三维高分辨率地震勘探在-煤田中的应用研究

地震勘探

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20 0 6年第 1 2期

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三维高分辨率地震勘探在一煤田中的应用研究张绍红，高书香( .西安石油大学，陕西西安 1 70 6;2承德石油高等专科学校，河北承德 10 5 . 0 70 ) 6 00

摘

要：随着三维高分辨率地震勘探技术在煤田中的推广应用，已能越来更有效地解决煤田

勘探中的地质问题。文章介绍了三维高分辨率地震资料在我国某煤田中的应用研究，显示出了三维高分辨率地震勘探技术的优势。关键词：高分辨率；反射波；勘探；断裂

中图分类号 -P 3;P 3文献标识码：B文章编号：17— 9 9 20 1- 9 -3 6 1 62 6 1 0 5 (06)20 1 0 00引言其能量较有效波要弱，并处于深层，可以通过后续处理手段进行消除。记录上多次波能量也较弱，可以看出整个地震记录上信噪比高，因而可以确定地震采集资料质量较好。

在煤田勘探中，目前三维地震勘探的发展很快，三维

高分辨率地震的应用越来越多I,提高了地震勘探控制 小断层、小构造等地质目标的程度，极大提高了地震勘探的可靠程度，减少了在矿区采前勘探中的钻探工程量，降低了勘探成本，为煤矿采区巷道和工作面的布置提供了可靠的基础资料，对采煤、以及煤层气 (和煤成气 )的调查、 勘探与安全高效开采具有重要的意义。 本文介绍了三维高分辨率地震勘探在我国一煤田中的应用研究经验。

1三维地震资料采集质量控制通过对研究区地质知识的调查后得知，研究区位于我

图 1研究区某一单炮地震记录

研究区所作的微测井结果如图 2所示，从图中可推算出研究区地表低速层厚度为 4~1 . m,加权平均厚度为 167 m,低速带速度为 4 O~6 0/,加权平均后为 5 0/。 O 5m s 2 m s降速层厚度为 9 8~1. m,加权平均后厚度为 1 m;降速 . 58 2层速度为 70~1 1 m s 7 3 0/,加权平均为 9 0/;基底速度 0ms

国华北晚古生代聚煤拗陷盆地中部，由于加里东运动的影响，使上奥陶统至下石炭统地层缺失，在中奥陶统的剥蚀面上广泛沉积了中上石炭统、二迭系、三迭系，其上为第四系所覆盖。研究区为全掩盖式煤田，属华北型晚古生代石炭系和二迭

系含煤地层，区内揭露的最老地层为中奥陶统。本次高分辨率地震勘探两个主要目的煤层深度小于 70 0 m,因此，在煤田进行三维高分辨率地震勘探设计时，

15 30~1 1 m s 9 0/,加权平均 15 m s 70/,该层速度为研究区第

为了使采集到的地震数据真实地反映地震波场的分布和特征，三维地震线间距和道间距的选取为 4 m,和 2 m,试 0 0验结果表明采样参数满足采样定理，地震记录上不产生空间假频。地震勘探其他参数为：炮井井深为 1 0~1m,药 2量为 lg k;接收仪器的前放增益为 4 d 8b;地震记录长度 2, s采样率 l s m。图 1为研究区一单炮地震记录，从图中可见反射层特征突出，可以清楚地反映矿区中 50~ 5 m 5 6 0 s之间的

两个主要煤层，尽管记录上存在面波干扰，但从整体上看，收稿日期：20 0 0 6— 5—1 2

图 2研究区微测井曲线结果 (单位：m s/)

基金项目：西安石油大学科技研究基金资助项目(0 6— 0 20 8 )作者简介：张绍红( 9 5,男，湖北麻城人，副教授，中国矿业大学 ( 16一)北京 )应用地球物理专业博士，2O O 2年 6月进

入中国石油大学(北京 )资源与信息学院物探重点实验室从事博士后研究工作，现在西安石油大学油气资源学院从事应用地球物理专业教学和科研工作。9l

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煤四系平均层速度。

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个强相位 ( 3~ )图 6,有时也出现两个相位。该波为研究区三维地震勘探的主要标准反射波之一，且能量强，连续性

2煤层在地震剖面上的分布特征及地质成因研究区煤系地层有本溪组、太原组和山西组，总厚度达 27 1 m,共含煤 1 6~1,总厚度为 2 .7 8层 2 5 m,含煤系数

