地震勘探在煤田地質(zhì)勘探上的應(yīng)用

劉迪新

摘要：根據(jù)地震勘探原理，煤層底板在地震勘探過(guò)程中容易產(chǎn)生能量較強(qiáng)的反射波，由于煤層的這一特征，地震勘探被廣泛地應(yīng)用在了煤田地質(zhì)勘探的各個(gè)勘查階段，隨著地震勘探分辨率的提高，特別是三維地震勘探的普及，地震勘探成了煤田地質(zhì)勘探中一種不可或缺的勘探方法。

關(guān)鍵詞：分辨率;物性差異;介質(zhì);地震相;沉積環(huán)境

一、概況

地震勘探是利用地下不同介質(zhì)的彈性和密度差異，通過(guò)觀測(cè)和分析地層對(duì)人工激發(fā)的地震波的響應(yīng)，來(lái)推斷出地下巖層的性質(zhì)和形態(tài)的地球物理勘探方法。由于煤層和圍巖之間存在著明顯的物性差異，因此煤層底板通常是一強(qiáng)波阻抗界面，容易產(chǎn)生能量較強(qiáng)的地震反射波。我們利用煤層的這一特性，對(duì)煤層產(chǎn)生的地震波進(jìn)行處理、分析和研究，就可以推斷出地下煤層的發(fā)育形態(tài)。因此地震勘探在煤田地質(zhì)勘探領(lǐng)域幾乎成為了一種不可或缺的勘探手段，在煤炭勘查的各個(gè)階段：預(yù)查、普查、詳查、精查和建井勘探中，都少不了地震勘探的參與。

地震勘探的精度和分辨率成正比例關(guān)系，地震勘探的難題就是怎樣提高分辨率，高分辨率有助于對(duì)地下精細(xì)的構(gòu)造和煤層的性質(zhì)進(jìn)行分析研究，從而更為詳細(xì)了解煤層的構(gòu)造與分布情況。隨著三維地震勘探的普及，地震勘探方法在煤田地質(zhì)勘探中到了廣泛而深入的應(yīng)用。

二、對(duì)煤層起伏形態(tài)和構(gòu)造的控制

煤田地質(zhì)勘探最終目的是為煤礦建井服務(wù)，因此在礦井建立之前，對(duì)煤層的起伏形態(tài)、構(gòu)造度均要進(jìn)行查明和控制，為礦井建設(shè)提供地質(zhì)依據(jù)。

由于煤層和圍巖之間存在明顯的物性差異，因此每一層煤層的底板都能產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)反射波，多層煤層就能發(fā)育一強(qiáng)反射波組，所以煤地的起伏形態(tài)便能從時(shí)間剖面上直觀地反映出來(lái)。地震時(shí)間剖面上地震相位的起伏形態(tài)反映的正是煤層的起伏形態(tài)，只是時(shí)間剖面上煤層的起伏形態(tài)是以時(shí)間的方式來(lái)體現(xiàn)的。

同理，煤系地層的各種構(gòu)造形態(tài)也會(huì)以時(shí)間的形式在地震時(shí)間剖面上顯示出來(lái)。這些構(gòu)造現(xiàn)象和煤層的起伏形態(tài)在時(shí)間剖面經(jīng)過(guò)時(shí)深轉(zhuǎn)換后均能在地質(zhì)地質(zhì)剖面上得到控制。

三、對(duì)煤系地層覆蓋層厚度和煤層埋藏深度的控制

當(dāng)時(shí)間剖面上各反射波經(jīng)過(guò)時(shí)深轉(zhuǎn)換后，地震時(shí)間剖面就轉(zhuǎn)換成了地震地質(zhì)剖面，地質(zhì)時(shí)間剖面上的各個(gè)相位就有了有了實(shí)際的地質(zhì)含義。

大多煤系地層和其覆蓋層均存在一明顯的角度不整合關(guān)系，覆蓋層底界面發(fā)育的反射波經(jīng)過(guò)時(shí)深轉(zhuǎn)換后就是煤系地層覆蓋層的厚度。覆蓋層下伏各煤層底板發(fā)育的反射波經(jīng)過(guò)時(shí)深轉(zhuǎn)換后就是各煤層的埋藏深度。

由于煤層覆蓋層和煤層存在一明顯的角度不整合，因此經(jīng)過(guò)時(shí)深轉(zhuǎn)換后，煤層覆蓋層底界面的地質(zhì)界線和各煤層的埋深線必定存在一交點(diǎn)，該交點(diǎn)就是煤層的露頭。

四、對(duì)煤層發(fā)育的細(xì)小構(gòu)造的控制

由于鉆探是一孔之見(jiàn)，只能查明地下一點(diǎn)的地質(zhì)情況，而地震勘探得到的一條時(shí)間剖面就是一條完整的地質(zhì)剖面，而三維地震勘探更是一個(gè)由無(wú)數(shù)縱向和橫向地質(zhì)剖面組成的地質(zhì)體，對(duì)地下地質(zhì)體可以進(jìn)行全方位的反映，由于三維地震勘探分辨率的大幅提高，就讓對(duì)煤層中發(fā)育的細(xì)小構(gòu)造進(jìn)行精準(zhǔn)解釋成為了可能。

