利用三維地震資料研究夾河煤礦煤層厚度

孫立新

(山東省煤田地質局物探測量隊，山東 泰安　271021)

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利用三維地震資料研究夾河煤礦煤層厚度

孫立新

(山東省煤田地質局物探測量隊，山東 泰安271021)

夾河煤礦位于徐州市西北部，設計生產能力為140萬t/a，新構造活動不強，構造穩定性較好。通過對礦區地震特征、煤儲層特征分析，認為區內煤層穩定且儲量大，該文以夾河煤礦為例，利用常規解釋方法和地震屬性參數技術解釋了2煤層的煤層厚度，分析了地震屬性剖面及煤層厚度圖的成圖方法，從而找出煤層厚度的變化規律，取得了較好的地質效果，為礦井采掘提供高精度地震勘探資料。

煤層厚度；反射波；瞬時振幅；瞬時頻率；徐州市夾河煤礦

引文格式：孫立新.利用三維地震資料研究夾河煤礦煤層厚度[J].山東國土資源，2015,31(12)：58-61.SUN Lixin . Study on Coal Thickness in Jiahe Coal Mine by Using 3D Seismic Datas[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(12)：58-61.

0　引言

隨著高產高效礦井的建設和投產，越來越多的大型綜采機組得到廣泛應用。因此，對煤田地質工作提出了更高的要求，除了查明采區內的細微構造外，還要求盡可能提供煤層厚度變化的信息，傳統的煤層厚度計算是利用鉆孔資料的對比、內插外推獲得煤層厚度變化趨勢平面圖，由于鉆孔的數量有限，所以其計算的煤層厚度值可信度很低，特別是在煤層變焦、沖刷、巖吞、火吞區域，鉆孔的網度也直接影響到煤層厚度的變化趨勢。例如趙樓礦首采區三維地震勘探中，鉆孔網度較稀約1km×2km，根據鉆孔JB-1(3：4.65m)和138孔(8.20m)內插外推后其煤層厚度在1301工作面的F18點和P9點之間厚度為5.7m，而實際揭露厚度為4.17m，兩鉆孔距離為1032m，實際煤層厚度比設計煤層厚度變薄了1.53m，給煤礦生產帶來很大的影響。

該文通過研究三維地震資料的反射波特征變化規律，并從數據體中提取地震屬性參數結合鉆孔進行了煤厚預測，提高了預測精度，取得了較好的地質效果，下面以夾河煤礦為例利用三維地震資料研究2煤層厚度。

1　地質概況

1.1勘探區地質特征

夾河煤礦位于徐州市西北九里區境內，距徐州市約11km，三維地震工作區為故黃河泛濫形成的沖積平原，地勢較為平坦，地面標高一般為+37.0～+43.0m。與礦井生產有關的含煤地層，按其沉積順序先后為中石炭世本溪組、石炭二疊紀太原組、二疊紀山西組、二疊紀石盒子群、三疊紀石千峰群、第四系。夾河井田位于徐州復背斜九里山向斜S翼中段。井田總體為一走向NE、傾向NW的單斜構造，但地層產狀沿走向、傾向變化較大，區內煤層深部地質鉆探網度不足，構造控制不明，煤層賦存不詳。該區可采和局部可采煤層共7層。主要可采煤層為2，7煤①。

1.2地震數據采集處理解釋

(1)野外采集。采用束狀8線15炮制中點發炮的三維觀測系統，單井激發，井深16m，藥量2.0kg，采用4個60HZ的檢波器組合接收，覆蓋次數24次，GDP網格10m×10m，使用SN388型遙測數字地震儀，采樣間隔0.5ms，記錄時間2.0s。記錄成品率100%，甲級率76.70%①。

(2)地震數據處理。該區地震資料使用美國SUN公司BLADE2000工作站、綠山折射靜校正處理軟件及法國CGG公司軟件進行處理的，采用疊前時間偏移和拓頻處理方法獲得了三維空間歸位良好，比較真實的地質構造特征。

