綜合物探方法解決煤礦淺部異常構造問題

耿春明

（山東省煤田地質局物探測量隊，山東 濟南 255000）

沙吉海煤礦位于和什托洛蓋煤田東段，在沙吉海煤淺部露頭區，有大量的煤層火燒區域和以往礦井采煤遺留的采空區和小窯，需要進一步探明沙吉海煤礦二井田淺部露頭區火燒區范圍、采空區邊界及積水情況，保證礦井的建設安全及便于開展下一步工作。

采用三維地震[1]和小道距、小炮距、密網度的二維地震測線結合鉆孔、磁法等手段控制煤層的火燒和露頭，地震結合電法探測測區內有無采空區[2]。

1 勘探區概況

勘探區位于準噶爾盆地西北緣和什托洛蓋含煤盆地東段，地層分區劃屬西準噶爾分區瑪依力山小區，大地構造分區劃屬準噶爾板塊西準噶爾古生代弧盆系，和什托洛蓋中新生代凹陷。井田內的煤層賦存于中侏羅統西山窯組（J2x）上、中、下三個含煤段中。井田內可采、局部可采煤層14層，煤層平均總厚26.06m。

1.1 地震地質條件

勘查區出露地層有中生界侏羅系西山窯組（J2x）、頭屯河組（J2t）和新生界下古近系烏倫古河組（E2-3w）以及第四系（Q3-4pl）構成。本區無潛水面，區內分別由上更新統-全新統洪積層（Q3-4pl）和全新統洪積層（Q4pl）組成。前者在勘查區南部廣泛分布，由礫石、砂、泥等構成，底部呈半膠結狀態，表面被戈壁礫石覆蓋；全新統洪積層斷續分布在沖溝中，由混雜堆積的砂、礫石和少量黃土構成。測區北部礫石發育，淺層地震條件較差。

勘查區的主體為一走向北東的單斜構造形態，含煤巖組主要為西山窯組，八道灣組在本區內含少量煤層。區內鉆孔揭露煤層賦存條件好，煤層埋深較適中，煤層頂底板物性差異明顯的煤層附近，能形成以B132、B10和B6煤層為主的三組能量強的反射波，這是完成本次所承擔的地質任務的基礎。測區北部由于目的層淺，地形復雜以及火燒區等不利因素的影響，地震地質條件變得非常復雜。測區南部中深層地震地質條件較好。

1.2 磁性、電性特征

勘查區的火燒區與非火燒區的地球物理磁性差異比較大，產生了很強的磁場強度的反差，具備顯著的磁法勘探的地球物理前提條件。

勘查區無潛水面，區內分別由上更新統-全新統洪積層（Q3-4pl）和全新統洪積層（Q4pl）組成。前者在勘查區南部廣泛分布，由礫石、砂、泥等構成，底部呈半膠結狀態，表面被戈壁礫石覆蓋；全新統洪積層斷續分布在沖溝中，由混雜堆積的砂、礫石和少量黃土構成，淺部未充水采空區一般為相對高阻反應，充水后一般呈相對低阻特征。

2 綜合解釋

2.1 地震資料的解釋

三維地震資料解釋用合成地震記錄標定反射波地質屬性，采用鉆孔標定擬合速度進行空間歸位，查明了B132煤層、B12煤層、B10煤層、B6煤層底板的起伏形態和賦存范圍。

常規地震勘探難以得到很淺的煤層反射波，本次二維勘探采用小道距、小炮距的勘探方法，有效提高了地震資料的分辨率，使有效波得以從100ms提高至40ms，為煤礦淺部構造解釋奠定了基礎。

