孫立新

(山東省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，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(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，山東 泰安271021)

夾河煤礦位于徐州市西北部，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為140萬t/a，新構(gòu)造活動(dòng)不強(qiáng)，構(gòu)造穩(wěn)定性較好。通過對(duì)礦區(qū)地震特征、煤儲(chǔ)層特征分析，認(rèn)為區(qū)內(nèi)煤層穩(wěn)定且儲(chǔ)量大，該文以?shī)A河煤礦為例，利用常規(guī)解釋方法和地震屬性參數(shù)技術(shù)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(guī)律，取得了較好的地質(zhì)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(shí)振幅；瞬時(shí)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(guó)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(chǎn)高效礦井的建設(shè)和投產(chǎn)，越來越多的大型綜采機(jī)組得到廣泛應(yīng)用。因此，對(duì)煤田地質(zhì)工作提出了更高的要求，除了查明采區(qū)內(nèi)的細(xì)微構(gòu)造外，還要求盡可能提供煤層厚度變化的信息，傳統(tǒng)的煤層厚度計(jì)算是利用鉆孔資料的對(duì)比、內(nèi)插外推獲得煤層厚度變化趨勢(shì)平面圖，由于鉆孔的數(shù)量有限，所以其計(jì)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(qū)域，鉆孔的網(wǎng)度也直接影響到煤層厚度的變化趨勢(shì)。例如趙樓礦首采區(qū)三維地震勘探中，鉆孔網(wǎng)度較稀約1km×2km，根據(jù)鉆孔JB-1(3：4.65m)和138孔(8.20m)內(nèi)插外推后其煤層厚度在1301工作面的F18點(diǎn)和P9點(diǎn)之間厚度為5.7m，而實(shí)際揭露厚度為4.17m，兩鉆孔距離為1032m，實(shí)際煤層厚度比設(shè)計(jì)煤層厚度變薄了1.53m，給煤礦生產(chǎn)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(guī)律，并從數(shù)據(jù)體中提取地震屬性參數(shù)結(jié)合鉆孔進(jìn)行了煤厚預(yù)測(cè)，提高了預(yù)測(cè)精度，取得了較好的地質(zhì)效果，下面以?shī)A河煤礦為例利用三維地震資料研究2煤層厚度。

1　地質(zhì)概況

1.1勘探區(qū)地質(zhì)特征

夾河煤礦位于徐州市西北九里區(qū)境內(nèi)，距徐州市約11km，三維地震工作區(qū)為故黃河泛濫形成的沖積平原，地勢(shì)較為平坦，地面標(biāo)高一般為+37.0～+43.0m。與礦井生產(chǎn)有關(guān)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(jì)太原組、二疊紀(jì)山西組、二疊紀(jì)石盒子群、三疊紀(jì)石千峰群、第四系。夾河井田位于徐州復(fù)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(gòu)造，但地層產(chǎn)狀沿走向、傾向變化較大，區(qū)內(nèi)煤層深部地質(zhì)鉆探網(wǎng)度不足，構(gòu)造控制不明，煤層賦存不詳。該區(qū)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(shù)據(jù)采集處理解釋

(1)野外采集。采用束狀8線15炮制中點(diǎn)發(fā)炮的三維觀測(cè)系統(tǒng)，單井激發(fā)，井深16m，藥量2.0kg，采用4個(gè)60HZ的檢波器組合接收，覆蓋次數(shù)24次，GDP網(wǎng)格10m×10m，使用SN388型遙測(cè)數(shù)字地震儀，采樣間隔0.5ms，記錄時(shí)間2.0s。記錄成品率100%，甲級(jí)率76.70%①。

(2)地震數(shù)據(jù)處理。該區(qū)地震資料使用美國(guó)SUN公司BLADE2000工作站、綠山折射靜校正處理軟件及法國(guó)CGG公司軟件進(jìn)行處理的，采用疊前時(shí)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(shí)的地質(zhì)構(gòu)造特征。

