摘要：我国煤炭资源历经多年的开采，留下了众多的采空区。尤其是一些小型煤矿，由于缺乏资金、技术与设备，经过毫无规律的开采，造成了大量情况不明的采空区。而采空区的存在更是容易发生地面塌陷、崩塌等地质灾害。因此，查明采空区的分布情况成为了目前工作的当务之急。
关键词：三维地震勘探；采空区；地质灾害；分布情况
目前，我国的煤炭流通企业总量约为10万家，但是其规模较小。随着我国的能源结构调整、产业转型，逐步淘汰落后产能，大力发展清洁能源，这就需要对小煤矿进行关闭。而小煤矿历经多年杂乱无章的开采甚至是非法越界开采，关闭之后会遗留下大量情况不明的采空区。随着采空区面积不断加大，煤层顶板失去支撑，顶板岩层随之发生弯曲、断裂、垮落等。垮落过程中引发采空区周围的岩体随之弯曲下沉，覆岩的这种弯曲到达地表后，形成地表沉陷，对地面附着物造成不同程度地破坏。因此，查明采空区分布情况，成为小煤矿关闭后面临的主要善后任务之一。下面本文就以河北省邢台市某一煤矿为例，主要介绍利用三维地震勘探的方法来解释、确定煤矿采空区的分布范围。
1、目标煤矿地质概况
目标煤矿位于太行山东麓，为山前冲积倾斜平原，地形西北高、东南低。煤矿井田处于邯邢煤田之中，以地质构造力学观点而论，邯邢煤田受太行山不断隆起和河淮坳陷带沉降的影响，北北东向断层发育，区域地层多被切割成不连续断块。地层由老至新为奥陶系中统、石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组、二叠系上统上石盒子组、石千峰组和第四系。
2、三维地震勘探简介
三维地震勘探技术是一项集物理学、数学、计算机学为一体的综合性应用技术，是从二维地震勘探逐步发展起来的，是地球物理勘探中最重要的方法。三维地震勘探主要由野外地震数据资料采集、室内地震数据处理、地震资料解释三个阶段组成。这是一项系统工程，甚至每个阶段就是一个系统，因为这三个阶段既相互独立，又相互影响，而且每一阶段均需要最先进的计算机硬件和软件的支撑。地震数据采集，从地震勘探原理可知，在地震波传播过程中遇到存在波阻抗差异的地层界面是就会发生反射，依据目的层埋深、地质任务等因素设计合理的观测系统，进行野外数据采集工作。地震数据的处理就是对野外采集的数据资料进行资料处理工作（主要包含地震反褶积、叠加和偏移成像技术等），以提高反射波数据的信噪比、分辨率和保真度以便于获取能够真实反映地下储层结构及构造的地震时间剖面。地震资料解释就是把经过处理的地震信息变成地质成果，结合已知资料确定地震反射波数据的地质意义。
3、技术应用
三维地震勘探工作的目的是查明勘探区内可采煤层的赋存形态、断层发育情况、采空区的分布情况。下面主要介绍查明煤层采空区的分布范围为主。
（1）数据采集。根据目标煤矿的地震地质条件和煤层赋存情况，本次三维地震勘探观测系统定为：12线6炮制中点激发的束状观测系统，道间距10m，线间距20m，按煤层埋藏深度，仪器开动576道接收。
按照设计的观测系统针对目标煤矿进行野外地震数据采集。
（2）数据处理。资料处理以高分辨率、高信噪比、高保真处理为目的，处理过程中尽可能不做修饰性处理，使获得的地震资料可以真实地反映客观实际情况。三维地震数据体反映了地下一个规则网格的反射情况，包含有丰富的地质信息。当煤层中存在构造或采空区会使得密度、速度、弹性参量等产生差异，这些差异致使地震波的传播时间、振幅、相位、频率发生异常现象。地震属性分析正是针对三维数据体中所隐藏的这些地质异常导致的地震信息异常，从不同角度分析各种地震信息在空间、时间、频率域的变化，以此来获取不同的属性图件，为地质解释直接服务的信息，提高地震资料构造、采空区解释等方面的能力。资料处理成果-三维地震数据体如图1所示。
图1三维地震数据体示意图
（3）资料解释。地震资料解释过程中，采空区边界在时间剖面上一般表现为：一是煤层反射波突然缺失；二是煤层反射波变弱，在采空区边界处反射波同相轴频率与产状发生突变，煤层反射波终止后变的杂乱无章。三是煤层反射波在采空区边界处分叉、相位扭曲错断，煤层部分采空充水或空气造成反射波能量变弱。采空区在地震时间剖面上的显示如图2所示，采空区在平面图上的显示如图3所示
图4采空区在方差体沿层切片上的显示
在资料解释过程中还可以对地震属性的提取来分析地下地质体异常的信息情况，从而达到圈定采空区的目的。本次地震属性体解释中主要采用方差体切片技术。
方差体技术是在误差分析理论基础上发展起来的，它通过计算道集内地震道与平均地震道之间的方差值来得到方差体，从而突出由断层、采空区等异常地质体所造成的地震反射的异常。
三维地震数据体反映了地下一个规则网格的反射情况。当遇到地下存在断层或采空区导致地层不连续变化时，一些地震道的反射特征就会与其附近地震道的反射特征出现差异，而导致地震道局部的不连续性。方差体技术正是利用三维数据体的上述特征来检测各地震道之间的差异程度，从而检测出断层或采空区等不连续变化的信息。如图4所示
从图中可以明显圈定出异常区范围，取得了较好的三维地震勘探效果。
4、结论
通过采用三维地震勘探技术来探测采空区，依据采空区在时间剖面上形成波组异常特征对采空区进行解释圈定，再通过对三维地震采空区的探测成果与煤矿采掘揭露的实际情况对比，表明其探测成果精度高，可靠程度高，效果好，可以为煤矿的安全生产提供可靠的地质保障。
参考文献
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论文作者:耿晓兵
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/14
标签：采空区论文; 煤层论文; 反射论文; 煤矿论文; 地质论文; 情况论文; 技术论文; 《基层建设》2019年第4期论文;