二维地震勘探技术在煤炭勘查区探测中的应用

王 龙

(甘肃煤田地质局 庆阳资源勘查院,甘肃 庆阳 745000)

0 引言

煤炭作为全球主要的能源供应来源之一,其有效勘探和开采对于满足能源需求至关重要。在煤炭勘查中,地质构造和煤层分布的准确预测是至关重要的,有效获取地下煤炭资源的地质信息和煤层分布可以指导煤矿开采工作。二维地震勘探技术作为一种重要的非接触式探测手段,主要应用地球物理勘探方法,利用地下介质的变化特征来推断地质构造和地层性质,使用地震源激发地震波,并在地下设置接收器记录地震波信号。通过分析接收到的地震波信号,可以确定地下介质的物性参数和地质构造信息,如岩性、层序、断层等,可为资源勘查、地质研究和工程建设提供重要的地质信息,提高煤炭资源勘查的效率和准确性,为优化煤炭开采方案和提高资源利用率提供科学依据。因此,研究和应用二维地震勘探技术在煤炭勘查区探测中具有重要的实践价值和理论意义[1-3]。

1 工程概况及地质条件

本次工程实验勘查区位于N县东部,海拔范围在1 050～1 400 m,相对高差350 m,东西宽约15 km,南北长约13 km,面积约190 km2,地貌形态主要表现为塬、梁、峁、壑沟和河谷阶地,地形条件复杂,为典型的黄土塬区地形地貌景观。由于原勘查工作只实施原《普查设计》中的5条地震测线,其工作网度达不到普查阶段的要求。因此,依据《煤炭煤层气地震勘探规范》(以下简称《规范》)并结合勘查区地质及地震地质条件,需要初步了解勘查区构造轮廓、含煤地层分布范围等信息。

2 二维地震勘探技术的应用

外业选择5个点位进行点试验工作,通过认真分析点试验资料认为,采用多井组合、大药量激发、高叠加次数等技术,可以获得较好的单炮记录[4]。为了更进一步检验点试验所确定施工参数的合理性,在点试验的基础上选取D33线8 580～10 800桩号进行二维线段试验。二维地震勘探观测系统如图1所示。

图1 二维观测系统示意图

二维观测系统中道间距为10 m,炮点距为20 m,接收道数为288道,叠加次数为72次,偏移距为0 m,激发方式为中点。其中,探测仪器采用的是ARAM.ARIES数字地震仪,采样间隔1 ms,记录长度2 s,前方增益24 dB,记录格式SEG-Y,全波接收。二维地震实际完成地震测线5条,其中,3条主测线(D17线、D25线、D33线),2条联络线(L24线、L40线),完成物理点3 188个,试验点82个,总计物理点3 270个。数据采集质量符合《规范》中“地震地质条件复杂地区,甲级率应不低于40%”和“全区物理点合格率不低于98%”的要求。

3 探测区地震资料解译

3.1 地震及地质条件分析

本次二维地震勘探共完成5条测线,其中,主测线3条、联络线2条。初步了解了勘查区构造轮廓,总体为一向北西倾伏的单斜构造;区内未发现断层;初步了解了主要可采煤层赋存状况,圈定了煤5在勘查区内薄煤区及无煤区边界。勘查区位于陕北单斜西南段,构造形态为一向北西缓倾伏的单斜构造。区内煤5层底板由西向东逐渐抬升,西部煤5底板标高为220 m,到东部煤5底板标高达460 m,高差为240 m,在单斜构造带上发育有波状起伏的次级褶曲构造。

后经分析发现测区5条测线的时间剖面上,在区域内的测线上,大部分T5波(煤5反射波)可以连续追踪,但在局部地段,T5波的能量较弱,波形不稳定,可能会出现衰减或消失的现象。

3.1.1 勘查区内薄煤区边界分析

在主测线D17线桩号5 500～11 970的地段,T5波能量较弱,同相轴模糊,波组不能连续追踪;主测线D25线上桩号6 600～10 500地段T5波能量变弱,同相轴不清晰;联络线L24线上桩号5 600～7 100地段T5波能量变弱,同相轴不清晰;经上述桩号区间控制,初步判断煤5在勘查区南部有一薄煤区。图2显示煤5波在D17线上变弱的现象。

3.1.2 勘查区内无煤区边界分析

主测线D33线上桩号1 660～3 410段T5反射波出现间断,不能连续追踪对比,结合3 309钻孔资料判断煤5在该地段为无煤区,如图3所示。

图3 D33线上T5波变弱的显示

结合邻区罗川东部的勘探成果,并根据勘查区内已知的钻探资料和地震地质成果,初步确定煤5在本勘查区中部偏南地段为薄煤区,在本勘查区东部边界有一小区块无煤区。

3.2 构造轮廓分析

结合本次二维地震勘查的网格稀疏程度,无法对测线上断距小于100 m的断点进行详细解释,并且在平面上没有观察到组合断层。但仅基于以上信息不能完全排除区域内可能存在小断层的可能性,需要进一步加强地震勘探,以更好地了解区域内构造情况,特别是小断层的存在与发育情况。在本次地震工作中,在勘查区域内,未发现具有大于100 m的断层,地质构造整体呈现向西北缓倾的单斜形态,局部区域存在波状起伏的地貌特征[5]。

3.3 煤地层解译

准确地确定煤层的分布情况和厚度变化,对煤田勘探和评价具有重要的指导意义。煤田地质调查结果显示,区域内的聚煤环境发生了变化,分析认为,可能由于基底隆起或古河流的冲刷作用,造成了煤层的变薄或尖灭现象。这种变化在地震勘查中可以通过观察T5反射波属性特征的变化来判别。通常情况下,当煤层变厚时,反射波能量会增强,而煤层变薄或无煤时,反射波能量会减弱甚至消失。根据这种关系,将测线上反射波能量变弱或消失的点进行投影并连接,同时结合已知的钻孔资料,可以圈定出主要可采煤层的薄煤区范围[6](见图4)。

4 结语

本研究利用二维地震勘探技术,结合测井和钻探成果,采用综合手段方法,初步查明了煤5底板起伏形态呈向北西方向缓倾斜的单斜构造;初步了解了主要煤层的赋存范围,解释了主要煤层的埋藏深度;初步圈定了主要煤层煤5的薄煤区及无煤区的分布范围。通过二维地震资料解释,初步分析认为勘查区中南部地段有一薄煤区;勘查区东部有一小区块为无煤区,但由于本次地震勘探施工测线较稀疏,薄煤区及无煤区边界未能较好控制,建议在勘查区内进一步开展地震勘探工作以便更准确圈定薄煤区范围。