耿春明

(山東省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，山東 泰安　271021)

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地震勘探在準(zhǔn)東煤田大井礦區(qū)的應(yīng)用

耿春明

(山東省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，山東 泰安271021)

隨著西部煤炭資源勘探程度的進(jìn)展，地震勘探已在準(zhǔn)格爾盆地東緣大面積展開。為滿足新疆準(zhǔn)東煤田奇臺(tái)縣大井礦區(qū)開發(fā)和建設(shè)年產(chǎn)2000萬t大型礦井的需要，對(duì)新疆準(zhǔn)東煤田奇臺(tái)縣大井礦區(qū)三井田進(jìn)行勘探工作，為礦井建設(shè)可行性研究和初步設(shè)計(jì)提供地質(zhì)資料。根據(jù)礦井開拓方案，在勘查區(qū)的先期開采地段采用三維地震勘探方法查明構(gòu)造和煤層的賦存狀況，其他地段采用二維地震勘探方法控制。經(jīng)鉆孔驗(yàn)證,取得良好效果。

地震勘探；應(yīng)用；準(zhǔn)東煤田；大井礦區(qū)；新疆

引文格式：耿春明.地震勘探在準(zhǔn)東煤田大井礦區(qū)的應(yīng)用[J].山東國(guó)土資源，2015,31(6)：49-51. GENG Chunming. Application of Seismic Exploration in Dajing Mining Area of Zhundong Coalfield[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(6):49-51.

0　引言

隨著大型礦井建設(shè)的發(fā)展，越來越需要為綜采工作面的布局、巷道布置與開拓提供精確細(xì)致的地質(zhì)構(gòu)造信息[1]。綜采工作面的生產(chǎn)能力和效益在很大程度上依賴于小構(gòu)造(垂向落差5m左右的斷層，幅度5m左右的褶曲)的查明程度。采區(qū)三維地震勘探在全國(guó)許多采區(qū)得到推廣和應(yīng)用。我國(guó)西部準(zhǔn)東地區(qū)煤炭資源豐富,準(zhǔn)東煤田資源預(yù)測(cè)儲(chǔ)量達(dá)3900億t,目前累計(jì)探明煤炭資源儲(chǔ)量為2136億t,是我國(guó)目前最大的整裝煤田[2-3]。該文以新疆準(zhǔn)東煤田奇臺(tái)縣大井礦區(qū)三井田二維、三維地震勘探項(xiàng)目為例，詳細(xì)介紹二維、三維地震勘探的應(yīng)用過程，包括采集參數(shù)選擇、施工方法、資料處理及構(gòu)造解釋①山東省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，新疆準(zhǔn)東煤田奇臺(tái)縣大井礦區(qū)三井田二維、三維地震勘探報(bào)告，2011年。

該次勘探需要地震解決的問題主要是煤層宏觀結(jié)構(gòu)和厚度變化。該區(qū)B1煤層結(jié)構(gòu)變化較大，從單一煤層-雙煤層-多煤層的結(jié)構(gòu)變化，其間巖層的夾矸厚度較小，首采區(qū)基本處于雙煤層區(qū)，有待于三維地震及波阻抗反演重點(diǎn)查明煤層的結(jié)構(gòu)變化[3]。要充分利用地震資料及其連續(xù)性，利用煤層頂、底板反射波，定量解釋煤層厚度。

1　勘探區(qū)概況

大井礦區(qū)位于新疆準(zhǔn)東煤田中段，處于大井-將軍廟凹陷構(gòu)造的北緣，克拉麥里山南麓山前一帶，其大地構(gòu)造位置在準(zhǔn)噶爾地臺(tái)東緣的槽臺(tái)過渡帶內(nèi)。受沉積基底構(gòu)造的控制，準(zhǔn)噶爾大型中新生代聚煤盆地在該地區(qū)形成一系列鼻狀背斜和簸箕狀向斜相間的裙邊構(gòu)造形態(tài)。三井田位于上述裙邊構(gòu)造中帳篷溝背斜和奧塔烏克日什向斜中間。區(qū)內(nèi)分布的地層有三疊系、侏羅系、白堊系、第四系。侏羅紀(jì)西山窯組是該區(qū)的含煤地層。三井田內(nèi)的含煤巖組有侏羅紀(jì)石樹溝群、西山窯組和八道灣組。區(qū)內(nèi)含煤巖組主要為西山窯組B1煤層，為巨厚可采煤層，區(qū)內(nèi)鉆孔實(shí)際揭露煤層純煤厚12.26～50.54m，平均可采厚35.27m。

