经济状况3
2.地质概况及地球物理特征4
2.1工作区地质及物化研究程度4
2.1.1以往工作程度成果4
2.1.2野外踏勘成果4
2.2区域地质概况4
2.2.1工作区地层特征4
2.2.2工作区构造特征5
2.2.3工作区煤层特征5
2.2.4勘探区煤质特征5
2.3区域地球物理特征6
2.3.1表层地震地质条件6
2.3.2浅层地震地质条件6
2.3.3深部地震地质条件6
3.野外工作方法及技术要求7
3.1工作方法7
3.1.1三维地震试验工作7
3.1.2低速带调查工作7
3.1.3三维地震勘探观测系统参数的选定7
3.1.4三维线束的布置8
3.2测地工作8
3.2.1测量作业采用系统8
3.2.2测量仪器及测量方法9
3.2.3控制测量和定线测量9
3.2.4测量成果10
3.3技术要求10
3.3.1野外数据采集要求10
3.3.2测量要求10
3.3.3质量目标10
4资料整理及报告编写11
4.1主要数据处理方法与技术11
4.1.1预处理11
4.1.2初至波折射静校正11
4.1.3反褶积11
4.1.4速度分析11
4.1.5DMO迭加及迭后一步法偏移12
4.2资料解释12
4.2.1解释流程12
4.2.2解释的主要资料及要求12
4.2.3速度标定与时深转换13
4.4图件编制方法13
4.5报告编写13
4.5.1报告的要求13
4.5.2报告的内容14
5.人员编制和管理15
5.1项目组人员编制及分工15
5.1.1项目经理及其岗位职责15
5.1.2项目技术负责及其岗位职责15
5.1.3炮班班长及其岗位职责15
5.1.4爆破员及其岗位职责15
5.1.5爆破品保管及其职责16
5.2.1组织措施16
5.2.2质量保证16
5.2.3安全生产管理措施17
5.3HSE管理18
5,3,1内容、标准及组织18
5.3.2野外作业18
5.3.3营地管理19
5.3.4施工搬迁19
5.3.5民工管理20
6.预计提交的成果21
6.1报告的主要成果21
7.实物工作量22
7.1主要实物工作量22
7.1.1野外数据采集工作量22
7.1.2成孔工作量23
7.2仪器设备23
8.经费预算24
8.1经费预算依据及方法24
8.2工作费用24
致谢25
参考文献26
附图27
1.前言
1.1目的与任务
1.1.1项目来源
本次三维地震勘探项目的甲方是山西省屯留县郭庄煤矿,该煤矿是屯留县县办国营煤矿,为了进一步了解和掌握郭庄煤矿煤层的赋存形态和断层、陷落柱发育特征,郭庄煤矿委托山西省第六地质工程勘察院(乙方)进行三维地震勘探,为优化矿井采掘设计方案,提高生产效率提供详实的基础地质资料。
1.1.2任务
(1)查明勘探区内落差≥5m断层的性质、产状及延伸长度,其平面摆动误差应控制在≤30m,对落差≥3m的断点及勘探中遇到的疑点,不确定点尽可能予以解释。
(2)查明勘探区内直径≥25m的陷落柱,尽可能查明直径20m左右的陷落柱。
(3)查明勘探区内3#煤层的底板起伏形态,深度误差≤1.5%。
(4)查明勘探区内波幅≥10m的褶曲。
(5)查明古窑、小窑采空区范围、无煤区和煤层冲刷变薄区。
1.1.3工作时间
本次郭庄煤矿三维地震勘探的工作时间如下:
(1)勘探区测量工作应在二零零五年三月三十日前完成。
(2)成孔工作从二零零五年四月二日开始。
(3)数据采集工作于二零零五年四月三日开始,至二零零五年四月十四日结束,计划工作量每天在120炮左右。
(4)资料整理及报告编写从二零零五年四月十六日开始,并在二零零五年五月十日完成。
(5)预计提交成果的时间在二零零五年五月十五日左右。
1.1.4项目要求及依据
将严格按照以下中华人民共和国行业标准及有关要求执行:
(1)《煤炭煤层气地震勘探规范》(MT/T897-2000)
