基于三维地震测量的大南湖煤炭资源储量勘探研究

张继卫 张 谦

1.大南湖二矿 新疆 哈密 839000；2.中国矿业大学(北京)能源与矿业学院 北京 100083

引言

为实现大南湖矿区煤炭资源的合理有序开发,加强煤炭资源勘查工作管理,大南湖矿区煤矿资源丰富,根据新疆哈密市大南湖煤田二井田具体地质条件,采取相应的勘察方法及工程布置,结合地震测量方法,对大南湖煤矿二井田煤炭资源储量进行重新储量估算。

目前,国内外学者和工程师们对资源储量的勘察方法及工程布置情况进行了不少研究。王宏宇[1]全面收集整理了湖南省饰面石材相关资料并开展了企业调研,在研究分析湖南各类饰面石材资源禀赋、开发利用存在的主要问题的基础上,提出了相应开发利用建议；陈敏[2]提出了理清政府与市场管理边界,夯实矿产资源家底；完善内部管理,提升政府服务水平；强化固体矿产储量数据管理要求,提高矿产资源家底数据掌握程度；加强监管,完善储量报告质量保障机制；加快信息化建设,提升政府管理效能等政策建议；徐超[3]针对如何实现勘探方法和勘探地点的合理安排,如何促进我国绿色勘探工作的顺利进行等问题,论述了矿产资源勘查项目的要点和合理布置探讨；杨延伟[4]结合地质勘察现状,总结了煤炭地质勘察主要技术,提出切实可行的勘察作业方案；赵新民[5]提出了构建完善的煤炭地质勘探体系,促进煤炭地质工作创新,不仅是煤炭企业发展的需求,更是国民经济持续发展的重要保障；陶勇[6]认为良好的煤炭地质勘查能够保证煤炭资源的有效利用和良性发展,贯穿于我国社会工业部门发展和国民经济进步的始终；何仕[7]对左云县煤炭资源的开发、利用现状和尚未利用的煤炭资源状况进行了分析论述,对煤炭资源的合理利用方向进行了探讨,为左云县煤炭工业规划和可持续发展战略的制定提供了依据；任肖肖[8]以为正确确定估算参数是资源储量估算的基础和前提条件,直接影响到资源储量估算结果的可靠性和正确性,并以三道庄钼矿为例,对其矿产储量估算参数进行了讨论,并通过生产实例予以验证；田刚[9]根据济源煤田王屋预测区内已有的研究成果,在分析区内构造及二1煤段地层特征的基础上,利用丰度法分别估算了济源煤田王屋预测区不同埋藏深度的二1煤层的煤炭资源总量。

本文以大南湖矿区二井田为研究背景,结合井田实际情况,对大南湖矿区二井田地质特征进行分析,并选择相应的勘察方法,具体大南湖煤田煤炭资源储量勘察情况如下。

1 工程概况

大南湖煤田属天山-兴安岭地层区、北天山、中天山地层分区,分布地层主要有古生界泥盆系、石炭系、二叠系,中生界侏罗系,白垩系,新生界第三系、第四系,大南湖矿区区域大地构造单元属北天山地槽褶皱带,为晚古生代地槽型沉积,厚度巨大,火山活动强烈,特别是石炭-泥盆系火山岩发育,华力西期各类侵入活动较频繁,褶皱形态以线状为特征,构造线主要为近东西向、北西向。

大南湖煤田地质构造复杂,根据大南湖煤田的工程概况进行分析与调整,针对大南湖煤田二号露天矿田采取相应的资源储量勘探方法,结合地震测量方法,优化资源储量探测方式,为后续相似地质概况勘察提供参考意见。

2 结合地震测量的综合勘探方法

根据大南湖煤田的特殊地质情况采取相应的勘察方法,具体勘察方法和工程布置情况如下所述。

2.1 勘察方法及勘探类型 根据工程地质情况,主要根据以下地质特征进行选择：

1.大南湖煤田二号露天矿田大面积为第四系地层覆盖,局部有侏罗系地层出露,地表出露的煤层严重风化,在勘探区北部、东部有成片的烧变岩分布。

2.大南湖煤田构造形态以宽缓的背、向斜构造为主,构造线延展方向以东西向为主,褶曲形态及产状显示完整。

3.大南湖煤田二号露天矿田内煤层比较发育,含煤层数众多,大部分煤层均达到可采标准,煤层在厚度、结构等方面均有一定的变化。

4.大南湖煤田二号露天矿田内地表较为平坦,第四系低速带薄,激发、接收可以避开,煤层反射层次丰富,具备地震勘探的地质条件。

根据上述地质特征,在区内勘查工作中采用了地表地质填图、二维地震、三维地震、磁法、槽探、机械岩芯钻探、地球物理测井、钻孔抽水试验、样品化验测试相结合的综合勘探方法。

图1 采区位置示意图

2.2 主要测量方法

①钻孔放样：设计孔位坐标由项目组提供,一般采用GPS放样,当采用全站仪放样时,首先计算放样元素。钻孔放样时均用已知点进行仪器检查。并利用地形或者以往钻孔等地物进行校验、检查,确保孔位准确、可靠。