三井田地表地勢(shì)總趨勢(shì)呈北高南低，地貌形態(tài)為殘丘狀剝蝕平原與戈壁，海拔579～882.6m，比高303.6m。區(qū)內(nèi)中部偏東有條南北走向的溝，溝的東部有2個(gè)山包，地形起伏大。該區(qū)無潛水，區(qū)內(nèi)約有35%面積內(nèi)分布有大小不等多塊第四紀(jì)地層，其厚度約0～20m，大部分地段在10m以內(nèi)；第四系以砂、礫為主，混合有粘土、亞粘土和砂土，地表為風(fēng)蝕殘余戈壁礫石，其余地段為巖石出露區(qū)。松散的第四紀(jì)地層對(duì)地震波的高頻成分有嚴(yán)重的吸收衰減作用。區(qū)內(nèi)常年多風(fēng)，刮大風(fēng)等惡劣自然條件對(duì)野外施工有較大影響。綜上，該區(qū)表、淺層地震地質(zhì)條件較差，深層地震地質(zhì)條件較好。

2　野外數(shù)據(jù)采集

該次地震勘探采用的儀器為法國(guó)SERCEL公司生產(chǎn)的428XL多道數(shù)字地震儀。該儀器用光纜交叉線代替了普通數(shù)傳電纜，能夠快速、準(zhǔn)確地傳輸?shù)卣饠?shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)傳輸速率和儀器的記錄能力，提高野外采集效率[4]。

綜合分析試驗(yàn)點(diǎn)、試驗(yàn)段及相應(yīng)處理結(jié)果，確定野外數(shù)據(jù)采集工作方法如下：①激發(fā)條件：?jiǎn)尉ぐl(fā)，井深6～12m，TNT高速成型炸藥，藥量2kg。②觀測(cè)系統(tǒng)：二維采用96～144道接收，炮點(diǎn)距10～20m，道距10m，有效覆蓋次數(shù)24～36次，中間激發(fā)觀測(cè)系統(tǒng)。三維采用8線8炮制束狀觀測(cè)系統(tǒng)，觀測(cè)系統(tǒng)具體參數(shù)：線距40m,道距20m,接收道數(shù)40×8=320道,覆蓋次數(shù)4×5=20次,炮線網(wǎng)格80m×20m,CDP網(wǎng)格10m(縱)×10m(橫)。③組合檢波：4個(gè)60Hz檢波器，2串2并組合，同坑埋置，檢波器引線埋置。

三井田共完成二維地震主測(cè)線5條，聯(lián)絡(luò)測(cè)線11條，測(cè)長(zhǎng)92400m，生產(chǎn)物理點(diǎn)5140個(gè)，試驗(yàn)物理點(diǎn)46個(gè)，總計(jì)5186個(gè)物理點(diǎn)。先期開采地段三維地震勘探控制面積34.56km2，三維地震勘探施工面積41.55km2，采用8線8炮制束狀三維觀測(cè)系統(tǒng)，共完成三維束線35束，三維地震生產(chǎn)物理點(diǎn)23059個(gè)，試驗(yàn)物理點(diǎn)82個(gè)，總計(jì)三維地震物理點(diǎn)23206個(gè)。

野外數(shù)據(jù)采集使用儀器先進(jìn)，測(cè)線布置合理，采用的施工方法正確，技術(shù)措施得當(dāng)，獲得了高品質(zhì)的原始資料。

3　地震資料處理

地震資料處理工作分兩步實(shí)施，即現(xiàn)場(chǎng)處理及精細(xì)處理?，F(xiàn)場(chǎng)處理監(jiān)控施工質(zhì)量選擇資料試驗(yàn)處理參數(shù)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)初步資料解釋，以更好地指導(dǎo)野外生產(chǎn)，指導(dǎo)鉆探孔位布置，達(dá)到采集、處理、解釋一體化，為確保項(xiàng)目整體質(zhì)量及工期打下基礎(chǔ)。資料精細(xì)處理是在現(xiàn)場(chǎng)處理、解釋初步成果的基礎(chǔ)上，又認(rèn)真分析了處理成果，圍繞提高分辨率進(jìn)行。重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)突出波形、波組特征、努力提高反射波品質(zhì)和保持相對(duì)振幅。主要圍繞振幅處理、靜校正、反褶積、剩余靜校正和偏移等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行。

3.1技術(shù)難點(diǎn)

(1)地表起伏較大、地表巖性變化較大，表層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，靜校正問題突出。

(2)受地表?xiàng)l件和深層地質(zhì)條件影響，線性干擾較嚴(yán)重；地表含松散的礫石地區(qū)由于與地面耦和效果不好有高頻強(qiáng)振幅的聲波干擾；隨機(jī)干擾也在原始資料中時(shí)有出現(xiàn)。如何有效去除強(qiáng)振幅的線性噪音和聲波干擾是該次處理的關(guān)鍵。