(3)地震資料解釋。在解釋工作站上以人機交互聯作的方式進行。根據該區的地質規律及目的層反射波對區內的斷層、褶曲等地質異常進行了解釋。根據反射波特征研究煤層厚度變化，以進一步提高斷層、褶曲等地質異常的解釋精度。

2　煤層厚度解譯

地震屬性的提取，首先根據理論與模型研究成果，提取振幅類、頻譜統計類、復地震道類屬性，基于相關的地震屬性初選與分析，對井旁地震記錄的煤層厚度與優選的地震屬性數據進行歸一化處理，然后計算煤厚與地震屬性之間相關系數，最終選擇與煤厚相關系數階較大的屬性，形成了模型用的地震屬性集[1]。該次煤層厚度的預測中充分利用了反射波均方根振幅屬性參數，研究了2煤層厚度。采用Landmark公司Poststack的PAL屬性提取模塊，沿2煤層8ms時窗作為提取屬性分析時窗，為了保證各個屬性的相對獨立性和算法的穩定性，進行地震屬性的互相關分析。利用鉆孔資料，計算出煤層厚度與地震屬性相關系數，經與鉆孔數據比較發現該區的均方根振幅與煤厚有較大的相關性[2]，2煤層反射波命名為T2波，T2反射波由2個正相位組成，當煤層厚度增大時，2個正相位之間間距變小；反之，間距變大，因而T2波的不同相位特征反映了2煤層厚度變化。

2.1煤層厚度分析

該區2煤層反射波由2個相位組成，如圖1，2，3所示；對應2煤層的反射波能量較強，2個正相位之間的時差為22～24ms；在圖1中厚煤層區23-12孔位置處，2煤層厚度為5.62m，2個正相位之間間距為22ms,在圖2，3中；2煤層厚度逐漸變薄，2個正相位之間間距也逐漸增大到24ms。圖2中24-9孔位置2煤層厚度為5.35m，圖3中26-9孔位置2煤層厚度為5.09m。圖4中26-6孔位置2煤層厚度為3.73m，圖5中26-1孔位置2煤層厚度為4.66m，2個正相位之間間距為29ms。

圖1　23-12孔2煤層厚度圖示(2煤厚5.62m)

圖2　24-9孔2煤層厚度圖示(2煤厚5.35m)

圖3　26-9孔2煤層厚度圖示(2煤厚5.09m)

圖4　26-6孔2煤層厚度圖示(2煤厚3.73m)

圖5　26-1孔2煤層厚度圖示(2煤厚4.66m)

2.2地震屬性法進行煤厚綜合預測

該區2煤層厚度一般為4～6m左右，煤層的波阻抗與其圍巖的波阻抗相比有著明顯的差別，在地震記錄上表現為較強的煤層反射波，且煤層厚度小于反射波主波長的四分之一。從地震勘探垂向分辨率定義的角度來看屬于“薄層”范疇[3]，薄層反射波是一種復合波，不可能根據時差來確定其上下界面，可根據煤層反射波動力學特征(振幅等)來解釋煤層厚度[4]。

用薄層的振幅相應來定義垂向分辨率，當薄層的厚度較大時，薄層的上下界面的兩個反射子波在時間剖面上可以分辨，隨著厚度逐漸變薄，兩波時差變小，波形逐漸靠攏；當兩個波的時差為二分之一周期時(△t=T/2)，兩波必然同相軸疊加，出現相干加強，使合成震動振幅比單個反射增強，此時的振幅稱作調諧振幅。△t=2△h/v;△h=λ/4;可見調諧振幅對應的地層厚度為四分之一波長，稱為調諧厚度。一般把縱波的四分之一波長作為分辨率的極限值。從上面分辨率的討論可知，地震波的頻率越高(一般指優勢頻率或主頻)，它的延續時間就越短，波長越小，分辨率越高。

