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煤层中的特殊地质现象在地震资料解释中的应用

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  摘要:地震勘探在控制煤层赋存形态及构造等方面已取得了满意的效果,但煤矿为了稳产高产及生产安全等要求,须准确掌握井田内“无煤带”、采空区、火烧区、煤层露头、火成岩等特殊地质现象。通过多年对辽宁、山东、新疆等地煤矿地震勘探实例,介绍确定煤层特殊地质现象采用的方法,通过运用钻孔测井曲线进行地震资料反演,掌握地震时间剖面上的特殊地质现象的特征,依据三瞬处理,研究振幅异常与地质现象的对应关系,更重要的是在地震资料解释方面,要充分利用已知的地质资料,根据不同的地质异常体在地震数据体上的特征解释各种特殊地质现象。
  关键词:地震勘探;无煤带;特殊地质现象
  
  1 辽宁某矿“无煤带”解释
  
  该矿位于辽宁省康平县西北部,与内蒙哲盟科尔沁左翼后旗交接处。该区系张强盆地的一部分,属于断坳型盆地。盆地基底为前震旦纪变质岩系,盆地内沉积了晚侏罗世含煤岩系及下白垩统紫红色砂砾岩岩层。该盆地属于山前扩张型沉积盆地。由此可见在当时成煤前后河流是相当发育的。
  1.1“无煤带”研究
  “无煤带”常规概念是指:煤层形成是由沉积环境造成的沉积缺失或成煤后河流冲刷形成的无煤带。大强煤矿区的无煤区域多分布于构造复杂地区,且与该区断层走向基本一致。通过对该区地震资料及正反演得研究,发现煤层反射波“振幅异常带”(振幅变弱)所对应的是大强煤矿无煤区和煤层变薄区域。
  大强煤矿的无煤带大都发育于断层倾角较小且与无煤带走向相一致的断裂面两侧,断裂面切入煤层后倾角逐步变小,直至每层底板断裂面消失;断裂面上部为砂岩或粉砂岩,而砂岩或粉砂岩产状多数与断裂面一致;但在平缓的地带也有河流冲刷或沉积缺失,河流冲刷的地域在平面上成条带状;而沉积缺失的地域在平面的展布形状则为椭圆状。图1为缓倾角断层两侧的无煤带特征剖面;图2为平缓地带沉积缺失的无煤带特征剖面。
  
  1.2“无煤带”地震地质解释
  为了研究该矿矿“无煤带”在地震时间剖面上的表现特征,结合区内钻孔测井曲线资料进行反演,预测煤层厚度、煤层的分布范围及煤层顶、底板岩性。根据反演结果,与地震时间剖面对比相结合分析研究,发现“无煤带”处煤层反射波有明显的异常,除了反射波振幅明显减弱之外,反射波频率也有变高的趋势。
  鉴于“无煤带”是本区的一种构造现象,因此在研究过程中把各种原因造成无煤和煤层变薄区域,叫煤层反射波振幅异常带(振幅变弱)。在地震资料解释过程中除对高分辨率偏移数据体煤层反射波的动力学特征进行研究外,还对三瞬(瞬时振幅、瞬时频率、瞬时相位)数据体进行了研究。研究结果表明,瞬时振幅对煤层厚度变化及断层的存在比较敏感。通过对本区煤层反射波振幅异常的分析和研究,在煤层底板等高线平面图上圈出煤层反射波异常带。地震反射波振幅异常带产生的主要原因为:a、断裂构造;b、煤层厚度变化及宏观结构的横向变化。
  根据煤层底板等高线平面图上圈定出的煤层反射波振幅异常带,可以看出:本区反射波振幅异常带大多数分布于地震解释的断层周围,只有部分反射波振幅异常带分布于煤层稳定平缓地带。这些异常带通过钻孔实践揭露,有的是煤层变薄所至,有的是沉积向变所至。地震资料解释对异常带的圈定,可为大强煤矿矿井设计、采面划分、项道布局及安全生产提供了有力的地质保证。
  2辽宁某矿陷落柱和火成岩
  该矿采区三维地震勘探,为确保采集资料的质量,获得高信噪比、高分辨率的野外采集数据,经详尽的试验确定了最佳施工参数,或得了较好的原始资料。
  经精细的地震地质解释,圈出了煤层陷落柱(图2)和火成岩的分布范围(图5)。本次勘探解释的煤层陷落柱和火成岩在7煤层、12煤层的发育情况与本矿实际揭露情况比较吻合。能量明显变弱,但被烧的煤层与围岩仍存在一定的波阻抗差异,与未被烧的煤层形成对应的弱反射,经18煤采掘面证实时间剖面反映的现象是正确的。
  
  3山东某矿采区煤层露头
  
  该矿位于济宁煤田的北部,济宁市北郊,经三维地震勘探,控制了各煤层深度的起伏变化形态;查明了区内落差大于等于5米的断层,全区共解释落差大于等于5米的断层58条,落差小于5米的断层28条;进一步控制了各煤层产状及露头位置(见图4);详细的确定了3上、3下煤层的合并(或分叉)范围及无煤带(含冲刷、剥蚀及沉缺等)的边界。
  
  结论
  
  通过多年来对“无煤带”、采空区、陷落柱、火烧区、煤层露头、火成岩侵入体等特殊地质现象在地震资料摸索解释中取得了较多的经验,得出如下结论:
  在野外数据采集中,必须严格约束野外施工的每一个工序,做到严格施工、层层把关,确保地震资料在野外数据采集中的质量。
  资料处理上确保在“三高”处理的基础上,进一步加强保幅处理,并尽可能的拓宽地震信号频宽,选好反褶积子波长度,确保对小构造的分辨能力;最后选好偏移速度场,保证构造准确归位,保正地质解释精度。
  在资料解释上要充分利用已知地质资料,认真研究分析各种地质现象在地震数据体上各种属性的特征,提高成果解释的可靠性;并及时同矿方勾通,进行探采对比,进一步提高地震资料解释水平。
  
  参考文献
  [1] 李庆忠.走向精确勘探的道路-高分辨率地震勘探系统工程剖析
  [M]北京:石油工业出版社,1995。
  [2] 何樵登,等地震勘探原理和方法
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  [3] 魏子荣,杜兴亚,等我国煤矿采区高分辨率地震勘探的成果
  [J]煤田地质与勘探,2000,(1)。
  [4] 唐建益,方正。煤矿采区实用地震勘探技术
  [M]北京:煤炭工业出版社,1988。
  [5]魏子荣,杜兴亚,等我国煤矿采区高分辨率地震勘探的成果
  [J]煤田地质与勘探,2000,(1)。
  
  作者简介:禹凤林(1960-),男,辽宁沈阳人,高级工程师,长期从事地震勘探工作。

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