综合勘探技术在陡倾斜煤层露天矿的运用

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摘要：陡倾斜煤层露天矿传统用三维地震方法进行勘探，由于煤层在空间分布特征的特殊性，在数据处理时不能保证资料的准确归位，进而不能获得准确的高质量地震勘探成果，因此成为地震数据处理中的难点。单一的方法勘探，降低了成果的准确性。文章采用综合勘探的方法，既控制了煤层的露头位置，又查明了煤层空间构造形态及展布特征。应用结果表明，综合勘探的方法在露天矿陡倾斜煤层的勘探中是可行的。

关键词：陡倾斜煤层；综合勘探；地震偏移技术；地震属性解释技术

1项目概况

1.1勘探区简介

江仓矿区二井田位于青海省东北部大通河南岸，行政2区划隶属天峻县管辖。本次综合勘探面积为2.55km，分为3个勘探区（即第一、二、三勘探区），各勘探区之间有露天开采坑分开（见图1）。

1.2地质任务

1）查明勘探区内落差≥10m的断层的性质、产状及延伸长度，对落差≤5m的断层在测线上有反映时进行解释、断层平面位置误差≤30m。2）控制勘探区内主要煤层16煤、20煤的底板标高和起伏形态，深度误差不大于5m。对勘探区主要煤层厚度变化趋势及分叉及无煤区作出解释。3）控制20煤的露头位置，位置误差在20m以内。

2地质概况

2.1地层

区内为第四系覆盖，根据钻孔揭露，地层从老到新有：三叠系上统默勒群（TM），侏罗系下统大西沟组（J）、中统窑街组（J）、侏罗系上统享堂组（J）、第dy3x四系上更新统、第四系全新统松散沉积。

2.2煤层

江仓矿区属早—中侏罗世陆相碎屑岩含煤建造。二井田含煤地层厚244.9-1258.72m，平均厚度为614.95m。共含煤17层（组），由上至下依次编号为1煤、2煤、3煤、4煤、5煤、6煤、7煤、8煤、9煤、10煤、12煤、13煤、14煤、15煤、16煤、18煤、20煤。其中可采煤层依次为：3煤、4煤、6煤、7煤、8煤、10煤、12煤、13煤、15煤、16煤、20煤共11层，全区可采煤层为7煤、8煤、10煤、12煤、16煤、20煤共6层。勘探区内，16煤、20煤为全区稳定可采煤层，为勘探的目的层。

2.3构造

江仓矿区大地构造位置属中祁连中间隆起带，两侧为南、北祁连褶皱带。按岩相构造带的划分，矿区位于托莱山脉结晶岩系带的南缘和大通河上古生代—三叠纪坳陷带的北缘之间的大通河中生代坳陷带中，受基底构造的影响，坳陷带内的主构造方向与区域内整个祁连山的方向大体一致，呈北西西—南东东向。勘探区内主要构造形态为一向北西倾伏的单斜，在区域构造作用控制下，发育有一系列呈雁列式分布的近东西向及北东东方向的逆断层。本次勘探揭露了褶曲3条，断层7条，均为落差大于25m的逆断层。

2.4地球物理特征

2.4.1表、浅层地震地质条件

勘探区地表为高原草甸低位沼泽地，地势起伏不大，区内地势总体为东部高，西北部低。最大相对高差115.8m。浅层地层为第四系冲、洪积物覆盖，主要岩性为卵石、砾石，砂土，厚度30-40m。在勘探范围内地表有露天开采形成的东、西采坑（最大深度达130m），并在采坑周围有开采所堆积的渣堆，区内还有江仓河、娘特木曲河等地表水体。总之，地表及浅层条件地震地质条件极复杂。

2.4.2深层地震地质条件

勘探区地层倾角大（60-72°），煤系地层沉积旋廻清晰，煤层层数多，煤层厚度及间距变化较大，故在时间剖面上反映为煤层反射波层数多，不稳定，分岔及合并现象明显。但主要煤层及标志层间距变化小且稳定，侏罗系窑街组16煤、20煤等煤层厚且全区稳定，与其顶、底板围岩存在明显的波阻抗差异，能够形成稳定或较稳定且全区可连续追踪或较连续追踪对比的反射波组（T16、T20波）。由于勘探区地表第四系砾卵石层覆盖较厚（最厚达45m），煤（岩）层倾角大，与地震勘探技术的理论假设差别较大，且在南部隐伏露头处煤层埋藏浅，故16煤、20煤所形成的T16、T20波的能量较弱、波形变化较大、局部连续性较差。T16、T20波均为本次地震勘探的主要目的波，也是地质解释的主要依据。综上所述，勘探区内地震地质条件极为复杂。

