崔家溝煤礦三維地震勘探法探測薄煤無煤帶實踐

趙 超，馬 遠，吳大林

(1.陜西美鑫礦業公司冶坪煤礦，陜西 銅川 727000；2.銅川礦務局崔家溝項目部，陜西 銅川 727000；3．陜西省煤田物探測繪有限公司，陜西 西安 710005)

0 引言

黃隴侏羅紀煤田主要煤層位于延安組第1巖段，煤層分布受三疊系古地形影響，褶曲較多，厚度在隆起部位多缺失或變薄，在凹陷部位變厚。崔家溝煤礦位處黃隴侏羅紀煤田焦坪礦區中南部，可采煤層為4-2煤層，該煤層位于延安組第1段中上部；發育了一系列的北東和北西—北西西向的褶皺構造，二者相互交織，并具有明顯的長期性與繼承性發育特點；北西向褶曲幅度和范圍相對大，造成煤層缺失范圍大，北東向褶曲幅度和范圍小，煤層缺失范圍小，形成孤立的無煤區，探測困難[1]。三盤區位于北西向土溝梁背斜的北翼，土溝梁背斜為大面積的無煤區，其北翼上發育了一系列斜列式對稱的北東向褶曲，這些北東向褶曲控制著4-2煤層的賦存。為此，通過三維地震圈定三盤區受基底控制的薄煤無煤范圍，以分析這些北東向褶曲分布與煤層賦存之間的關系。

1 礦區地質概況及地震地質條件

1.1 礦區地質概況

崔家溝煤礦北與銅川礦業有限公司玉華煤礦相接，南與銅川礦業有限公司下石節煤礦為鄰，東西無礦權設置。三盤區為傾向北東的單斜構造，在單斜的基礎上又發育了一系列走向北東的褶皺。這些褶皺不同程度控制了成煤期延安組的沉積和賦存狀況，背斜古隆起區沉積薄，含煤性差，向斜古洼地處延安組沉積厚，含煤性好。

1.2 地震地質條件

表層地震地質條件：地表復雜多變，地表高差變化較大，這給地震數據處理靜校正帶來較大的困難。表層第四系覆蓋較薄且極不均勻，第四系黃土中夾有碎石，其下為膠結相對較好的礫石層，礫石層厚度達40～60 m；表、淺層介質對于地震波能量的吸收較強，使得激發、接收條件較差，而且不易掌握。山上茂密的松樹林、枝杈繁密的灌木、陡峭的懸崖、梯田、房屋、水庫等，都給地震勘探施工中車輛行進帶來很大困難，因此本區表、淺層地震地質條件很差。

深層地震地質條件：4-2煤層直接頂板以粉砂巖為主，底板以灰色、灰黑色炭質泥巖為主，煤層與圍巖波阻抗差異明顯，具有能夠形成煤層反射波的條件，可以獲取能量較強的煤層反射波，因而深層地震地質條件較好。

2 三維地震采集參數及數據處理

2.1 三維地震采集參數

三維地震勘探觀測系統：采用規則的10線10炮束狀觀測系統，接收線距為40 m，橫向最大炮檢距為270 m。根據區內煤層埋藏深度情況，縱向采用中點激發觀測系統，48道接收，偏移距10 m，縱向最大炮檢距為470 m，接收線垂直地層走向布置(東西向)。

儀器因素：ARAM.arie數字地震儀采樣間隔為0.5 ms，記錄長度為1.5 s；采用60 Hz檢波器5個串聯插堆埋置。

激發因素：根據不同的淺層地震地質條件確定，選擇在風化基巖中3井組合激發，在覆蓋層較厚處采用深井單井或3個淺井組合激發，組內距5 m。

系統主要特點：該觀測系統具有較寬的觀測方位角和炮檢距分布均勻的特點；分布均勻的炮檢距，便于計算動校正速度和取得最好的疊加響應。而較寬的觀測方位角，有利于速度分析、多次波衰減、靜校正求解，并且對地下采樣的方向較均勻。

2.2 數據處理關鍵技術應用

多道識別單道去除干擾波技術：山區野外地震資料，面波、聲波及傾斜的多次震蕩干擾波異常發育，能否去除這些干擾波對反褶積及剖面品質有很大影響[2-5]。本次處理采用多道識別單道去除的方法，在不損害有效波的前提下使干擾波得到很好的去除。

聲波初至炮點位置校正技術：該方法的原理是利用聲波初至與炮檢距呈線性變化的特點，對炮點位置不準確的單炮進行校正。野外施工中，采用恢復性放炮臨時變觀的炮點，儀器班報上記錄的炮點位置往往會有些偏差，利用聲波初至炮點位置校正技術，即可很容易地把炮點校正到真實的位置[6-9]。

山區三維地震資料靜校正技術：區內第四系地層厚度及地表高程變化很大，造成了山區靜校正校不準，且共中心反射點道集面元半徑很大之現象，因此靜校正工作的好壞，對成果質量和可靠性影響很大。本次山區靜校正方法分3步進行，首先采用綠山初至折射靜校正法求取靜校正量，建立表層結構模型；然后利用專門的靜校正處理模塊，對長、短波長校正量進行分離；其次，在對每個炮點、檢波點的校正量實現校正時，首先加入短波長校正量，并結合多次剩余靜校正(短波長)進行浮動基準面DMO處理，此后再加入長波長校正量并進行疊加[10-12]。通過在本區的應用表明，該方法能較好地解決山區“靜校不靜”及“共反射點”分散對疊加的影響。