2.2 綜合解釋火燒區

本次高精度磁法工作區靠近北部露頭區地表有燒變巖出露，該區磁異常資料受近地表燒變巖不均勻磁化、多層煤燃燒等因素影響，其ΔT曲線在剖面上呈多峰異常“鋸齒狀”跳躍形態，在平面或部分剖面上表現為多個異常中心。總體上中西部磁異常強度較大，異常明顯，中東部磁異常強度較小。有時一個異常有多個強度很高的峰值，說明異常源磁性極不均勻，頂端出露或埋深不大，異常形態整體上多呈獨立的突起[3]。

在全區ΔT值表現為，總體上中西部磁異常強度較大，異常明顯，中東部磁異常強度較小，其主要磁源為燒變巖；各測線小號區域（遠離煤層露頭區域）ΔT值變化相對稍小，其以背景場值為主，其磁源為第四系和侏羅系沉積巖系。各ΔT磁測曲線一般表現為單峰特征，少數表現為多峰特征。剖面曲線均為北部負異常強，中間正異常強，局部梯度變化大，南部曲線接近0值。根據剖面曲線形態，結合地質特征，推斷燒結巖體為有限延伸板狀體，走向和傾向較穩定，繪制了ΔT磁異常綜合剖面圖。

為了對ΔT異常作出定量的推斷，本次磁測選取通過各勘探線的典型ΔT磁測曲線，結合地震資料區地質特征，對火燒區的空間分布特征進行了綜合分析（如圖1所示）。圖1上半部分為磁異常平面圖，下半部分為地震資料平面圖，兩者結合，相互驗證進行解釋，提高解釋精度。從圖上可以明顯看出，磁異常平面中的磁異常區域和地震平面圈出的火燒區域大致重合。通過地震剖面可以較清晰判別各煤層火燒情況。結合本區鉆孔揭露情況，綜合圈定了B9、B10、B11煤層火燒區分布范圍[4]。

圖1 （ΔT）磁異常剖面平面圖及物探資料綜合分析

2.3 綜合解釋采空區

利用地震方法解釋采空區，由于煤層全部或部分采空，致使原來的反射機制被破壞，時間剖面上煤層反射波特征發生畸變，難以追蹤和對比，以此判定采空區的范圍。

圖2 本區視電阻率擬斷面圖

圖2為4260L線視電阻率擬斷面圖，從該斷面圖可以看出正常地層特征為向小號方向（南）傾，視電阻率變化規律與地層特征一致。780～900號測點位置800m標高附近視電阻率相對正常地電規律呈相對低阻反應，表現為次低阻特征。根據現場調查，該測線900號測點位置有巷道出露。綜合地震資料和電法資料分析認為780～900號測點位置B12煤層被采空，采空區上部（北端、大號方向）坍塌，電阻率較高，因大氣降水采空區內部部分充水，在斷面圖上表現為視電阻率呈次低阻特征。

3 綜合物探解釋成果

本次二維/三維地震勘探、電法和磁法勘探，資料處理解釋方法先進，地震、電法、磁法勘探與鉆探綜合解釋，取得了豐富的物探成果。

充分利用了已有的地質資料、井約束反演波阻抗技術、地震屬性技術，圈定了B132煤層、B12煤層、B10煤層、B6煤層不可采邊界，勾繪了B132煤層、B12煤層、B10煤層、B6煤層等厚線圖。

控制了北部B11、B10、B9煤層火燒邊界：結合鉆探、地震資料，利用磁測典型剖面特征點等方法，通過對基點正常值和測點的實測讀數比較，剖面平面圖和平面等值線圖上△T異常特征，綜合圈定了B9、B10、B11煤層火燒區分布范圍。利用地震和瞬變電磁法查明了B12煤層的隱伏采空區范圍。

總上所述，本次二維/三維地震、電法和磁法勘探完成了各項地質任務。

4 結 論

綜合物探方法科學綜合磁法、電法、地震、測井等物理場信息，能較準確探測煤礦淺部構造，圈定出各煤層的火燒區邊界，圈定出采空區范圍，提高勘探的分辨率，使各煤層的儲量計算更準確，為礦井設計及安全生產提供可靠的地質材料。