②钻孔定测：孔位定测是在钻孔结束后进行的。采用GPS RTK作业时,定测孔位在已知点设立基准站,用已知点进行仪器检查。检查点分布合理,满足GPS测量的几何要求。采用全站仪时以控制点为起算点,按勘控点质量标准进行观测。

③地震测量：在已知点上正确安置基准站,放样到第二个已知点并测实地位置坐标,通过GPS测量手薄里的点校正功能进行校正。校正无误后,进行地震测线放样。

地震测线放样时在GPS测量手薄内输入测线起点和终点理论坐标,键入相应的直线。放样该直线,精确放样到起点位置后测量气实地位置坐标、高程。依据GPS手薄显示的直线标定方向和距离前进,定检波点和炮点点位,在炮点、在检波点位置标记。根据地形变化情况实时测量高程点。当相邻检波点、炮点高差超过0.5m时,测量高程。

④磁法测量：磁测网的布设,采用GPS敷设基线。对磁测基点、磁测网基线的端点,均与附近三角点进行联测。

⑤地质填图：地质点、产状点定位测量采用手持GPS进行。手持GPS参数设置通过实测区内E级GPS求得。

⑥槽探测量：槽探端点放样及定测,均采用GPS RTK作业方式进行。

2.3 地震测量

2.3.1 施工方法

①测网网度

根据勘查设计,先期开采地段施工三维地震达到查明程度,外围基本查明区段测线布设基本网度为1000×1000m,局部需加强构造控制区段测线加密到500×1000m～250×500m网度,外围根据需要稀疏控制。

②观测系统

二维观测系统：120道接收,炮点距20m(部分10m),道距10m(浅部5m),30次覆盖,中点激发观测系统。

③激发和接受方式

成孔方法：戈壁钻机成孔。

激发条件：单井激发,井深6m,TNT高速成型炸药激发,药量2kg,北部目的层非常浅,采用1kg药量,填土闷孔。

组合检波：4个100Hz检波器,2串2并,同坑用土埋置,检波器引线掩埋60cm以上。

2.3.2 地震反射波地质层位的标定 利用测井资料制作合成地震记录是标定地震反射波地质属性的重要方法。利用本区的人工合成地震记录,与井旁地震时间剖面及其反演剖面对比,确定地震反射波与地质层位的对应关系,可以确定主要煤层的反射波特性,见图1。

图1 时间剖面上的多煤层反射波

通过合成地震记录的标定,证实了以上对该区地震资料分析认识的正确性,图中左边是根据测井曲线制作的反射系数曲线,11～14位置为6个CDP的合成地震记录,两边各4个CDP的井旁实际地震记录,两者吻合程度较高。

2.3.3 地震测量结论 测量结果显示煤系地层的沉积具有明显的规律性,18-25煤层之间地层全区沉积较稳定,东北部较薄；3-18煤层地层间距变化较大西南部厚度较大,东南部较小,变化可达近100m。时间剖面反映的地层形态与钻探资料完全吻合。

本次地震工作充分地体现了边设计、边施工、边解释的“三边”工作原则。地震试验工作充分,施工参数、观测系统选择合理,施工技术及管理措施得当,要求严格,野外原始记录甲级率分别为二维60.42%、三维63.65%,符合《规范》和《设计》要求。地震成果控制了煤层底板的起伏形态,解释了煤层厚度及煤层结构,经钻孔实际验证解释成果精度较高,满足了地质任务的要求。

3 二号露天矿田煤炭资源量

二号露天矿田-200m水平以浅共获得各类煤炭保有资源储量242071万吨(褐煤28654万吨,长焰煤195444万吨,不粘煤17973万吨)。其中,331类86812万吨(褐煤9678万吨,长焰煤72963万吨,不粘煤4171万吨),332类76554万吨(褐煤7694万吨,长焰煤60772万吨,不粘煤8088万吨),333类78705万吨(褐煤11282万吨,长焰煤61709万吨,不粘煤5714万吨)。累计查明资源储量242071万吨(褐煤28654万吨,长焰煤195444万吨,不粘煤17973万吨)。未动用资源储量。其中,331类占总资源量的36%,331+332类占总资源量的67%。

煤柱留设资源量估算：哈罗铁路经过本区范围内有6层可采煤层(21、22、22下、25、28、29),共留设保护煤柱6042吨,其中332类1102万吨,333类4940万吨。

4 结论

(1)在以往地质工作基础上,本次工作采用地质测量、钻探、测井、抽水试验、采样测试化验等手段密切配合的综合勘探方法,露天矿田首采区以250×250m、外围以500m×500m、1000×1000m工程间距布设钻探工程,满足规范对露天煤矿勘探工作程度的要求。

(2)结合了二维地震测量和三维地震测量的方法,为相似地质条件矿区的资源储量勘探工作提供了宝贵的建议。