對(duì)煤層中發(fā)育的一些細(xì)小構(gòu)造的解釋主要是對(duì)小斷層、小摺曲、煤層的沖刷帶和陷落柱的解釋。

煤層中小斷層在時(shí)間剖面上常常表現(xiàn)為反射波相位的分叉和扭曲;而小摺曲在時(shí)間剖面上表現(xiàn)為反射波相位發(fā)生小的起伏。

由于煤層和它的上下頂板的巖石存在明顯的物性差異，因此煤層底板或是煤層和它的上下圍巖一起形成了一個(gè)波阻抗界面，在地震勘探的中，容易產(chǎn)生強(qiáng)反射波，所以煤層底板發(fā)育的反射波在地震時(shí)間剖面上通常表現(xiàn)為一個(gè)能量強(qiáng)、連續(xù)性好的強(qiáng)反射相位。而當(dāng)煤層存在有沖刷剝蝕的情況存在時(shí)，由于煤層在該地段缺失，而被近似于上、下圍巖物性的填積物所填充，該地段可以形成強(qiáng)反射波的物性差異也就消失了，因此在地震時(shí)間剖面上，該地段就不能形成強(qiáng)反射波，就會(huì)出現(xiàn)反射波相位中斷的情況，該反射波中斷地段也就是煤層存在風(fēng)化剝蝕或沖刷的地段。

有些煤田的煤系地層下部地層為石灰?guī)r，由于地下水的長(zhǎng)年侵蝕作用，在煤層的石灰?guī)r基底上形成空洞或是坍塌，煤系地層也隨之坍塌，這樣就在煤層中形成了陷落柱，在地震時(shí)間剖面上表現(xiàn)為地震相位向下凹陷，煤層的陷落柱大多變現(xiàn)為不規(guī)則的橢圓形，且煤系地層從下往上，塌陷面積逐步減小的趨勢(shì)。即煤系地層的陷落大多為不規(guī)則的橢圓柱形。煤層陷落柱不僅給煤層的開(kāi)采帶來(lái)極大的不便，同時(shí)煤層陷落柱發(fā)育地段，通常也是一地下水導(dǎo)水通道，因此在煤礦開(kāi)采過(guò)程中應(yīng)引起足夠的重視。

五、地震勘探在井田劃分中的應(yīng)用

現(xiàn)在井田的劃分除了人為垂直劃分相鄰礦井以某一垂直面為邊界的垂直劃分法之外，多以一定標(biāo)高的煤層底板等高線為界的水平劃分法、以大型的斷層或構(gòu)造線為界的地質(zhì)界線劃分法和按煤層（組）間距的大小來(lái)劃分礦界的煤組劃分法。

由于地震勘探的主要任務(wù)就是查明礦區(qū)內(nèi)的煤層層數(shù)，控制主要煤層的起伏形態(tài)、構(gòu)造和煤層的埋藏深度。因此地震勘探多的地震地質(zhì)資料是礦區(qū)井田劃分必不可少的依據(jù)。

六、地震勘探在煤炭?jī)?chǔ)量計(jì)算中的應(yīng)用

以往煤炭?jī)?chǔ)量的計(jì)算都是利用鉆孔資料來(lái)進(jìn)行的，地震勘探成果僅僅用于對(duì)煤層發(fā)育范圍進(jìn)行圈定。即用地震勘探成果圈定用于計(jì)算儲(chǔ)量的煤層的發(fā)育范圍的面積，根據(jù)鉆孔所得的煤層的厚度、密度來(lái)對(duì)煤炭的儲(chǔ)量進(jìn)行計(jì)算，孔與孔之間的煤層厚度多是根據(jù)兩個(gè)鉆孔所見(jiàn)的煤層情況來(lái)進(jìn)行推斷。

隨著地震巖性反演技術(shù)的推廣與應(yīng)用，運(yùn)用地震時(shí)間剖面來(lái)推算煤層的發(fā)育厚度已經(jīng)成為可能。地震巖性反演是指利用地震資料在已知測(cè)井資料的約束下，對(duì)地下巖層空間結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)進(jìn)行成像的過(guò)程，即將測(cè)井資料較高的垂向分辨率和地震較好的橫向連續(xù)性相結(jié)合，得到既有較高垂向分辨率又有較好橫向連續(xù)性的反演剖面，把界面性的地震資料轉(zhuǎn)換成可與測(cè)井資料進(jìn)行對(duì)比，具有巖性特征并有明確地質(zhì)意義的波阻抗資料，對(duì)其進(jìn)行地質(zhì)解釋，從而達(dá)到巖性分布預(yù)測(cè)的目的，最終得到了反映煤層分層及厚度變化情況的波阻抗數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，即利用已知的鉆孔資料和鉆孔所在位置的煤層發(fā)育情況進(jìn)行對(duì)比，得出地震反射波和煤層發(fā)育情況的對(duì)比關(guān)系，把這種關(guān)系推廣到整條地震時(shí)間剖面上去，得出整條時(shí)間剖面上煤層的發(fā)育情況。這樣就對(duì)孔與孔之見(jiàn)的煤層厚度的變化有了準(zhǔn)確的了解，從而提供了儲(chǔ)量計(jì)算的準(zhǔn)確性。

七、結(jié)論

地震勘探方法因其特殊的優(yōu)勢(shì)在地質(zhì)勘探的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在煤田地質(zhì)勘探領(lǐng)域，幾乎在煤炭地質(zhì)勘探的各個(gè)階段都少不了地震勘探的參與，近年來(lái)，隨著三維地震勘探技術(shù)日益成熟和普及，地震勘探已經(jīng)成了全國(guó)各大礦井建設(shè)中必不可少的勘探手段。相信隨著地質(zhì)勘探方法的不斷完善，必將為煤礦建設(shè)解決越來(lái)越多的地質(zhì)難題。