曾愛平

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

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地震勘探技術(shù)在準(zhǔn)東三井田定量解釋中的應(yīng)用

曾愛平

(山東省煤田地質(zhì)局物探測量隊(duì)，山東 泰安271021)

通過二維、三維地震勘探結(jié)合地震正演數(shù)值模擬及波阻抗反演結(jié)果來預(yù)測新疆準(zhǔn)東煤田大井礦區(qū)三井田B1煤層結(jié)構(gòu)，定量解釋了B1煤層一次分叉合并區(qū)范圍，并準(zhǔn)確預(yù)測了一次分叉合并區(qū)0.8～2m厚的夾矸的范圍。經(jīng)過鉆孔驗(yàn)證，該方法精度高，為礦井開采及巷道布設(shè)提供了準(zhǔn)確的地震地質(zhì)資料。

復(fù)煤層；夾矸；正演數(shù)值模擬；波阻抗反演；地震勘探；準(zhǔn)東煤田；新疆

引文格式：曾愛平.地震勘探技術(shù)在準(zhǔn)東三井田定量解釋中的應(yīng)用[J].山東國土資源，2015,31(6)：52-55. ZENG Aiping. Application of Seismic Exploration Technology in Quantitative Interpretation of No.3 Coal Well in Zhundong Area[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(6):52-55.

煤層賦存狀態(tài)對(duì)巷道的布置、回采工藝、工作面的單產(chǎn)和回采率等有重要的影響，煤層的分叉合并對(duì)煤層的開采、采掘機(jī)械的選擇和原煤質(zhì)量都存在一定的影響，當(dāng)分叉合并區(qū)內(nèi)夾矸較薄難以分采時(shí)，將嚴(yán)重影響原煤開采質(zhì)量[1]。因此在煤田地質(zhì)勘探階段，查明煤層結(jié)構(gòu)，對(duì)礦井設(shè)計(jì)和煤礦生產(chǎn)具有非常重要的意義。

1　數(shù)據(jù)采集與處理階段

1.1區(qū)域地質(zhì)和地球物理特征

新疆準(zhǔn)東煤田奇臺(tái)縣大井礦區(qū)三井田設(shè)計(jì)為年產(chǎn)2000萬t大型礦井，井田西山窯組B1煤層為巨厚主采煤層?？辈閰^(qū)位于準(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，按傳統(tǒng)觀點(diǎn)，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)。

勘查區(qū)內(nèi)分布的地層有三疊系、侏羅系、白堊系、第四系，主采煤層為侏羅紀(jì)西山窯組的B1煤層，該煤層分布范圍大，沿走向及傾向厚度、層間距變化均較大，煤層有分叉、合并現(xiàn)象。根據(jù)鉆孔控制和地震解釋成果，井田總體地層走向?yàn)镹W—NWW，傾向S—SW的單斜構(gòu)造形態(tài)，地層傾角較緩，一般在1°～3°左右。井田內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷層，構(gòu)造屬于簡單類型。

勘查區(qū)地勢呈北西高南東低，地貌形態(tài)為殘丘狀剝蝕平原與戈壁，高差超300m，無潛水，松散的第四系對(duì)地震波的高頻成分有嚴(yán)重的吸收衰減作用，部分地段行車?yán)щy，因此地表地震條件較復(fù)雜。由于地層結(jié)構(gòu)簡單，主要可采煤層以上無強(qiáng)反射層覆蓋；主要目的層為巨厚單煤層區(qū)，煤層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜；較厚煤層頂、底板能分別形成較強(qiáng)反射波，克服地表復(fù)雜條件，該區(qū)具備高精度三維地震勘探的條件[2]。