好、波形稳定，全区普遍发育，易于追踪对比。40 5

1.%。其中主要煤系地层为太原组和山西组，厚 2 0 04 1m,含煤 1 5~1,厚度达 2 . 3 7层 22 m,含煤系数 1.%。煤质 11属高挥发份的低中变质的气肥煤，未发现火成岩破坏。 由研究区内钻孔中煤层的分布特征得知，由本溪组的煤起到山西组的煤止在煤系发育过程中曾发现两次聚煤高峰。首峰出现在煤系沉积的早期 T 9

煤层位置 ( 3中 8—图T 9地震层位 ) 8—;末峰出现在煤位置 ( 3中层图

黼狮 50 5

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图 4地震记录与合成记录对比图

位)。若视本溪组的煤是聚煤作用的前奏，山西组的煤为尾声，就可认为在煤系两端发育了厚煤层，这种天然的几何20 o 30 o4o 0

对称关系，是从地壳的沉降迅速、脉动频率、振动振度、沉积补偿速度、泥炭聚积速度等五个主要变量有机地按一定消长规律综合作用下形成的。由组成煤系的岩性岩相组合和旋回结构可以看到，地壳脉动是比较均匀而有规律性的，振动幅值是相近的，泥炭堆积速度的变化是较小的。

50 o60 o 7o 0

80 o

聚煤高峰对称性主要取决于地壳沉降速度和沉积补偿速度的差值。基底下降接受沉积 -¨积界面到达略高于海面某”“而沉 I衢.

图 5研究区 1o地震剖面 L2

T 8—9煤层在 P波剖面视周期为 1 5~1m,一般为 7s 1 m。主频约 6 Hz 6s 0左右，且表现为一个强相位。此波也是研究区三维地震标准波之一，能量强，波形较稳定，频率较1 2波低 (图 3~图 6。见 )

一

高度时，本区成为一个较长时间碎屑物质停积间断面，

此时只有泥炭堆积速度和地壳下降的平衡关系，于是出现了第一次高峰，形成了“ 8—”煤层；之后，随着沉积补 T 9偿速度的增加，当其等于或略大于地壳下降速度时，基底虽越陷越深，但沉积界面却缓缓抬起。当升起到海平面以上某一适宜高度时，又一次出现一个较长时间的碎屑物质沉积间断面，于是重演了聚煤高潮，形成 1 2厚煤层。4 0 5

丽鳞

与 I 9煤层为近平行关系，间距在 8 ' 8— o—lO s Om之间。Ll O 8 Ll 0 4 Ll 0 0 L6 0 L2 0

B2l Dl 750 0

55 0

50 5

70 0

图 3研究区主要煤层反射波剖面

3研究区主要煤层和 1 9煤地震反射波特征 ' 8—研究区内煤系地层是由砂岩、泥岩、石灰岩和煤层等组成，从测井资料中得知煤层密度约 12—16/￣,速度约 . .g e 20 20 m s OO一

2 0/,煤层与围岩形成一个较好的波阻抗界面，

具备产生良好反射波的条件。,煤层和一煤层在全区较 I 2 9厚，且沉积稳定，在地震记录中表现为连续性好振幅强的反射波，这与地震正演模拟合成记录对比相吻合 ( )图4。在高分辨率地震剖面上，, I 2煤层的视周期一般在 1 2—5 s间，平均为 1m,主频大约在 7 H左右，基本为一 m之 3s 0z9 27o o

图 6研究区 -柏 ( )和 I 1上 - 6 ( )地震剖面上断层与煤层反映 I o下 1

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此次研究区地震剖面上也存在一些干扰波，主要是一

T 9煤 1 3 m,是威胁矿井生产的主要充水含水层。 8— 6~ 5大青灰岩含水层为 T 8—9煤直接顶板，厚约 7~8 m,

组面波，频率在 1 2 H左右，还有一些随机高频干扰， 5~ 0 z产生原因主要是风或高压线电感应等。

裂隙发育，并通过断裂构造可得到奥灰水的补给，据区域资料得知，单位涌水量最大可达 16 c/ m,属富水性弱 .3 cs 一

4研究区断层与含水性研究在此次高分辨率地震剖面上，断层对比解释的精度和可靠性得到很大提高，这也有助于该煤田开采中含水性调查研究。例如，在地震剖面上，断层的断面反射波地层标准反射波存在比较明显的中断点，剖面中反射波的振幅横向变化特征指示出小断层的存在，因此在剖面上可以解释出最小断距落差约 3~5的断层 ( 6。而在以往的解释 m图 )中，通常只能解释出断层落差大于 5的断层。 m 通过研究得知，矿区内地下岩溶水通过断层带越流补

