铁煤集团大兴煤矿岩浆岩区三维地震勘探方法

段宏群 程增庆 梁树民 高国军

摘 要:在对铁煤集团大兴煤矿岩浆岩勘探分析的基础上,从数据采集、资料处理、岩浆岩体识别预测等方面,系统介绍了大兴煤矿岩浆岩地震勘探的新进展、新方法,并从地震勘探施工条件、岩浆岩体识别等方面对大兴煤矿岩浆岩的地震勘探进行了阐述。综合分析认为:大兴煤矿岩浆岩具备开展地震勘探的条件,成果质量满足煤炭开采的要求。

关键词:岩浆岩三维地震勘探大兴煤矿

中图分类号:TD7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(b)-0050-02

铁法煤田岩浆岩主要分布在铁法煤田的东西两缘,特别是西南部最为发育,铁法煤田岩浆岩具有多期活动并与断层关联度高的特点。铁法煤田大兴煤矿岩浆活动形式分为侵入与喷出两种,侵入岩对煤系和煤层均产生不同程度的破坏作用,喷出岩一般影响较小。大兴井田位于铁法煤田的西南部,位于铁法煤田岩浆活动发育最强的区域,岩浆岩活动与区域特征基本一致,有喷出和侵入两种,喷出岩主要为玄武岩,侵入岩主要为辉绿岩。辉绿岩大面积侵入煤系地层之中,对煤系地层特别是上部发育的主要可采煤层影响破坏较大。

岩浆岩活动加强了断裂的发育程度,断裂的产生又为岩浆岩的侵入活动提供了条件,岩浆岩的剧烈活动使得大兴煤矿的更加复杂。岩浆岩对本区构造的影响表现为三个方面:(1)使煤层围岩的连续性遭到破坏；(2)改变了原有的断裂空间按形态；(3)使煤层顶底板的产状和构造形态发生改变。

岩浆岩的侵入使得煤层的宏观结构发生变化,局部煤层被吞蚀,煤层变质程度局部变高、变簿、煤层灰分增高。喷出和侵入两种形式的岩浆岩的给地震勘探工作带来困难,在煤炭开采过程中遇上岩浆岩时一般措施是停止掘进或返回一定距离另开巷道。而用常规的钻探、测井及地质理论预测方法难以探明岩浆岩的赋存状态,所以急需探索新的勘探技术。

1岩浆岩的特征

研究和认识岩浆岩赋存规律是做好岩浆岩区地震勘探的基础。岩浆岩的不规则性使其不像沉积岩那样容易控制和预测。因此,掌握岩浆岩生成机理、赋存规律,有助于更合理更准确地利用地震勘探资料确定岩浆岩赋存状态和破坏范围。

1.1 岩浆岩侵入地质规律

岩浆在喷出地面之前的喷出过程中遇到裂隙、断裂时则会沿断层喷发、遇软弱岩层时则易沿软弱层侵入,在岩浆岩冷却后形成侵入岩(图1)。形成岩株、岩墙,岩脉、岩盖等。规模较大的长宽达几千米或几十千米,规模较小的长宽则为几厘米或几米(图2)。煌斑岩沿着煤层侵入为主,高温炽热的岩浆携带大量气体由地壳深处沿断层通道上升,到煤系地层中,遇到上部坚硬的岩层后岩浆先由岩石强度相对较小的上含煤段2-3、4-2、7-2、9煤层顺煤层、顶板或层间侵入后压力得到释放,下含煤段在12、14-1、15-2、16煤层顺煤层、顶板或底板侵入后压力得到释放。当煤层厚度越大时岩浆岩的侵入范围越大。炽热的岩浆侵入煤层后一方面熔蚀煤层,一方面在煤层中穿入,岩浆冷却后呈层状、串珠状、透镜状等各种形体形成岩浆岩。

1.2 岩浆岩侵入方式

在大兴煤矿岩浆岩的侵入方式主要为:岩墙、岩株、岩脉,沿煤层顶板、沿煤层底板或煤层中间等各种侵入方式均常见,岩浆岩附近的煤层局部焦化或置换额煤层。

喷出岩:主要为玄武岩,深灰绿色或紫褐色,致密坚硬,边缘地带常呈灰色。矿物组成以普通辉石、基性斜长石、磁铁矿为主,对煤系地层影响不大。478号钻孔附近为一岩浆岩溢出口,以Ｆ52号断层为溢出通道,侵入体自下而上直穿全部含煤地层直至地表。在侏罗系地层中以岩墙为主,其中多以小规模的岩床侵入于煤系地层中,穿过侏罗系地层后逐渐转化为岩床。

