張文炤，李 歡

(1.河南卓越建設(shè)工程有限公司，河南 鄭州 450016；2.湖南省煤田地質(zhì)局 第五勘探隊(duì)，湖南 郴州 423000)

隨著對(duì)煤層勘探精度要求的不斷提高，三維地震勘探已經(jīng)成為煤田地質(zhì)勘探中不可缺少的一部分[1-3]。地震勘探最為能源與資源的勘探中一種較為常用的地球物理手段，在我國(guó)西部地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用。地震勘探利用不同的巖石、煤層之間表現(xiàn)出一定物理特征的差異，尤其是巖石彈性特征的差異，以人工的方式，在地表發(fā)射1個(gè)地震波，通過(guò)研究地震波在通過(guò)不同地質(zhì)體所產(chǎn)生的反射波差異，利用地下界面的反射與折射原理，了解地震波在地層中的傳播規(guī)律及變化特點(diǎn)，最終解釋這種變化特征來(lái)反映地層及構(gòu)造的一種地質(zhì)手段[4-6]。目前我國(guó)較為常用的地震勘探是二維、三維并行，以三維地震為主。其中，三維地震勘探是有動(dòng)力學(xué)、信號(hào)傳輸學(xué)等多學(xué)科交叉形成的高精尖技術(shù)，與其他物探手段相比，能更加精確地得到地下地層及構(gòu)造的信息[7-8]。在煤田地質(zhì)構(gòu)造勘探、煤層分布特點(diǎn)及瓦斯附存特征等方面有著良好的效果[9-11]。本文通過(guò)對(duì)新疆沙吉海一號(hào)井田進(jìn)行三維地震勘探的研究工作，進(jìn)而查明沙吉海一號(hào)井田的煤層的賦存特征，了解煤層的平面展布與煤層厚度的變化規(guī)律，為井田的下一步開(kāi)發(fā)提供重要依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

新疆沙吉海煤田位于新疆阿勒泰市西南部，屬和布克賽爾蒙古自治縣管轄。其北部為準(zhǔn)噶爾盆地，南部為謝米斯臺(tái)山，具有典型的低山丘陵地貌。大地構(gòu)造位置屬準(zhǔn)噶爾—天山褶皺系(Ⅰ級(jí))，西南準(zhǔn)噶爾優(yōu)地槽褶皺帶(Ⅱ級(jí))的和什托洛蓋拗陷(Ⅲ級(jí))(圖1)。沙吉海一號(hào)井田位于準(zhǔn)噶爾盆地的西北部，和什托洛蓋和什東—沙吉海礦區(qū)的東部[12-13]。

圖1 沙吉海一號(hào)井田區(qū)域位置Fig.1 No.1 Mine Field of Shajihai Area

2 三維地震勘探

2.1 研究區(qū)地質(zhì)條件

沙吉海一號(hào)井田地處中亞腹地，海拔為+800～+1 062 m，屬低山丘陵地貌，東南部為戈壁荒原。區(qū)內(nèi)氣候干燥少雨，為典型的大陸性干旱氣候，井田典型地貌如圖2所示。為了對(duì)研究區(qū)開(kāi)展三維地震勘探的研究工作，將井田地質(zhì)條件分為2類(lèi)進(jìn)行討論：①淺層地震地質(zhì)條件；②中、深部地震地質(zhì)條件。

圖2 井田典型地貌特征Fig.2 Typical landform features of mine fields

(1)淺層地震地質(zhì)條件。主要包括上更新統(tǒng)—全新統(tǒng)洪積層和全新統(tǒng)洪積層，無(wú)潛水面。前者主要分布于井田南部，由礫石、砂、泥等構(gòu)成，底部呈半膠結(jié)狀態(tài)，表面被戈壁礫石覆蓋；全新統(tǒng)洪積層斷續(xù)分布在沖溝中，由混雜堆積的砂、礫石和少量黃土構(gòu)成。松散的第四系地層對(duì)地震波的高頻成分有嚴(yán)重的吸收衰減作用，井田西北部礫石發(fā)育，地層速度橫向變化大，對(duì)地震波運(yùn)動(dòng)學(xué)特征帶來(lái)很大影響。

2.2 三維地震勘探參數(shù)

此次研究所選取的三維地震勘探儀器為Sercel系列Nomad65可控震源激發(fā)，單臺(tái)最大出力32 t，最低頻率4 Hz。本次采用高靈敏度的DSU-1全頻數(shù)字檢波器進(jìn)行接收，全部進(jìn)行挖坑埋置，增強(qiáng)檢波器的耦合程度，降低隨機(jī)干擾，保證數(shù)據(jù)采集品質(zhì)。三維地震采用12線6炮制束狀觀測(cè)系統(tǒng)，共完成三維束線9束，三維地震生產(chǎn)物理點(diǎn)1 238個(gè)。數(shù)據(jù)資料處理的校正采用折射靜校正法，將地表高差和表層低降速帶導(dǎo)致的差異降到最小。