(3)煤層勘探對(duì)分辨率要求高，戈壁松散砂礫對(duì)地震波高頻成分的吸收衰減作用，致使主頻降低。

(4)工區(qū)面積較大，地表?xiàng)l件和地下結(jié)構(gòu)變化較大，造成資料頻率與振幅差異加大，一致性問題突出。

3.2針對(duì)措施

(1)采用3種靜校正方法進(jìn)行測(cè)試，將單炮記錄和疊加剖面進(jìn)行多方位的對(duì)比，選取合理的靜校正方法和參數(shù)，力爭(zhēng)做到將表層低降速帶引起的誤差降到最低。

(2)該區(qū)資料存在線性干擾，但炮檢點(diǎn)分布較規(guī)則，考慮到線性干擾在三維空間呈圓錐狀分布，首先在共炮線檢波線域消除具有三維特征的線性干擾，然后在炮集消除隨機(jī)干擾，進(jìn)行反褶積后在CMP域再進(jìn)行隨機(jī)干擾的消除。

(3)在提高分辨率的過程中對(duì)反褶積的方法和參數(shù)進(jìn)行仔細(xì)測(cè)試對(duì)比，在保證煤層連續(xù)性的基礎(chǔ)上提高資料分辨率，使處理成果能夠達(dá)到地質(zhì)任務(wù)的要求。

(4)在資料處理過程中時(shí)刻關(guān)注資料的一致性，應(yīng)用三維地表一致性反褶積，解決頻率的不一致，應(yīng)用三維地表一致性振幅補(bǔ)償解決振幅的不一致。

(5)選擇合適的偏移方法和參數(shù)，對(duì)偏移速度也進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

3.3處理成果

二維共獲得地震時(shí)間剖面16條,總長(zhǎng)度92045m，其中Ⅰ類時(shí)間剖面78960m，占85.78%，Ⅰ+Ⅱ類剖面100%,交點(diǎn)閉合良好，均小于3ms。三維獲得平面面積34.56km2的三維數(shù)據(jù)體，其中Ⅰ類剖面面積29.88km2，占86.46%，Ⅰ+Ⅱ類剖面100%。時(shí)間剖面整體上質(zhì)量良好，反射波組分辨率、信噪比較高，深淺層次分明，構(gòu)造現(xiàn)象明顯，空間歸位準(zhǔn)確。B1煤層頂、底板反射波能量強(qiáng)，反射波特征明顯，與煤層厚度、煤層結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)關(guān)系較好?？傊?，資料真實(shí)地反映了地下地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)。

4　地震資料解釋

地震資料解釋工作是在地震解釋工作站上進(jìn)行的。所用軟件具有解釋、繪圖、鉆井?dāng)?shù)據(jù)管理、時(shí)深轉(zhuǎn)換、分析計(jì)算及多窗口、多種方式顯示等功能[5]。使用經(jīng)過高分辨處理的二維、三維地震數(shù)據(jù)體，采用人機(jī)聯(lián)作解釋系統(tǒng)，進(jìn)行層位自動(dòng)追蹤、地震時(shí)間剖面閉合、圖形縮放、正負(fù)相位不同方式顯示等手段多參數(shù)解釋，提高了資料解釋的精度和可靠性。通過多方位顯示可以直觀地看出褶曲形態(tài)。

該次煤層宏觀結(jié)構(gòu)類型主要是煤層一次分叉界限和二次分叉界限的確定(圖1)，煤層宏觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層頂、底板反射波之間夾3～4個(gè)能量較強(qiáng)的反射波，是多層的復(fù)合反射波。采用時(shí)間剖面解釋與波動(dòng)方程正反演相結(jié)合的方法，首先以測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)得到合成記錄，在時(shí)間剖面上以合成記錄為依據(jù)標(biāo)定煤層反射波，進(jìn)行煤層宏觀結(jié)構(gòu)的初步解釋[6]；在煤層一次、二次分叉界限附近，以測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)約束地震數(shù)據(jù)進(jìn)行波動(dòng)方程波阻抗反演，反演的波阻抗具有了鉆孔資料的高分辨特性，較具有波形時(shí)間延續(xù)度的時(shí)間剖面具有更高的分辨率。

圖1　時(shí)間剖面顯示的煤層結(jié)構(gòu)變化

為了提高B1煤層一次分叉合并界限的控制程度，充分利用已知的二維地震資料，對(duì)波阻抗反演剖面之間的二維地震剖面進(jìn)行特殊處理，經(jīng)分析B1煤層分叉合并在瞬時(shí)相位剖面上有顯示，因此，分叉合并邊界附近有地震資料的均做了瞬時(shí)相位處理，利用瞬時(shí)相位與時(shí)間剖面和波阻抗剖面共同圈定B1煤層分叉合并界限。