侵入岩:以辉绿岩为主,中心相呈深灰、绿色,粗粒全晶质,以普通辉石、橄榄石、基性斜长石、磁铁矿为主,边缘大部分呈灰色、灰白色,在断裂带附近见熔岩角砾。辉绿岩多处沿断裂溢出,在井田内分布较广泛,在煤矿生产中多处实见。

2岩浆岩的地震探测技术

大兴煤矿地震地质条件为厚岩浆岩发育区(厚度为23.2～135.9m),岩浆岩对反射地震波的有散射及屏蔽效应。在探测煤层时,在地震采集时难以获得高信噪比的原始记录,室内地震资料处理时对提高煤层波的成像质量,、解释及地质研究时识别岩浆岩的反射波是关键。

采集参数采用10m×10m的面元、0.5ms采样率、48次覆盖,提高采集资料的质量。同时,在过村庄及出那个矿石厂矿时,在障碍物区采用小炸药量激发保证浅层的叠加次数提高信噪比。

资料处理中,对炮集进行F-K域滤波减弱线性干扰,采用拉冬变换法压制多次波；为了提高成像质量,采用迭代速度分析实现高精度叠加、确定性反褶积、叠后反褶积等处理技术获得高信噪比的处理成果。解释时首先通过人工合成记录确定地震波的属性,进行剖面对比解释,结合岩层切片及等时切片等多属性资料在平面上的分布特点,进行岩浆岩的解释与构造分析,确定岩浆岩的边界范围与分布。

岩浆岩煤层吞噬区是指:在该区煤层吞噬区是指煤层被岩浆岩破坏造成的无煤带。故煤层缺失带的解释是根据以下特点进行的:

(1)地震波特征为同相轴中断,出现空白带,空白带趋势连线两端点没有时差,且上下层位连续。或煤层波同相轴变弱或波形变化,厚层岩浆岩在地震时间剖面上表现为丘状反射,见图3。

(2)在顺层切片上表现为椭园或不规则条带状异常,见图4。

本区发现类似以上特征的煤层波发育区,据此认为本区存在岩浆岩煤层吞噬区发育范围,除完成了常规的地质任务外,还圈出了一长轴长约150m,短轴长约100m的薄煤区。后经矿方巷探验证,准确率高达85%,为煤矿采煤工作面的布置提供了基础资料。通过精细解释圈定勘探区内4-2、7-2、12煤层岩浆岩吞蚀区,在4-2煤层中发现岩浆岩吞蚀区14个,在7-2煤层中上发现岩浆岩吞蚀区9个,在12煤层中发现岩浆岩吞蚀区6个。

3岩浆岩勘探展望

在大兴煤矿岩浆岩地震勘探的到成功后,在铁法矿区岩浆岩区的煤炭地震勘探近几年获得了多项成果,岩浆岩地震识别取得了初步成果,但由于岩浆岩成因特殊,地震波场复杂,在多层煤的勘探勘探中还存在下组煤信噪比不高的问题。在大兴煤矿岩浆岩的勘探中,通过加强岩浆岩波场的基础理论研究,岩浆岩地震勘探还需要研究如下问题:

(1)加强岩浆岩区地震采集技术研究,加强岩浆岩区地震波场分离工作,将煤层波与岩浆岩反射波进行有效的分离,提高成像质量。利用钻孔地震合成记录研究岩及那个眼岩浆岩的地质属性,进行岩浆岩对比分析和解释,提高岩浆岩的识别能力,提高成果精度。

(2)发展岩浆岩地震多属性预测分析技术,利用测井资料进行波阻抗反演,利用岩浆岩和煤层的阻抗差异建立岩浆岩地震波阻抗识别样式,确定岩浆岩的空间分布范围及展布。

参考文献

[1] 张子枢,吴邦辉.国内外岩浆岩油气藏研究现状及勘探技术调研［J］.天然气勘探与开发,1994,16(1):1～26.

[2] 刘胜,程增庆,代风红,等.煤炭高密度三维地震勘探技术研究.煤炭工程,2009,(3):67～72.