李 娟，楊曉東，王建青

（山西省煤炭地質(zhì)物探測繪院，山西晉中 030600）

落柱在我國煤礦分布廣泛，不僅破壞煤層的連續(xù)性，減少可采儲量，影響巷道的掘進(jìn)和煤層的開采，而且有可能成為特殊的導(dǎo)水通道，對煤礦生產(chǎn)所造成的危害十分巨大[1-4]。陷落柱是一種孤立的地質(zhì)體，其空間形態(tài)不規(guī)整、大小不一，高低各異、隱蔽性強(qiáng)等特征，導(dǎo)致陷落柱探測的技術(shù)難點較大，單從地質(zhì)上對其預(yù)測不能從根本上解決現(xiàn)階段的實際問題[5-6]。

煤田三維地震勘探已歷經(jīng)二十幾年的發(fā)展，目前地震勘探技術(shù)依然是查明陷落柱的主要技術(shù)手段[7]，但構(gòu)造解釋成果與采區(qū)生產(chǎn)要求的控制精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不相適應(yīng)[8]。驗證情況表明，地震解釋的陷落柱構(gòu)造異常大部分能得到驗證，但也存在對一些陷落柱誤解及漏解情況；特別是陷落柱解釋結(jié)果比實際揭露要大，有時平面擺動誤差較大的情況[9]。造成這種結(jié)果的原因與山區(qū)地形、激發(fā)條件、資料處理、資料解釋等有關(guān)。本文建立水平介質(zhì)和地形起伏條件下的陷落柱模型，通過正演模擬結(jié)構(gòu)來分析山區(qū)地形對陷落柱解釋的影響，從而指導(dǎo)陷落柱的解釋工作。

1 陷落柱模型的建立

為了能夠從理論出發(fā)，而又貼近實際說明問題，建立兩種陷落柱地質(zhì)模型，一種是水平介質(zhì)的陷落柱模型，另一種是地形起伏條件下的陷落柱模型。模型區(qū)域大小為[0，2000]×[0，1000]，即長度2000m，深度1000m。表1 為圍巖地層參數(shù)，表2 為水平介質(zhì)和地形起伏條件下的陷落柱模型參數(shù)。

表1 陷落柱圍巖地層參數(shù)

表2 水平介質(zhì)和地形起伏條件下的陷落柱模型參數(shù)

本次正演模型所用的觀測系統(tǒng)為：道間距10m，炮點距20m；采用中間放炮方式，接收道數(shù)48 道，覆蓋次數(shù)12 次，共計38 炮。子波選用Ricker 子波，子波主頻為60Hz。

2 陷落柱正演模擬分析

本次正演模擬利用Tesseral-2D 全波場正演模擬軟件，模型采用彈性波波動方程進(jìn)行有限差分波場模擬，將模擬的炮集記錄進(jìn)行直達(dá)波切除、抽取共中心點道集、速度分析、共中心點疊加、疊后偏移等常規(guī)處理，分別得到水平介質(zhì)下和地形起伏條件下的陷落柱水平疊加時間剖面和偏移時間剖面。

2.1 水平介質(zhì)條件下的正演模擬結(jié)果分析

圖1 為水平介質(zhì)條件下的陷落柱水平疊加時間剖面。在疊加時間剖面上，陷落柱中心附近出現(xiàn)特殊波，繞射波、延遲繞射波、柱頂繞射波都比較清楚。煤層反射波振幅變化范圍為樁號735～865，該范圍正好為煤層陷落范圍，該陷落柱的中心位置在樁號805附近。

圖2 為水平介質(zhì)條件下的陷落柱偏移時間剖面。在偏移時間剖面上可以看出，偏移剖面上繞射波得到了較好的收斂。斷陷點735、865 附近的煤層反射波振幅、能量均受到不同程度的改造，這就使得斷陷點位置出現(xiàn)一定程度的模糊，從而影響陷落柱解釋的大小和位置。偏移剖面上，陷落柱的特征明顯，解釋該陷落柱的中心位置在樁號805，解釋范圍為樁號735～865，直徑為130m。