(2)《地震勘探爆炸安全规范》(GB12950-91)
(3)《全球定位系统(GPS)测量规范》(1992)
(4)《煤炭资源勘探工程测量规程》(1987)
(5)《山西省屯留县郭庄煤矿三维地震勘探项目施工方案》山西省第六地质工程勘察院
1.2工作区范围、交通位置及自然地理环境
1.2.1工作区范围和交通位置
山西省屯留县郭庄煤矿地处山西省长治市屯留县境内,长治市是山西省六个低级市之一,下辖一个县级市和十个县。
工作区距长治市约30Km,距屯留县城约1.5Km,交通便利,有长(治)晋(城)高速公路、长(治)太(原)高速公路和林(州市)长(治)高速公路通过,铁路运输也非常方便,有多条铁路贯穿其中。
工作区交通地理位置图见图1-1。
图1-1工区交通位置图
勘探面积1.413Km2,具体位置由以下坐标圈定:
1、X=4024000Y=38403000
2、X=4024000Y=38404000
3、X=4022500Y=38404000
4、X=4022500Y=38403500
5、X=4022675Y=38403500
6、X=4022675Y=38403000
1.2.2自然地理
工作区地貌特征为山区丘陵地带,冲沟发育,地表出露多为第四系黄土,最大高差15m,地形比较平坦,对三维地震勘探较为有利。
1.2.3气候状况和经济状况
工作区属半干旱气候区,气候属温带大陆性季风气候,季节变化明显,气温有季节变化大和昼夜温差较大的特点,年最高气温39℃,最低气温-15℃,常年平均气温12℃。
干燥少雨,日照充足,四季分明,。
在降水方面,年降水量悬殊,年平均降水量约500mm,多雨年为少雨年的2~3倍;季节分布不均匀,夏季6月——8月降水高度集中且多暴雨,降水量约占全年的60%以上。
由于降水变率大,季节分配不均,地表又缺乏植被,不能涵养水源,故旱情较普遍。
此外,干热风、霜冻、冰雹、大风均为影响本省农业生产的不利条件。
春秋两季多大风和扬尘天气,严重时会形成沙尘暴。
经济状况,工业方面以煤炭及其相关产业为主。
农业方面,农作一年一熟,以玉米、小麦为主,受干旱、风沙、盐渍影响大。
2.地质概况及地球物理特征
2.1工作区地质及物化研究程度
2.1.1以往工作程度成果
在此前,已有许多地质队和专家学者对工作区所在的屯留县进行了大量的区域地质调查工作。
1962年,地质部地质科学院与山西省地质厅按国际分幅编制了1:
1000000地质图、矿产图、大地构造图及说明书,其中包括了屯留县。
为以后区域调查工作奠定了基础。
1965年,山西省区域地质调查队对该区进行了1:
200000区域地质矿产调查工作,出版了1:
200000地质图、矿产图、大地构造图及说明书。
1987年,山西省区域地质调查队编制了《山西省区域矿产总结》及1:
500000山西省矿产系列图件,包括屯留县。
1988年山西省区域地质调查队编写了《山西省岩石地层划分》,其中,对屯留县一带进行了详细的描述。
1992年,山西省地质局局属地质队按1:
50000区调工作要求,在屯留开展区域地质调查。
[1]
2.1.2野外踏勘成果
本区位于武乡—阳城NNE向断褶带中段,晋获断裂带西侧,勘探区主体构造线与晋获断裂带一致,呈NNE向展布,区域地层走向为NNE~NE,向西缓倾,沿走向和倾向均成波状起伏,形成宽缓的卧轴褶曲,区内构造形势为断裂构造,呈南北分段、东西分带的格局,勘探区位于潞安矿区中段西部,主体构造格架以SN向宽缓褶曲为主。
2.2区域地质概况
2.2.1工作区地层特征
本区广为第四系黄土所覆盖,现据钻孔资料从老到新叙述如下:
(1)奥陶系中统峰峰组(O2f)
该组地层为本区含煤地层之基底,一般钻孔揭露厚度约15m,其岩性下部为灰色、深灰色石灰岩夹泥质灰岩,具波状层理。