(3)地震資料解釋。在解釋工作站上以人機(jī)交互聯(lián)作的方式進(jìn)行。根據(jù)該區(qū)的地質(zhì)規(guī)律及目的層反射波對(duì)區(qū)內(nèi)的斷層、褶曲等地質(zhì)異常進(jìn)行了解釋。根據(jù)反射波特征研究煤層厚度變化，以進(jìn)一步提高斷層、褶曲等地質(zhì)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(jù)理論與模型研究成果，提取振幅類、頻譜統(tǒng)計(jì)類、復(fù)地震道類屬性，基于相關(guān)的地震屬性初選與分析，對(duì)井旁地震記錄的煤層厚度與優(yōu)選的地震屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，然后計(jì)算煤厚與地震屬性之間相關(guān)系數(shù)，最終選擇與煤厚相關(guān)系數(shù)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(yù)測(cè)中充分利用了反射波均方根振幅屬性參數(shù)，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(shí)窗作為提取屬性分析時(shí)窗，為了保證各個(gè)屬性的相對(duì)獨(dú)立性和算法的穩(wěn)定性，進(jìn)行地震屬性的互相關(guān)分析。利用鉆孔資料，計(jì)算出煤層厚度與地震屬性相關(guān)系數(shù)，經(jīng)與鉆孔數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn)該區(qū)的均方根振幅與煤厚有較大的相關(guān)性[2]，2煤層反射波命名為T2波，T2反射波由2個(gè)正相位組成，當(dāng)煤層厚度增大時(shí)，2個(gè)正相位之間間距變?。环粗?，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(qū)2煤層反射波由2個(gè)相位組成，如圖1，2，3所示；對(duì)應(yīng)2煤層的反射波能量較強(qiáng)，2個(gè)正相位之間的時(shí)差為22～24ms；在圖1中厚煤層區(qū)23-12孔位置處，2煤層厚度為5.62m，2個(gè)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(gè)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(gè)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(jìn)行煤厚綜合預(yù)測(cè)

該區(qū)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(xiàn)為較強(qiáng)的煤層反射波，且煤層厚度小于反射波主波長(zhǎng)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(fù)合波，不可能根據(jù)時(shí)差來確定其上下界面，可根據(jù)煤層反射波動(dòng)力學(xué)特征(振幅等)來解釋煤層厚度[4]。

用薄層的振幅相應(yīng)來定義垂向分辨率，當(dāng)薄層的厚度較大時(shí)，薄層的上下界面的兩個(gè)反射子波在時(shí)間剖面上可以分辨，隨著厚度逐漸變薄，兩波時(shí)差變小，波形逐漸靠攏；當(dāng)兩個(gè)波的時(shí)差為二分之一周期時(shí)(△t=T/2)，兩波必然同相軸疊加，出現(xiàn)相干加強(qiáng)，使合成震動(dòng)振幅比單個(gè)反射增強(qiáng)，此時(shí)的振幅稱作調(diào)諧振幅?！鱰=2△h/v;△h=λ/4;可見調(diào)諧振幅對(duì)應(yīng)的地層厚度為四分之一波長(zhǎng)，稱為調(diào)諧厚度。一般把縱波的四分之一波長(zhǎng)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(yōu)勢(shì)頻率或主頻)，它的延續(xù)時(shí)間就越短，波長(zhǎng)越小，分辨率越高。

振幅法預(yù)測(cè)薄煤層厚度原理：當(dāng)薄層厚度小于地震主波長(zhǎng)的四分之一時(shí)，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(dòng)力學(xué)特點(diǎn)出發(fā)，給出了薄層定量化的具體定義。根據(jù)該區(qū)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(guān)系；在Sun3.8解釋系統(tǒng)中拾取反射波振幅，利用已知鉆孔所見煤層厚度的資料進(jìn)行標(biāo)定，進(jìn)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(shù)據(jù)體；②根據(jù)2和7煤層追蹤的對(duì)應(yīng)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(jìn)行標(biāo)定；④人工進(jìn)行調(diào)整、修改，同時(shí)用鉆孔煤厚進(jìn)行檢查。

3　結(jié)語

煤層在地震勘探中屬于薄層，對(duì)于煤田采區(qū)勘探，多數(shù)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(zhǎng)λ(45m左右)相比，煤層厚度小于λ/4，頂?shù)装宸瓷洳荒芊蛛x，形成復(fù)合波，屬于薄層范疇[5]。煤層厚度的分析研究對(duì)煤礦高效安全生產(chǎn)及開采設(shè)備選擇具有重要的實(shí)際意義，因而在實(shí)際預(yù)測(cè)工作中，要充分將各種不同的方法進(jìn)行綜合運(yùn)用，使得薄煤層厚度的預(yù)測(cè)越來越精確。

三維地震勘探所形成的數(shù)據(jù)體包含了豐富的地質(zhì)信息，充分利用數(shù)據(jù)體信息，提取其各種屬性參數(shù)，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(guān)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(yīng)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(shì)資料，并得到較好的驗(yàn)證。

[1]胡宗正，郭良紅，林建東.三維地震屬性參數(shù)在煤層厚度預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)煤田地質(zhì)，2008，20(6)：56-58.

[2]熊章強(qiáng)，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(yè)出版社，1992.

[4]孫立新，鮑懷偉.地震屬性技術(shù)在煤層變焦解釋中的應(yīng)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(yù)測(cè)煤層厚度及古河流沖刷帶的方法[J].中國(guó)煤田地質(zhì)，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(jí)工程師，現(xiàn)從事煤田地質(zhì)勘探工作；E-mail：sunlixin05@126.com

P631.4

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①山東中煤物探總公司，孫立新、許崇寶、田思清等，徐州礦務(wù)集團(tuán)公司夾河煤礦二采區(qū)三維地震勘探報(bào)告，2011年。