由此可見，水平介質(zhì)條件下，地下的陷落柱經(jīng)過疊加、偏移處理時，陷落柱的中心位置基本沒有偏移，但由于陷落柱中心附近特殊波的存在，造成斷陷點附近的正常波振幅或能量改變，對斷陷點造成一定程度的扭曲和模糊，所以在地震解釋中一般對陷落柱的范圍解釋偏大。

2.2 地形起伏條件下的正演模擬結(jié)果分析

圖3 為地形起伏條件下的陷落柱水平疊加時間剖面。在地形起伏條件下的陷落柱疊加剖面上，兩個陷落柱中心附近都出現(xiàn)特殊波，繞射波、柱頂繞射波都比較清楚。煤層反射波振幅變化范圍為：樁號410～540（陷落柱1）和樁號1125～1255（陷落柱2），該范圍正好為煤層陷落范圍，根據(jù)疊加剖面解釋陷落柱1的中心位置在樁號475附近；陷落柱2的中心位置在樁號1190附近。

圖4 為地形起伏條件下的陷落柱偏移時間剖面。在偏移剖面上可以看出，繞射波得到了較好的收斂，煤層反射波的陷落柱中心的同相軸出現(xiàn)了扭曲或彎曲，反射波能量、振幅也發(fā)生了變化。斷陷點400、540 和1125、1265附近的煤層反射波振幅、能量均受到不同程度的改造，這就使得斷陷點位置出現(xiàn)一定程度的模糊，從而影響陷落柱解釋的大小和位置。根據(jù)偏移剖面，解釋陷落柱1的范圍在樁號400～540，中心位置在樁號470 附近，直徑140m；解釋陷落柱2 的范圍在樁號1125～1265，中心位置在樁號1190附近，直徑140m。

可以發(fā)現(xiàn)：陷落柱1和陷落柱2的中心位置都有偏移，陷落柱1 的中心位置偏移20m，陷落柱2 的中心位置偏移10m，2個陷落柱位置都沿著地形上傾的方向偏移，陷落柱的解釋范圍也偏大，陷落柱1 和陷落柱2 的解釋范圍都偏大40%。

3 探采對比分析研究

近幾年，山西省的潞安、晉城、陽泉、蘭花礦區(qū)所開展的采區(qū)三維地震勘探，其勘探成果目前陸續(xù)得到巷道掘進(jìn)驗證，本次研究對已完成的三維地震勘探成果進(jìn)行了探采對比研究，其中對陷落柱的偏移范圍、解釋大小、偏移規(guī)律等方面進(jìn)行統(tǒng)計。

圖5為潞安礦區(qū)常村煤礦地震解釋陷落柱Xs3-5，解釋該陷落柱在煤層中的直徑為85m，實際巷道揭露陷落柱X23，巷道揭露的直徑為60m；通過探采對比發(fā)現(xiàn)（圖6），該陷落柱中心位置平面擺動誤差10m，解釋范圍偏大50%。因此，有可能是陷落柱特殊波模糊了斷陷點的位置，使得陷落柱解釋偏大。

本次探采對比統(tǒng)計潞安礦區(qū)統(tǒng)計巷道揭露直徑大于50m的陷落柱42個，其中對應(yīng)地震解釋出陷落柱總數(shù)為39個，地震漏解釋3個。其中31個陷落柱中心平面位置偏移0～30m，29個陷落柱解釋范圍誤差為0%～+50%。

4 結(jié)論

（1）在地形起伏條件下，建立地下陷落柱的正演模型，經(jīng)過疊加、偏移處理，在疊加和偏移剖面上，由于陷落柱特殊波的存在，對陷落柱的斷陷點造成一定程度的扭曲和模糊，造成地震解釋的陷落柱范圍偏大，同時陷落柱的中心位置存在偏移，且沿著地形上傾的方向偏移。

（2）通過對潞安礦區(qū)實際揭露的陷落柱的探采對比分析得出：地震解釋陷落柱的中心位置平面擺動誤差為0～30m，陷落柱的解釋范圍偏大0%～50%。實際探采對比分析結(jié)果與正演模型分析結(jié)果吻合。

（3）由于陷落柱特殊波的存在，造成斷陷點附近的正常反射波振幅改變，物探工作者在解釋陷落柱時，范圍應(yīng)該適當(dāng)小于煤層反射波異常范圍。