中部为灰色石灰岩,局部有薄层角砾状灰岩。
上部为青灰色石灰岩,质纯。
顶部含结核及团块状黄铁矿。
(2)石炭系中统本溪组(C2b)
本组厚度变化大,一般厚度为14m,中下部为灰色、深灰色铝质泥岩,上部为深灰色泥岩夹薄层砂岩,与下伏地层呈整合接触。
(3)石炭系上统太原组(C3t)
该组地层一般厚度108m,以海陆交互相沉积为主,岩性由泥岩、砂岩、石灰岩及煤层组成,层理类型复杂,植物化石丰富,与下伏地层本溪组呈整合接触。
(4)二叠系下统山西组(P1s)
该组厚41.24~66.7m,平均厚度60m,为上部主要含煤地层,其中3号煤是本区的主要开采对象,以三角州及平厚沉积为主,岩性由泥岩、砂岩及煤层组成,植物化石丰富,与下伏地层太原组呈整合接触。
(5)二叠系下统下石盒子组(P1x)
厚39.52~64.9m,平均厚度57m。
顶部以杂色鲕状泥岩为主,含锰、铁质,中部以灰白色砂岩为主,中下部以灰色砂岩与泥岩互层为主,具交错层理,与下伏地层山西组呈整合接触。
(6)二叠系上统上石盒子组(P2s)
该组地层于本区发育不全,钻孔揭露厚度为206.37~387.20m,一般厚度为308m,上部以杂色泥岩及黄绿、灰白色砂岩为主,交错层理发育,下部以灰色、灰紫色泥岩为主,与下伏地层为整合接触。
(7)第四系(Q)
为本区主要覆盖层,厚30~150m,平均厚度72.33m,以褐黄、棕黄色亚粘土为主,夹中细粒砂层,顶部为耕植土,底部为棕红色粘土及砾岩层,与下伏地层为不整合接触。
2.2.2工作区构造特征
2.2.2.1褶曲
(1)王村背斜:
为郭庄矿区的主要构造,由东兴旺村进入井田,穿越郭庄村到藕泽村之西为藕泽断层所截,区内长约6Km,走向近似南北向,两翼倾角约8°,局部可达12°,由3151、3152、3162等钻孔控制,其展布方向基本查明。
(2)老军庄向斜:
位于井田内双塔村一带,向南被藕泽断层所截,区内延伸长度约3Km,走向近似南北向,两翼倾角约5°,由3161、3181等钻孔控制,其展布方向基本查明。
2.2.2.2断层
藕泽断层:
位于藕泽村南,为郭庄煤矿的南部自然边界,断距,约94m,走向NEE,倾向ES,倾角70°,向东延伸至常村井田,全长约7.5Km,由1083等钻孔控制。
2.2.3工作区煤层特征
本区主要含煤地层为二迭系下统山西组和石炭系上统太原组,地层厚度约168m,含煤系数为8%。
(1)二迭系下统山西组(P1s)
该组地层为陆相沉积、厚41.24~66.7m,平均厚度60m,含煤系数为10%,含煤1-3层,其中下部发育的3号煤层为全区稳定可采煤层,厚度5.13~6.35m,平均厚度5.96m。
(2)石炭系上统太原组(C3t)
该组地层为一套海陆交互相沉积、并有四个明显的旋回韵律结构其厚度为91.78~138.13m,平均厚度为108m,含数层可采或局部可采煤层,并发育有四层稳定的石灰岩,产有丰富的植物化石。
含煤系数为6.87%。
2.2.4勘探区煤质特征
本区3#煤为黑色、块状为主,局部为粉状,具水平层理。
由镜煤条带、亮煤条带及半暗煤组成,条带状构造,玻璃光泽,参差状断口。
[2]
据官庄井田3号煤层煤质化验资料结果,本区3号煤层化学性质如下:
(1)水份:
原煤0.42~2.47%,精煤0.65~2.13%,一般1.14%。
(2)灰分:
原煤11.6~28.89%,一般为16.52%。
(3)挥发分(精煤):
一般在11%左右。
(4)磷份(精煤):
0.003~0.072%,一般0.922%。
(5)全硫:
原煤0.22~0.45%,一般0.33%;精煤为0.26~1.74%,一般为0.36%。
(6)可燃基弹筒发热量(QrDT):
为8091~8621卡/克,一般为8486卡/克。
(7)煤灰成份分析:
SiO236.28~50.82%;Al2O325.47~38.49%,灰熔点(T2)1080~1500℃,一般为1392℃。
2.3区域地球物理特征
区域地球物理特征主要包括区域构造、地层、岩性特征以及岩矿石的物性参数(弹性、密度、磁性、或电性等参数)。
由于本次三维地震勘探主要研究的是该地区的地震地质特征,即岩层的弹性参数,所以前期勘探调查的重点放在工作区的地震地质条件方面。
2.3.1表层地震地质条件
勘探区地表多为第四系中更新统(Q2),上部以褐黄、棕黄色亚粘土为主,夹中细粒砂岩,第四系中更新统厚30m~150m,平均厚度72.33m,根据以往工作经验,褐黄、棕黄色亚粘土波速一般为300~500m/s,对地震勘探有效波吸收强烈,致使高频信息严重衰减,故勘探区表层地震地质条件较差。
2.3.2浅层地震地质条件
勘探区第四系中更新统(Q2),下部棕红色亚粘土透水性较差,为隔水层,勘探区潜水位较深,根据山西物化院在勘探区附近以往资料可知:
潜水层地震波速在1200~1800m/s之间,激发层位选择在潜水层下2-3m激发可取得较理想的地震反射波组,故勘探区浅层地震地质条件较好。
2.3.3深部地震地质条件
勘探区内主可采煤层为3#煤层,煤层埋深300~500m左右。
含煤地层岩性主要泥岩、砂岩、石灰岩及煤层,一般煤层波速2000~2300m/s,密度1.46g/cm3,波阻抗为2920~3358;砂岩波速3300m/s,密度2.5g/cm3,波阻抗为8250;石灰岩波速5000m/s,密度2.6g/cm3,波阻抗为13000。
由此知煤层与围岩的波阻抗差异十分明显,根据山西物化院在勘探区附近工作成果,预计能够能得到良好的煤层反射波组,故勘探区深部地震地质条件较好。
3.野外工作方法及技术要求
3.1工作方法
3.1.1三维地震试验工作
由于勘探区内表浅多为黄土覆盖,地震地质条件较复杂,生产前必须进行适当的试验工作,为观测系统,采集参数和施工技术的最终选择提供必要的依据。
[3。
4]本次试验工作的重点应放在激发、接收条件的试验。
(1)激发因素
a、井深:
井深必须达到浅水面以下3m。
b、药量:
分为1.0kg、1.5kg、2.0kg、3.0kg。
c、井组合:
单孔、双孔。
(2)接收因素
a、干扰波调查
b、检波器组合形式,组内距试验。
3.1.2低速带调查工作
低速带调查资料是提供野外井深的重要依据,也是地震资料处理静校正的重要参数。
本次低速带调查采用浅层折射法,采用不等间距观测系统,道间距1~10m不等,道间距和排列长度根据预测目的层深度而确定,保证每层位有3个时间读数,尽量选在地形平坦,而且比较有代表性或地表地层变化大的地段,选择零偏距或0.5m,根据实际地质情况布设折射点,其工作量基本控制在20点/Km2。
解释方法:
首先绘制相遇时距曲线,采用T0法进行解释。
利用直达波时距曲线斜率求V1,利用第一界面的折射波时距曲线T2直线斜率求V2,第一界面的深度公式:
其中τ为T0延长线与时间轴交点。
3.1.3三维地震勘探观测系统参数的选定
根据本工区实际情况,设计了多种观测系统。
经多方对比,同时考虑到设备情况及施工效率,选择8线8炮制束状规则观测系统作为本次野外三维数据采集的基本观测系统,选择中间激发的方式进行野外采集。
[3.4]
(1)观测系统的主要参数
横向覆盖次数:
4次
纵向覆盖次数:
4次
总覆盖次数:
16次
接收道数8×64=512道
接收线距40m
接收道距10m
CDP网格5×10m
横向炮点距:
20m
纵向炮排距:
60m
横向最小偏移距:
5m
横向最大炮检距:
210m
纵向最小偏移距:
5m
纵向最大炮检距:
315m
(2)仪器因素
采样间隔:
0.5ms
记录格式:
SEG-D
记录长度:
1s
检波器:
SJ60Hz数字检波器
组合形式:
3个检波器串联组合。
所有检波器埋设于0.3m以上深的浅坑中,以便达到最佳耦合状态。
(3)激发接收方式
采取孔中炸药震源激发方式,激发的孔深、药量、组合井数,具体根据实验而定。
(4)村庄覆盖区的变观处理措施
由于工区内有东兴旺村,对三维地震施工造成一定困难,将造成局部丢炮,必须采用特殊观测系统来弥补,特观设计首先利用测量资料圈定东兴旺村的准确范围,然后利用OMA3.0三维地震设计软件进行设计,保证障碍物下覆盖次数达设计要求。
东兴旺村:
该村是测区内最大的障碍物,为保证村庄下覆盖次数足够,专门采取了特殊观测方法(图2-1),即在村内布设检波器,在村周围布置炮点的方法,该村下3#煤埋深约350m,故只要控制检波点到炮点的距离小于350m,即可得到3#煤的反射波组。
在排列过村时,除采用双边加密炮点外,在村庄内的空白安全地带加密布设一些深井炮点,做中间点激发加密炮点观测系统(图2-2)。
3.1.4三维线束的布置
按以上观测系统对布置工作量,野外施工中做以适当调整,主要包括:
1、镶边范围;2、村庄地段,按实测地物调整变观处理,获得村庄下的目的层有效反射波;3、不规则边界附近的物理点将稍有调整;4、目的层变浅地段,通过增加激发炮数以保证迭加次数。
本次三维地震勘探沿南北向共布线束7束,资料覆盖面积2.26Km2,资料满覆盖面积1.75Km2。
3.2测地工作
3.2.1测量作业采用系统
基准:
部定3度带坐标系
高程系统:
1956年黄海高程
投影:
横轴墨卡托(T.M)
中央子午线:
112°30′00″
长半轴:
6378245.0000000M
扁率:
1/298.3
直角坐标原点经纬度:
0000000.000N1213000.000E
直角坐标原点坐标:
500000.00E0.00N
比例因子:
1.0000000
投影带:
3度分带
3.2.2测量仪器及测量方法
测量仪器采用法国DSNP公司生产的DSNPSCORPIO6502双频GPS(1+3)定位仪及其配套设备。
测量方法:
所有物理点均采用RTK动态实时定位。
3.2.3控制测量和定线测量
3.2.3.1控制测量
国家各级三角点作为测量的基本控制点。
当基本控制点不足时应采用静态GPS加密控制。
首级控制最低等级为E级。
3.2.3.2定线测量
(1)所有物理点均采用RTK动态实时定位并存盘,成果提供线号,桩号,X坐标,Y坐标,H高程。
(2)野外放样时,排列每10m打一个木桩标记,同时挂上红标志,炮点全部采用绿标志,与排列点便于区分。
如果遇到村庄则用红油漆在明显地方写桩号或标明方向桩,为放线班提供了方便,同时也为野外工作节省了时间。
(3)观测时卫星数≥5颗,卫星截止高度角≥15°,PDOP≤6。
(4)每日施工前复测两个及两个以上物理点或复测两次单个控制点。
(5)复测、检核的物理点与原测点的坐标中误差应满足如下要求:
a)整个工区的复测量,实时差分测量不得小于总量的3%。
b)物理点点位中误差(RTK):
mx≤0.5m、my≤0.5m、mh≤0.5m。
3.2.3.3内业处理
(1)内业处理采用DSNPSISS3.20
(2)每日野外施工结束后,内业计算员应对野外采集资料及时处理,发现问题及时反馈并要求纠正,严格执行各项标准。
(3)每段测线施测,计算完毕检查无误后,及时提供物理点成果。
3.2.4测量成果
3.2.4.1控制测量成果
3.2.4.2物理点测量成果簿:
每束装订一册,检波线在前,炮线在后,测线号各自按由小到大顺序排列,所有
测线均按桩号顺序提供物理点的X坐标、Y坐标和高程。
3.2.4.3物探测量质量统计簿:
复
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