1.2高分辨率地震數(shù)據(jù)獲取

按照設(shè)計(jì)要求，對(duì)野外數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和質(zhì)量反饋，確保野外質(zhì)量，全區(qū)二維、三維地震數(shù)據(jù)采集原始資料的甲級(jí)率超過70%。經(jīng)過最終處理，該區(qū)Ⅰ類時(shí)間剖面占86%，無Ⅲ類剖面。野外數(shù)據(jù)采集和室內(nèi)數(shù)據(jù)處理為全區(qū)地震成果精細(xì)解釋打下基礎(chǔ)。

2　煤層結(jié)構(gòu)與地震波型特征分析

通過合成地震記錄標(biāo)定該區(qū)B1煤層反射波的波形特征與煤層宏觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，大致分3種類型：

2.1合并區(qū)波形特征

單煤層區(qū)，煤層結(jié)構(gòu)簡單，僅有很薄的夾石。其波形特征表現(xiàn)為煤層頂、底板反射波明顯分開，頂波、底波之間為較弱反射(圖1-a)。

圖1　B1煤層宏觀結(jié)構(gòu)和反射波的波形特征

2.2B1煤層分叉區(qū)

B1煤層分叉為B11煤層和B12煤層。雙煤層區(qū)指煤層中含一層巖石夾層，即煤層分為上下兩層。厚夾層在煤層頂、底板反射波之間形成一個(gè)頻率較高能量較強(qiáng)的反射波；薄夾層在煤層頂、底板反射波之間形成一個(gè)頻率較高能量較弱的反射波(圖1-b)。

2.3多煤層區(qū)

B1煤層分叉為多個(gè)煤層，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，反射波的強(qiáng)弱、多少與巖層夾矸的厚薄及巖性有關(guān)(圖1-c)。

3　B1煤層一次分叉合并區(qū)及夾矸厚度定量解釋

一次分叉合并區(qū)的定量解釋，首先以測井?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；再以正演數(shù)值模擬結(jié)果來分析煤層反射波波形特征，建立波阻抗反演的初始模型[3-5]，在煤層一次分叉合并界限附近，以測井?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[6]；最后為了提高B1煤層一次分叉合并界限的控制程度，對(duì)相應(yīng)的二維、三維地震剖面進(jìn)行瞬時(shí)相位處理顯示，利用瞬時(shí)相位與時(shí)間剖面和波阻抗剖面共同圈定B1煤層一次分叉合并界限。

正演得出地震時(shí)間剖面與實(shí)際地震剖面進(jìn)行對(duì)比解釋，分辨出地震時(shí)間剖面的分叉點(diǎn)為視分叉點(diǎn)，可分辨的煤層夾矸厚度約在0.8～1m左右。

以測井?dāng)?shù)據(jù)得到合成記錄，以測井?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[7]。

在合成記錄上測井曲線、合成記錄、井旁記錄與反演剖面、鉆孔柱狀有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這為在工作站上定性解釋煤層分層與夾層提供了可靠的依據(jù)。

圖2顯示為通過對(duì)勘探區(qū)內(nèi)某條地質(zhì)剖面進(jìn)行正演模擬、地震時(shí)間剖面以及波阻抗反演綜合分析，定量解釋B1煤層一次分叉合并界限。

4　驗(yàn)證情況

該次二三維地震勘探之后，施工了60個(gè)鉆孔，其中3個(gè)孔專為驗(yàn)證地震資料解釋的B1煤層一次分叉合并邊界，其余57個(gè)鉆孔驗(yàn)證了以往3線以西勘探階段的地震解釋成果和3線以東普查階段的地震解釋成果。驗(yàn)證解釋成果鉆孔中只有1個(gè)孔的解釋B1煤層底板深度誤差2.82%(絕對(duì)誤差4.73m)，其余的孔深度誤差均小于1%，精度非常高。

4.1ZK0019號(hào)鉆孔預(yù)測精度分析

B1煤層上分層底板深度誤差2.75m,厚度誤差0.60m，B1下分層底板深度誤差1.60m，厚度誤差0.30m；B1煤層中間夾矸厚度1.15m,地震預(yù)測B1煤層上分層厚于下分層，與實(shí)際鉆孔揭露情況吻合，一次分叉界限的擺動(dòng)范圍在20m，地震預(yù)測精度高(表1)。