中等富水，是矿井主要充水含水层。 下二叠统砂岩含水层主要为山西组砂岩和石盒子组粗

砂岩，单位涌水量 0 0 14~ .0 4 c/ m,据区域资料 .0 0 0 0 14 c s 得知最大涌水量 0 0 c/ .6 c s m。山西组砂岩为 1 2煤顶板， 为直接充水含水层，富水性弱，石盒子组粗砂岩含水层距

1较远，对矿井生产无较大影响。 2煤 在研究的矿区中，地下岩性变化带在断层的影响下极易形成破碎带，在有水源供给的情况下，就会形成含水带，对

煤层的开采产生危害。这样，通过提高断层的解释研究精度和可靠性，就对矿区的高效

安全生产提供了坚实的基础。

给煤层以下各基岩含水层。煤矿井田内大多数断层均为导水断层，其西、北西侧的奥灰水通过断层可与煤系各含水层直接接触，这些断层形成良好的岩溶水通道，是井田内地下水的主要补给来源。

5结

论

本文介绍了三维高分辨率地震勘探技术在以我国某一煤田中的应用，其结果表明，三维高分辨率地震勘探方法在识别煤层的延伸形态、小断层与小裂隙的存在和含水性研究等方面具有明显的优势，在煤田巷道的布置和煤层的高效开采上具有巨大的潜力。参考文献：[]杨勤勇，徐丽萍.地震勘探技术新进展[] 1 J .勘探地球物理进展，20,2 ( ) 0 2 5 1:6—1 . 0

研究区中对煤矿井生产有影响的含水层主要有奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层、大青灰岩含水层以及二叠统砂岩含水层。

下奥陶统以中厚层白云岩、白云质灰岩为主，厚 10 9 m,岩溶裂隙发育，据区域资料得知，常见大型溶洞， 中奥陶统以中厚层灰岩、花斑灰岩为主，厚 4 0 7 m,岩溶裂隙发育，以溶孔、溶隙为主，均为强岩溶含水层，井田内最大单位涌水量为 3 76 c s .7 c/ m,区域资料最大单位涌水量可达 4 .6 c s 1 1c/ m,富水性强，本层为煤系基底，上距

[ 3 R .谢里夫，L R 2 .E . .吉尔达特.勘探地震学[ .北 M]

京：石油工业出版社，1 9 1) ( 9 (2.责任编辑 9

章新敏 )

※资讯.信息征订启 欢迎订阅 20事※ 0 7年《煤矿开采》杂志《煤矿开采》期刊是属国家煤矿安全监察局主管，由煤炭科学研究总院主办，向国内外公开发行的采矿专业综合性技术期刊，是煤炭行业新技术、新产品发布的主要媒体之一。刊号 IS 10 6 2,C I 37/ D。 S N 0 6— 2 5 N 1— 6 7 T 报道内容：《煤矿开采》以注重联系实际、弘扬科技创新为特色，坚持以“约发展、清洁发展、安全发展、可持续节性发展”为报道总方针，围绕安全、高效开采，重点报道特殊条件下采煤与环境治理；大采高、大倾角、高可靠液压支架

设计与开发，大功率采煤机研制与应用以及综合配套与机电一体化技术；岩层控制与减沉技术研究、塌陷地治理与利用；厚煤层开采技术与理论研究、回采工作面岩层

移动与控制、冲击矿压机理、预测预报与防治技术；煤巷锚杆支护成套技术、巷道快速施工技术与工程质量检测仪器，软岩巷道与深部高地应力支护技术；煤矿重大危险源辨识、预警与灾害防治，瓦斯高效抽放、自燃灾害综合防治、水害防治等。 栏目设置：应用基础研究、综述、开采技术、巷道工程与支护、矿压与控制、灾害与防治、煤矿机电、地质与测量、 技术经济管理。 读者对象：煤矿与非煤矿山各级领导干部、科研与设计人员、生产技术人员，各级安全监察机关领导、管理人员，有关设备生产厂家的技术管理干部、技术人员，矿业高等院校、职业专科学校师生等。 《矿开采》为双月刊，国际标准大 1煤 6开本，8,2 0 8页 0 7年订价每册 1.0元，全年 6 .0元。自办发行和非邮发集 10 60中征订，读者可随时与编辑部联系订阅。 地电帐

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