經(jīng)過該次地震勘探后，進(jìn)一步查明了地層產(chǎn)狀。查明了先期開采地段范圍內(nèi)沒有落差5m以上的斷層，在先期開采地段外圍沒有發(fā)現(xiàn)落差20m以上的斷層，二維地震測(cè)線上沒有發(fā)現(xiàn)落差10m以上的斷點(diǎn)。經(jīng)過該次地震勘探更清晰地反映出煤層底板的起伏變化情況，煤層底板深度更加準(zhǔn)確[7]。

5　結(jié)論

該次二維、三維地震勘探從設(shè)計(jì)、野外數(shù)據(jù)采集到資料處理解釋，每一環(huán)節(jié)都進(jìn)行了充分的論證和質(zhì)量把關(guān)。野外數(shù)據(jù)采集使用儀器先進(jìn)，測(cè)線布置和采用的施工方法正確合理，獲得了高品質(zhì)的原始資料。資料處理參數(shù)測(cè)試充分，處理系統(tǒng)先進(jìn)，處理流程適合該區(qū)特點(diǎn)。特別是做到了現(xiàn)場(chǎng)資料處理解釋，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)處理結(jié)果及時(shí)分析煤層賦存情況、煤層埋藏深度、煤層厚度，指導(dǎo)了鉆探生產(chǎn)，取得了豐富的地震地質(zhì)成果。所用流程、參數(shù)合理，處理成果品質(zhì)高。地震資料解釋用合成地震記錄標(biāo)定反射波地質(zhì)屬性，采用鉆孔標(biāo)定擬合速度進(jìn)行空間歸位，反射波對(duì)比解釋方法正確，主要煤層反射波對(duì)應(yīng)的地質(zhì)層位明確，查明了B1、B12煤層、B11煤層底板的起伏形。充分利用了已有的地質(zhì)資料、井約束反演波阻抗技術(shù)、地震屬性技術(shù)，在煤層宏觀結(jié)構(gòu)上，從正演到反演做了深入的研究分析，圈定了B1煤層一次分叉界限和二次分叉界限，勾繪了B1、B12煤層、B11煤層等厚線圖。綜上所述，該次二維、三維地震勘探圓滿地完成了各項(xiàng)地質(zhì)任務(wù),為煤層儲(chǔ)量計(jì)算和今后的煤礦安全生產(chǎn)提供了技術(shù)保障。

[1]張愛敏.采區(qū)高分辨三維地震勘探[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1997.

[2]劉興金，陳召曦，白錦琳.地震勘探技術(shù)在新疆準(zhǔn)東煤田的應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2010，22(6):59-62.

[3]陸基孟.地震勘探原理[M].北京：石油大學(xué)出版社，2005.

[4]耿春明，王真.山西復(fù)雜山區(qū)煤礦三維地震勘探野外采集方法[J].科技信息,2011,(18):311-312.

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[6]張宏，王松杰，吳興宇，王寶貴.地震資料連片解釋方法研究新疆準(zhǔn)東煤田局部區(qū)域地質(zhì)規(guī)律[J].中國(guó)煤炭地質(zhì),2010,22(9):68-71.

[7]MT/T897-2000.煤炭煤層氣地震勘探規(guī)范[S].

Application of Seismic Exploration in Dajing Mining Area of Zhundong Coalfield

GENG Chunming

(Geophysical Prospecting and Surveying Brigade of Shandong Coal Exploration Bureau, Shandong Tai'an 271021, China)

Accompanying with development of coal resources exploration in western China, seismic exploration has been carried out in east margin of Zhungeer basin. In order to meet the development and construction needs of a large coal mine with an annual output of 20000000 tons in Dajing mining area of Qitai county in Zhungeer coalfield in Xinjiang province, exploration work of three coal wells have been carried out in order to provide geological data for the feasibility study and preliminary design and construction of the mine. According to the development plan, distribution of structures and occurrence condition of coal have been identified by using 3D seismic exploration method in the exploration area, while 2D seismic exploration method is used in other areas. It has good result verified by drilling datas.

Seismic exploration; application; Zhundong coalfield； Dajing mining area; Xinjiang Uygur Autonomous Region

2014-09-17；

2014-12-01；編輯：曹麗麗

耿春明(1981—)，男，山東泰安人，高級(jí)工程師，主要從事地震資料的采集處理工作；E-mail：springandswallow@163.com

P631.4

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