崔家沟煤矿三维地震勘探法探测薄煤无煤带实践

赵 超，马 远，吴大林

(1.陕西美鑫矿业公司冶坪煤矿，陕西 铜川 727000；2.铜川矿务局崔家沟项目部，陕西 铜川 727000；3．陕西省煤田物探测绘有限公司，陕西 西安 710005)

0 引言

黄陇侏罗纪煤田主要煤层位于延安组第1岩段，煤层分布受三叠系古地形影响，褶曲较多，厚度在隆起部位多缺失或变薄，在凹陷部位变厚。崔家沟煤矿位处黄陇侏罗纪煤田焦坪矿区中南部，可采煤层为4-2煤层，该煤层位于延安组第1段中上部；发育了一系列的北东和北西—北西西向的褶皱构造，二者相互交织，并具有明显的长期性与继承性发育特点；北西向褶曲幅度和范围相对大，造成煤层缺失范围大，北东向褶曲幅度和范围小，煤层缺失范围小，形成孤立的无煤区，探测困难[1]。三盘区位于北西向土沟梁背斜的北翼，土沟梁背斜为大面积的无煤区，其北翼上发育了一系列斜列式对称的北东向褶曲，这些北东向褶曲控制着4-2煤层的赋存。为此，通过三维地震圈定三盘区受基底控制的薄煤无煤范围，以分析这些北东向褶曲分布与煤层赋存之间的关系。

1 矿区地质概况及地震地质条件

1.1 矿区地质概况

崔家沟煤矿北与铜川矿业有限公司玉华煤矿相接，南与铜川矿业有限公司下石节煤矿为邻，东西无矿权设置。三盘区为倾向北东的单斜构造，在单斜的基础上又发育了一系列走向北东的褶皱。这些褶皱不同程度控制了成煤期延安组的沉积和赋存状况，背斜古隆起区沉积薄，含煤性差，向斜古洼地处延安组沉积厚，含煤性好。

1.2 地震地质条件

表层地震地质条件：地表复杂多变，地表高差变化较大，这给地震数据处理静校正带来较大的困难。表层第四系覆盖较薄且极不均匀，第四系黄土中夹有碎石，其下为胶结相对较好的砾石层，砾石层厚度达40～60 m；表、浅层介质对于地震波能量的吸收较强，使得激发、接收条件较差，而且不易掌握。山上茂密的松树林、枝杈繁密的灌木、陡峭的悬崖、梯田、房屋、水库等，都给地震勘探施工中车辆行进带来很大困难，因此本区表、浅层地震地质条件很差。

深层地震地质条件：4-2煤层直接顶板以粉砂岩为主，底板以灰色、灰黑色炭质泥岩为主，煤层与围岩波阻抗差异明显，具有能够形成煤层反射波的条件，可以获取能量较强的煤层反射波，因而深层地震地质条件较好。

2 三维地震采集参数及数据处理

2.1 三维地震采集参数

三维地震勘探观测系统：采用规则的10线10炮束状观测系统，接收线距为40 m，横向最大炮检距为270 m。根据区内煤层埋藏深度情况，纵向采用中点激发观测系统，48道接收，偏移距10 m，纵向最大炮检距为470 m，接收线垂直地层走向布置(东西向)。

仪器因素：ARAM.arie数字地震仪采样间隔为0.5 ms，记录长度为1.5 s；采用60 Hz检波器5个串联插堆埋置。

激发因素：根据不同的浅层地震地质条件确定，选择在风化基岩中3井组合激发，在覆盖层较厚处采用深井单井或3个浅井组合激发，组内距5 m。

系统主要特点：该观测系统具有较宽的观测方位角和炮检距分布均匀的特点；分布均匀的炮检距，便于计算动校正速度和取得最好的叠加响应。而较宽的观测方位角，有利于速度分析、多次波衰减、静校正求解，并且对地下采样的方向较均匀。

2.2 数据处理关键技术应用

多道识别单道去除干扰波技术：山区野外地震资料，面波、声波及倾斜的多次震荡干扰波异常发育，能否去除这些干扰波对反褶积及剖面品质有很大影响[2-5]。本次处理采用多道识别单道去除的方法，在不损害有效波的前提下使干扰波得到很好的去除。

声波初至炮点位置校正技术：该方法的原理是利用声波初至与炮检距呈线性变化的特点，对炮点位置不准确的单炮进行校正。野外施工中，采用恢复性放炮临时变观的炮点，仪器班报上记录的炮点位置往往会有些偏差，利用声波初至炮点位置校正技术，即可很容易地把炮点校正到真实的位置[6-9]。

山区三维地震资料静校正技术：区内第四系地层厚度及地表高程变化很大，造成了山区静校正校不准，且共中心反射点道集面元半径很大之现象，因此静校正工作的好坏，对成果质量和可靠性影响很大。本次山区静校正方法分3步进行，首先采用绿山初至折射静校正法求取静校正量，建立表层结构模型；然后利用专门的静校正处理模块，对长、短波长校正量进行分离；其次，在对每个炮点、检波点的校正量实现校正时，首先加入短波长校正量，并结合多次剩余静校正(短波长)进行浮动基准面DMO处理，此后再加入长波长校正量并进行叠加[10-12]。通过在本区的应用表明，该方法能较好地解决山区“静校不静”及“共反射点”分散对叠加的影响。

