地震勘探技術在準東三井田定量解釋中的應用

曾愛平

(山東省煤田地質局物探測量隊，山東 泰安　271021)

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地震勘探技術在準東三井田定量解釋中的應用

曾愛平

(山東省煤田地質局物探測量隊，山東 泰安271021)

通過二維、三維地震勘探結合地震正演數值模擬及波阻抗反演結果來預測新疆準東煤田大井礦區三井田B1煤層結構，定量解釋了B1煤層一次分叉合并區范圍，并準確預測了一次分叉合并區0.8～2m厚的夾矸的范圍。經過鉆孔驗證，該方法精度高，為礦井開采及巷道布設提供了準確的地震地質資料。

復煤層；夾矸；正演數值模擬；波阻抗反演；地震勘探；準東煤田；新疆

引文格式：曾愛平.地震勘探技術在準東三井田定量解釋中的應用[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.

煤層賦存狀態對巷道的布置、回采工藝、工作面的單產和回采率等有重要的影響，煤層的分叉合并對煤層的開采、采掘機械的選擇和原煤質量都存在一定的影響，當分叉合并區內夾矸較薄難以分采時，將嚴重影響原煤開采質量[1]。因此在煤田地質勘探階段，查明煤層結構，對礦井設計和煤礦生產具有非常重要的意義。

1　數據采集與處理階段

1.1區域地質和地球物理特征

新疆準東煤田奇臺縣大井礦區三井田設計為年產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^位于準東煤田中段，處于大井—將軍廟凹陷構造的北緣，克拉麥里山南麓山前一帶，按傳統觀點，其大地構造位置在準噶爾地臺東緣的槽臺過渡帶內。受沉積基底構造的控制，準噶爾大型中新生代聚煤盆地在該地區形成一系列鼻狀背斜和簸箕狀向斜相間的裙邊構造形態。

勘查區內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、合并現象。根據鉆孔控制和地震解釋成果，井田總體地層走向為NW—NWW，傾向S—SW的單斜構造形態，地層傾角較緩，一般在1°～3°左右。井田內未發現斷層，構造屬于簡單類型。

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

1.2高分辨率地震數據獲取

按照設計要求，對野外數據采集現場進行實時處理和質量反饋，確保野外質量，全區二維、三維地震數據采集原始資料的甲級率超過70%。經過最終處理，該區Ⅰ類時間剖面占86%，無Ⅲ類剖面。野外數據采集和室內數據處理為全區地震成果精細解釋打下基礎。

2　煤層結構與地震波型特征分析

通過合成地震記錄標定該區B1煤層反射波的波形特征與煤層宏觀結構有關，大致分3種類型：

2.1合并區波形特征

單煤層區，煤層結構簡單，僅有很薄的夾石。其波形特征表現為煤層頂、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煤層宏觀結構和反射波的波形特征

2.2B1煤層分叉區

B1煤層分叉為B11煤層和B12煤層。雙煤層區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頻率較高能量較強的反射波；薄夾層在煤層頂、底板反射波之間形成一個頻率較高能量較弱的反射波(圖1-b)。

2.3多煤層區

B1煤層分叉為多個煤層，煤層宏觀結構復雜，煤層頂、底板反射波之間夾3～4個能量較強的反射波，反射波的強弱、多少與巖層夾矸的厚薄及巖性有關(圖1-c)。

3　B1煤層一次分叉合并區及夾矸厚度定量解釋

一次分叉合并區的定量解釋，首先以測井數據得到合成記錄，在時間剖面上以合成記錄為依據標定煤層反射波，進行煤層宏觀結構的初步解釋；再以正演數值模擬結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，以測井數據約束地震數據進行波動方程波阻抗反演，反演的波阻抗具有了鉆孔資料的高分辨特性，較具有波形時間延續度的時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，對相應的二維、三維地震剖面進行瞬時相位處理顯示，利用瞬時相位與時間剖面和波阻抗剖面共同圈定B1煤層一次分叉合并界限。

正演得出地震時間剖面與實際地震剖面進行對比解釋，分辨出地震時間剖面的分叉點為視分叉點，可分辨的煤層夾矸厚度約在0.8～1m左右。

以測井數據得到合成記錄，以測井數據約束地震數據進行波動方程波阻抗反演，反演的波阻抗具有了鉆孔資料的高分辨特性，較具有波形時間延續度的時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應關系，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。

圖2顯示為通過對勘探區內某條地質剖面進行正演模擬、地震時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　驗證情況

該次二三維地震勘探之后，施工了60個鉆孔，其中3個孔專為驗證地震資料解釋的B1煤層一次分叉合并邊界，其余57個鉆孔驗證了以往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。驗證解釋成果鉆孔中只有1個孔的解釋B1煤層底板深度誤差2.82%(絕對誤差4.73m)，其余的孔深度誤差均小于1%，精度非常高。

4.1ZK0019號鉆孔預測精度分析

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,地震預測B1煤層上分層厚于下分層，與實際鉆孔揭露情況吻合，一次分叉界限的擺動范圍在20m，地震預測精度高(表1)。

圖2　B1煤層一次分叉合并界限解釋

表1　ZK0019號鉆孔驗證情況

4.2ZKW0212號鉆孔驗證資料

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,地震預測B1煤層上分層厚于下分層，與實際鉆孔揭露情況吻合，分叉界限的擺動范圍在51m,地震預測精度高。

4.3ZKJ0011號鉆孔驗證資料

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,地震預測B1煤層上分層厚于下分層，與實際鉆孔揭露情況吻合，分叉界限的擺動范圍在67m,地震預測精度高。

5　結語

該次勘探需要地震解決的主要問題之一是西山窯組B1煤層宏觀結構和厚度變化。以二維、三維地震勘探為基礎，應用正演數值模擬和波阻抗反演等技術，很好地預測了三井田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基礎。在準東煤田復煤層的定量解釋中具有很好的推廣價值。

[1]魏迎春.煤層穩定性定量評價模型探討[J].中國礦業，2010，9(9)：89-91.

[2]俞壽朋.高分辨率地震勘探[M].北京：石油工業出版社，1993.

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

[4]張永剛.地震波場數值模擬方法[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方程正演模擬[J].勘探地球物理進展,2006，29(3):187-191.

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

[7]姚姚.地球物理反演基本理論與應用方法[M].武漢：中國地質大學出版社，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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