圖3 ZK1004鉆孔合成記錄Fig.3 Composite record of ZK1004 drilling

3 三維地震勘探在煤田中的應(yīng)用

地震反射波的對(duì)比是以地震時(shí)間剖面為基礎(chǔ)，從已知鉆孔出發(fā)，根據(jù)相鄰地震道反射波的波形相似性、同相性、連續(xù)性、振幅和頻率特征及多波組之間的相互關(guān)系等多種參數(shù)進(jìn)行對(duì)比和追蹤，從而大大提高了波組對(duì)比的可靠性。在構(gòu)造復(fù)雜地段，加密解釋測(cè)線的密度，使得對(duì)比解釋結(jié)果準(zhǔn)確可靠，為進(jìn)行構(gòu)造、煤層解釋提供了有利條件。

以標(biāo)準(zhǔn)反射波為主要解釋對(duì)象，在地震時(shí)間剖面上進(jìn)行對(duì)比解釋。根據(jù)反射波同相軸振幅、波形特征、波組關(guān)系、時(shí)差等，確定斷點(diǎn)位置。斷點(diǎn)的特征為同相軸明顯錯(cuò)斷或較小落差的斷層在地震時(shí)間剖面上往往表現(xiàn)為同相軸的扭曲、分叉、產(chǎn)狀突變、能量突然變?nèi)醯?。以?biāo)準(zhǔn)反射波為主要解釋對(duì)象，在地震時(shí)間剖面上進(jìn)行對(duì)比解釋?zhuān)鶕?jù)反射波同相軸振幅、波形特征、波組關(guān)系、時(shí)差等，確定目標(biāo)點(diǎn)位置。在時(shí)間剖面上斷層表現(xiàn)為同相軸中斷、錯(cuò)動(dòng)、強(qiáng)相位轉(zhuǎn)換、反射波消失、同相軸驟然增多、或發(fā)生同相軸扭曲和頻率突變等，上述地震地質(zhì)現(xiàn)象是識(shí)別目標(biāo)點(diǎn)位的依據(jù)。

3.1 煤層的水平展布特征

圖4 三維IL1216線時(shí)間剖面解釋Fig.4 Time profile explanatory diagram three-dimensional IL1216 line

圖5 三維XL1110線時(shí)間剖面解釋Fig.5 Time profile explanatory diagram three-dimensional IL1110 line

T10地震反射波是B10煤層底板形成的反射波，B10煤層為主采煤層，為穩(wěn)定煤層，全區(qū)可采。T10波能量強(qiáng)，反射波連續(xù)，全區(qū)可連續(xù)追蹤。水平切片則是同一時(shí)間上各地質(zhì)界面的地震響應(yīng)特征，它代表了某一地質(zhì)界面的空間展布情況，可以用來(lái)進(jìn)行地質(zhì)界面的平面追蹤解釋。B10煤層反射波順層切片如圖6所示，基本反映了煤層的水平展布特征。

圖6 B10煤層反射波順層切片F(xiàn)ig.6 Reflected wave oriented slice of B10 coal seam

T6地震反射波是B6煤層為主形成的反射波，B6煤層和B7煤層間距較小，大部分地段2層煤的反射疊加在一起，形成主頻偏低、能量變化較大的復(fù)合波，由于受到上覆厚煤層的能量屏蔽，T6波能量偏弱，連續(xù)性稍差，但全區(qū)能連續(xù)追蹤。

T1地震反射波是B1煤層底板形成的反射波，B1煤層為穩(wěn)定煤層，煤層埋藏深度較大，受上覆煤層的能量屏蔽，T1波能量偏弱，連續(xù)性稍差，全區(qū)大部分能連續(xù)追蹤。

3.2 煤層厚度解釋

圖7 煤層反射波振幅與煤層厚度關(guān)系曲線Fig.7 Coal seam reflection wave amplitude and thickness relationship curve

在勘查過(guò)程中，影響地震波振幅與能量因素較多。在表層條件、激發(fā)與接收條件不穩(wěn)定時(shí)，如果資料處理保真度差，時(shí)間剖面上反射波振幅或能量的變化就不能準(zhǔn)確地反映薄層厚度的變化，甚至完全淹沒(méi)了厚度的變化。同時(shí)，煤層厚度與反射波振幅或能量的這種近似線性關(guān)系，只是在一定的厚度、反射系數(shù)及波長(zhǎng)條件下成立的。因此，在用振幅法預(yù)測(cè)煤厚也只能是定性預(yù)測(cè)煤層厚度變化趨勢(shì)[15-16]。

此次研究對(duì)三維區(qū)地震資料運(yùn)用反演方法對(duì)煤厚進(jìn)行預(yù)測(cè)，提高了煤層厚度解釋精度。基本原理是利用測(cè)井資料和地震數(shù)據(jù)建立煤厚—地震振幅對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用煤層反射地震振幅數(shù)據(jù)的連續(xù)性進(jìn)行煤厚預(yù)測(cè)，可以較好地進(jìn)行煤層厚度解釋。依據(jù)B10煤層的地震反射特征及反射波順層切邊圖，反演煤層厚度特征圖(圖8)，最終達(dá)到厚度預(yù)測(cè)的效果。

圖8 三維區(qū)B10煤層厚度定量解釋Fig.8 Quantitative interpretation of B10 coal seam thickness in 3D area

4 結(jié)論

(2)通過(guò)統(tǒng)計(jì)、研究沙吉海一號(hào)井田煤層厚度與反射波振幅的變化規(guī)律，利用煤層的反射波特征及反射波順層切片，反演煤層厚度的變化特征。