精确速度分析与多次迭代求取剩余静校正量：叠加速度不仅与地层倾角有关，还与炮检方位角、均方根速度有关。在资料处理中，采用了2次三维DMO速度分析和2次三维剩余静校正迭代处理。速度值是将速度谱、变速扫描叠加道集结合起来，通过交互的方式进行拾取，达到了减小地层倾角影响的目的。同时在构造复杂处加密速度控制点。在精确分析速度的基础上应用优势频带剩余静校正，消除了低高频的噪声对剩余静校正的影响。

三维偏移：三维偏移是三维数据体空间成像的关键步骤，由于DMO叠加可以实现叠前部分偏移，使反射波更好的聚焦成像。在此基础上进行叠后三维一步法偏移可以使反射波完全聚焦成像，达到真实反映地下构造的实际情况的目的；这样既实现了真正的三维归位，又有利于保持反射波的各种动力学特征。

3 三盘区三维地震资料分析与验证

3.1 三维地震资料分析

三维地震勘探对煤层起伏的解释：三盘区位于土沟梁背斜的北翼，通过三维地震煤层反射波T0图，可以看出在三盘区主要发育斜列式走向一致的B1、B2背斜和X1向斜，此外还存在其他一些小的褶曲，如图1和图2所示。

图1 三盘区4-2煤层反射波T0

图2 B1背斜和X1向斜在时间剖面上的反应

无煤带和褶曲的关系：三盘区煤层底板等高线平面图，如图3所示，反映了4-2号煤层的起伏情况。煤层总体呈南高北低趋势，煤层走向近东西向。除西南端的土沟梁背斜，在中部还发育有一些规模较小的波状起伏。4个薄煤无煤带分别出现在不同的标高，共同特点是出现在背斜顶部，1号面积较大无煤带出现在土沟梁背斜顶部，其余都在含煤区里边，出现在此级背斜顶部，成为孤立的薄煤无煤带，3号和4号无煤带为对称背斜的顶部，4号无煤带在在二盘区已经揭露，根据褶曲对称性出现的特征，地质可以推断3号无煤带的存在大概范围。

图3 无煤带平面位置图

各无煤带在三维地震资料上的反应：无煤带在时间剖面上的反应为在背斜顶部反射波变弱至消失，如图4～图7所示；同时煤层下部反射波由于煤层变薄缺失屏蔽作用减小而增强，如图8所示；在地震均方根振幅属性图上的反应为呈片状振幅值减小，如图9所示。

图9 无煤带在均方根振幅图上的反应

图8 煤层变薄后下部标志反射波能量变强

图4 1号无煤带在时间剖面上的反应

图5 2号无煤带在时间剖面上的反应

图6 3号无煤带在时间剖面上的反应

图7 4号无煤带在时间剖面上的反应

3.2 井下巷道揭露、定向钻成果验证

井下巷道揭露情况：在三盘区03工作面回风顺槽揭露了2号无煤带，当时分析为煤层分叉造成，后结合三维地震和地质资料认为是小背斜煤层沉积缺失区。2311工作面运顺揭露3号无煤带，煤层底板出现震荡起伏，煤层厚度也在底板震荡起伏过程薄化增厚，在巷道掘进过程中始终存在靠背斜帮煤薄，远背斜帮煤厚的特点，造成2311工作面不得不改造，其它工作面设计调整。

井下定向钻成果与三维地震成果对比：针对三维地震勘探解释的薄煤无煤带，井下设计了4个定向钻，如图10所示。1、2、3号钻的成果与地震资料吻合度高，4号钻孔1、2、3、4号点不相符，定向钻成果为无煤，三维地震成果为含煤。分析原因主要是因为井下定向钻钻孔设计高度仅根据周边钻孔和南部大巷煤层底板标高差值得来，三维地震解释此处为一宽缓背斜，钻孔设计标高不够，钻探有盲区而造成，这一点有待于后期的井下揭露验证。

图10 井下定向钻成果图

4 结语

崔家沟煤矿三盘区煤层赋存受基底控制明显，煤厚变化快，背斜顶部煤层有变薄缺失现象，背斜幅度越高，无煤或薄煤范围越大，直至无含煤地层沉积，背斜两翼倾角越大，煤层缺失越快。三盘区主要褶曲为北东向斜列式对称分布，背斜幅高和幅宽小，背斜顶部形成孤立的无煤带，无煤带也与背斜北西向展布一致，对称出现，在最先揭露一个无煤带范围，可以根据褶曲平行对称规律，预测下一个薄煤无煤带范围。实践表明，三维地震勘探可以准确探测5 m以上的褶曲，煤厚在小于调谐厚度(1/4λ)时煤层反射波振幅与厚度呈线性关系，尤其是在煤厚3 m以下，煤厚1 m、2 m、3 m和大于3 m振幅变化视觉明显。通过这褶曲和反射波能量弱这2个特点可以作为充分依据圈定煤层沉积变薄缺失范围。鉴于崔家沟煤矿三盘区出现几处薄煤无煤区，范围小，煤厚变化快，依靠钻孔无法探测清楚，在后续勘探中应加强利用三维地震手段探测薄煤无煤带范围。