精確速度分析與多次迭代求取剩余靜校正量：疊加速度不僅與地層傾角有關，還與炮檢方位角、均方根速度有關。在資料處理中，采用了2次三維DMO速度分析和2次三維剩余靜校正迭代處理。速度值是將速度譜、變速掃描疊加道集結合起來，通過交互的方式進行拾取，達到了減小地層傾角影響的目的。同時在構造復雜處加密速度控制點。在精確分析速度的基礎上應用優勢頻帶剩余靜校正，消除了低高頻的噪聲對剩余靜校正的影響。

三維偏移：三維偏移是三維數據體空間成像的關鍵步驟，由于DMO疊加可以實現疊前部分偏移，使反射波更好的聚焦成像。在此基礎上進行疊后三維一步法偏移可以使反射波完全聚焦成像，達到真實反映地下構造的實際情況的目的；這樣既實現了真正的三維歸位，又有利于保持反射波的各種動力學特征。

3 三盤區三維地震資料分析與驗證

3.1 三維地震資料分析

三維地震勘探對煤層起伏的解釋：三盤區位于土溝梁背斜的北翼，通過三維地震煤層反射波T0圖，可以看出在三盤區主要發育斜列式走向一致的B1、B2背斜和X1向斜，此外還存在其他一些小的褶曲，如圖1和圖2所示。

圖1 三盤區4-2煤層反射波T0

圖2 B1背斜和X1向斜在時間剖面上的反應

無煤帶和褶曲的關系：三盤區煤層底板等高線平面圖，如圖3所示，反映了4-2號煤層的起伏情況。煤層總體呈南高北低趨勢，煤層走向近東西向。除西南端的土溝梁背斜，在中部還發育有一些規模較小的波狀起伏。4個薄煤無煤帶分別出現在不同的標高，共同特點是出現在背斜頂部，1號面積較大無煤帶出現在土溝梁背斜頂部，其余都在含煤區里邊，出現在此級背斜頂部，成為孤立的薄煤無煤帶，3號和4號無煤帶為對稱背斜的頂部，4號無煤帶在在二盤區已經揭露，根據褶曲對稱性出現的特征，地質可以推斷3號無煤帶的存在大概范圍。

圖3 無煤帶平面位置圖

各無煤帶在三維地震資料上的反應：無煤帶在時間剖面上的反應為在背斜頂部反射波變弱至消失，如圖4～圖7所示；同時煤層下部反射波由于煤層變薄缺失屏蔽作用減小而增強，如圖8所示；在地震均方根振幅屬性圖上的反應為呈片狀振幅值減小，如圖9所示。

圖9 無煤帶在均方根振幅圖上的反應

圖8 煤層變薄后下部標志反射波能量變強

圖4 1號無煤帶在時間剖面上的反應

圖5 2號無煤帶在時間剖面上的反應

圖6 3號無煤帶在時間剖面上的反應

圖7 4號無煤帶在時間剖面上的反應

3.2 井下巷道揭露、定向鉆成果驗證

井下巷道揭露情況：在三盤區03工作面回風順槽揭露了2號無煤帶，當時分析為煤層分叉造成，后結合三維地震和地質資料認為是小背斜煤層沉積缺失區。2311工作面運順揭露3號無煤帶，煤層底板出現震蕩起伏，煤層厚度也在底板震蕩起伏過程薄化增厚，在巷道掘進過程中始終存在靠背斜幫煤薄，遠背斜幫煤厚的特點，造成2311工作面不得不改造，其它工作面設計調整。

井下定向鉆成果與三維地震成果對比：針對三維地震勘探解釋的薄煤無煤帶，井下設計了4個定向鉆，如圖10所示。1、2、3號鉆的成果與地震資料吻合度高，4號鉆孔1、2、3、4號點不相符，定向鉆成果為無煤，三維地震成果為含煤。分析原因主要是因為井下定向鉆鉆孔設計高度僅根據周邊鉆孔和南部大巷煤層底板標高差值得來，三維地震解釋此處為一寬緩背斜，鉆孔設計標高不夠，鉆探有盲區而造成，這一點有待于后期的井下揭露驗證。

圖10 井下定向鉆成果圖

4 結語

崔家溝煤礦三盤區煤層賦存受基底控制明顯，煤厚變化快，背斜頂部煤層有變薄缺失現象，背斜幅度越高，無煤或薄煤范圍越大，直至無含煤地層沉積，背斜兩翼傾角越大，煤層缺失越快。三盤區主要褶曲為北東向斜列式對稱分布，背斜幅高和幅寬小，背斜頂部形成孤立的無煤帶，無煤帶也與背斜北西向展布一致，對稱出現，在最先揭露一個無煤帶范圍，可以根據褶曲平行對稱規律，預測下一個薄煤無煤帶范圍。實踐表明，三維地震勘探可以準確探測5 m以上的褶曲，煤厚在小于調諧厚度(1/4λ)時煤層反射波振幅與厚度呈線性關系，尤其是在煤厚3 m以下，煤厚1 m、2 m、3 m和大于3 m振幅變化視覺明顯。通過這褶曲和反射波能量弱這2個特點可以作為充分依據圈定煤層沉積變薄缺失范圍。鑒于崔家溝煤礦三盤區出現幾處薄煤無煤區，范圍小，煤厚變化快，依靠鉆孔無法探測清楚，在后續勘探中應加強利用三維地震手段探測薄煤無煤帶范圍。