圖2　B1煤層一次分叉合并界限解釋

表1　ZK0019號(hào)鉆孔驗(yàn)證情況

4.2ZKW0212號(hào)鉆孔驗(yàn)證資料

B1煤層上分層底板深度誤差3.40m,厚度誤差0.90m；B1煤層下分層底板深度誤差0.25m，厚度誤差0.45m；B1煤層中間夾石厚度0.30m,地震預(yù)測B1煤層上分層厚于下分層，與實(shí)際鉆孔揭露情況吻合，分叉界限的擺動(dòng)范圍在51m,地震預(yù)測精度高。

4.3ZKJ0011號(hào)鉆孔驗(yàn)證資料

B1煤層上分層底板深度誤差3.80m,厚度誤差0.55m；B1煤層下分層底板深度誤差0.70m，厚度誤差0.60m；B1煤層中間夾石厚度1.60m,地震預(yù)測B1煤層上分層厚于下分層，與實(shí)際鉆孔揭露情況吻合，分叉界限的擺動(dòng)范圍在67m,地震預(yù)測精度高。

5　結(jié)語

該次勘探需要地震解決的主要問題之一是西山窯組B1煤層宏觀結(jié)構(gòu)和厚度變化。以二維、三維地震勘探為基礎(chǔ)，應(yīng)用正演數(shù)值模擬和波阻抗反演等技術(shù)，很好地預(yù)測了三井田B1煤層夾矸厚度變化趨勢，精確圈定了B1煤層一次分叉合并位置，為礦井開拓打下良好的地質(zhì)基礎(chǔ)。在準(zhǔn)東煤田復(fù)煤層的定量解釋中具有很好的推廣價(jià)值。

[1]魏迎春.煤層穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)模型探討[J].中國礦業(yè)，2010，9(9)：89-91.

[2]俞壽朋.高分辨率地震勘探[M].北京：石油工業(yè)出版社，1993.

[3]蔡成國.塔河油田三疊系儲(chǔ)層地震正演模擬及應(yīng)用研究[J].石油天然氣學(xué)報(bào)(江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào))，2008，6(3)：92-95.

[4]張永剛.地震波場數(shù)值模擬方法[J].石油物探,2003,42(2):128-143.

[5]閔小剛.塔河油田孔洞模型的波動(dòng)方程正演模擬[J].勘探地球物理進(jìn)展,2006，29(3):187-191.

[6]李慶忠．走向精確勘探的道路[M]．北京：石油工業(yè)出版社，1993：45-58．

[7]姚姚.地球物理反演基本理論與應(yīng)用方法[M].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2002.

Application of Seismic Exploration Technology in Quantitative Interpretation of No.3 Coal Well in Zhundong Area

ZENG Aiping

(Geophysical Prospecting and Surveying Team of Shandong Provincial Bureau of Coal Geology, Shandong Tai'an 271021, China)

Through second and third seismic exploration method, combining with the forword numerical simulation and wave impedance inverson, structures of B1 coal strata in No.3 coal well in Dajing coal mine of Zhundong coal field in Xinjiang have been predicated, bifurcation and combination scope of B1 coal strata has been primarily explained quantitatively, and the range of 0.8～2.0m thickness of gangue in B1 coal strata has been accurately forecasted. After drilling verification, it is regarded that this method is feasible with high precision. It will provide accurate seismical geologica data for coal mine.

Complex coal strata; gangue bearing; forword numerical simulation; wave impedance inverson; seismic exploration; Zhundong coal mine; Xinjiang Uygur Autonomous Region

2014-09-12；

2014-12-01；編輯：曹麗麗

曾愛平(1983—)，男，江西都昌人，工程師，主要從事地球物理勘查工作；E-mail:zaip626@sohu.com

P631.4

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