振幅法預測薄煤層厚度原理：當薄層厚度小于地震主波長的四分之一時，地震波的振幅與薄層厚度近似成正比，突破了純幾何方法求取反射波厚度的界限，從動力學特點出發，給出了薄層定量化的具體定義。根據該區煤層賦存特征和薄層定義，2煤層(薄層)的厚度與煤層反射波的振幅成近似的線性關系；在Sun3.8解釋系統中拾取反射波振幅，利用已知鉆孔所見煤層厚度的資料進行標定，進而求取煤層的厚度曲線值。基本步驟：①用偏移后的不加修飾及振幅歸一化等處理的純波三維數據體；②根據2和7煤層追蹤的對應反射波相位，拾取真振幅；③去除人為、地形等干擾因素影響后，用鉆孔進行標定；④人工進行調整、修改，同時用鉆孔煤厚進行檢查。

3　結語

煤層在地震勘探中屬于薄層，對于煤田采區勘探，多數煤層厚度小于10m(一般為1～6m)，從煤田地震勘探的角度來看，與煤層反射主波長λ(45m左右)相比，煤層厚度小于λ/4，頂底板反射不能分離，形成復合波，屬于薄層范疇[5]。煤層厚度的分析研究對煤礦高效安全生產及開采設備選擇具有重要的實際意義，因而在實際預測工作中，要充分將各種不同的方法進行綜合運用，使得薄煤層厚度的預測越來越精確。

三維地震勘探所形成的數據體包含了豐富的地質信息，充分利用數據體信息，提取其各種屬性參數，可以用于研究各種地層巖性。反射波振幅屬性與煤層厚度具有較好的相關性，提取、分析反射波振幅屬性可以大大提高煤層厚度研究精度。該方法應用于夾河煤礦煤層厚度研究，獲得了更加可靠的厚度變化趨勢資料，并得到較好的驗證。

[1]胡宗正，郭良紅，林建東.三維地震屬性參數在煤層厚度預測中的應用[J].中國煤田地質，2008，20(6)：56-58.

[2]熊章強，方跟顯.淺層地震勘探[M].北京：地震出版社，2002，32-38.

[3]俞壽朋.高分辨率地震勘探[M].北京：石油工業出版社，1992.

[4]孫立新，鮑懷偉.地震屬性技術在煤層變焦解釋中的應用[J].山東煤炭科技，2014,(9):148-150.

[5]吳奕峰，孟凡彬.利用地震屬性預測煤層厚度及古河流沖刷帶的方法[J].中國煤田地質，2010，22(10)：52-56.

Study on Coal Thickness in Jiahe Coal Mine by Using 3D Seismic Datas

SUN Lixin

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

Jiahe coal mine locates in the northwest of Xuzhou city. Its designed capacity is 1.4 millon tons every year. New structural activities are not strong and structures are stable. Through analysis on seismic characteristics and coal reservoir characteristics in mining area, it is considered that coal layers in the area are stable with large reserve. In this paper, taking Jiahe coal mine as an example, by using conventional interpretation method and seismic attribute technology, the thickness of No.2 coal strata is explained, seismic attribute sections and method for making the map of coal strat thickness, and the change law of coal seam thickness have been found out. It has achieved good geological effect, and provide seismic prospecting information with high precision in coal extraction.

Thickness of coal strata; reflected wave; instantaneous amplitude; onstantaneous frequency; Jiahe coal mine in Xuzhou city

2015-02-02；

2015-03-30；編輯：曹麗麗

孫立新(1966—)女，山東寧津人，高級工程師，現從事煤田地質勘探工作；E-mail：sunlixin05@126.com

P631.4

B

①山東中煤物探總公司，孫立新、許崇寶、田思清等，徐州礦務集團公司夾河煤礦二采區三維地震勘探報告，2011年。