3综合勘探

3.1工程布署

针对勘探区内复杂的地质条件，进行了如下工程布署。1）在地表首先进行了1∶10000地形地质测量、水文地质测量；2）沿各勘探线浅部做了高密度电法工作，查明主要煤层露头位置；3）结合高密度电法成果沿20煤露头在二勘探区勘探线上施工探槽，控制20煤层的露头，并采样测试，严密控制了露头位置、露头宽度和煤质特征；4）在此基础上按设计要求布置钻孔工程，严密控制主要煤层的露头和赋存状况；5）在第二勘探区进行二维地震勘探工作，在第一、三勘探区进行三维地震工作，进而达到控制勘探区内主要煤层16煤、20煤底板标高、起伏形态以及构造等地质成果。

3.2测量工作

3.2.1控制测量

根据测线的位置及地形情况，经踏勘得知测区内部及周边有已往施测的D、E级GPS点，其中一部分点保存完好，D级点可作为本次施测的E级GPS网起算点，E级点可作为放线测量控制点使用。本次测量共施测6个GPS勘控点，作为区内已有控制点的补充，和原有的D、E级GPS点共同作为放线测量控制点使用，其编号为：T001-T006。

3.2.2工程测量

工作量：高密度电法测线15条，测线总长9.13km；施测钻孔5个；二维地震测线13.80km；三维地震勘探测量炮点4277个，检波点20265个，共完成测点24542个。

3.3电法工作

电法勘探主要是为了解决区内煤层隐伏露头位置，以及断层在浅层的发育形态特征。本次采用高密度电法方法（地电影像法）在第一、第三勘探区施工，该方法是工程物探中成熟、广泛应用的一种有效方法，其优点是：点距密，精度高，效率高。高密度电法是采用密集的电极排列进行纵、横向连续数据采集，可获得丰富的地质信息。该方法可了解排列段下地电层的纵、横向变化，兼有电剖面法、电测深法的地质信息。勘探区共完成试验剖面1条，折合物理标点60个，共完成剖面长度9.13km，折合物理点925个，较好地完成了本次电法勘探的外业工作。

3.4钻探工作

钻探勘探目的是为了进一步查明区内煤层隐伏露头位置、煤层厚度、结构等。由于勘探区内浅表层的砾、卵石层厚度大30-40m，本次钻探在第一和第三勘探区共施工钻孔5个，总进尺331.5m。达到本次钻探的地质目的。

3.4.1钻孔施工情况

本次钻探共施工钻孔5个，其中第一勘探区3个：W1、W2、W3，第三勘探区2个：D1、D2。

3.4.2工作量及成果

本次钻探在第一勘探区里布置了3个钻孔（W1、W2、W3），由于煤层倾角较大，埋深加大，只有W2号孔打到20煤；在第三勘探区布置了2个钻孔(D1、D2)，均已见煤，结合区内原有钻孔，控制了该处煤层的产状及厚度(见表2)。

3.5二维地震工作

根据勘探区的实际情况在第二勘探区采用二维宽线施工的方法，设计二维地震测线3条：K1、K2、K3。测线间距200m，其中测线K2经过钻孔，可用于钻孔时深的转换，以提高勘探的准确性。共完成二维地震测线13.80km，物理点342个。

3.6三维地震工作

根据勘探区的实际情况，在第一、三勘探区采用三维地震的方法。

3.6.1观测系统及施工参数

三维地震勘探采用单边放炮、30次覆盖的10线10炮制束状观测系统，考虑到主要目的煤层倾角大、埋深的特点，采用单边激发，72道接收，10m偏移距，以满足最大炮检距的要求，保证资料采集质量。

3.6.2工作量

本次完成三维地震勘探测线11束，生产物理点3469个，试验物理点186个，总计3655个。本次地震勘探获得生产记录3626张，依据《煤炭煤层气地震勘探规范》，甲级记录1696张，甲级率46.77%，乙级记录1908张，乙级率52.62%，合格率99.39%。较好地完成了处理任务，获得了信噪比较高的三维数据体。

3.6.3资料处理

1）地震偏移技术

陡倾斜地震勘探区因在数据处理时不能保证资料的准确归位，进而不能获得准确的高质量地震勘探成果，因此成为地震数据处理中的难点。地震偏移技术是实现反射界面的空间归位和恢复发射界面的特征、振幅变化和反射系数，提高地震空间分辨率和保真度的重要手段。根据偏移方法的不同，偏移可分为时间域和深度域2类。时间偏移技术是基于横向速度变化弱的水平层状介质模型产生的，而深度偏移技术是基于横向速度变化的真实地质模型发展而来。两种偏移方法各有所长，而根据不同的地震地质条件选择适宜的处理方法是提高勘探精度的重要保证。本此三维地震处理采用了叠前时间偏移、叠前深度偏移及叠后时间偏移3种方法进行对比处理，处理结果表明，偏移能够同时实现共反射点的叠加和绕射点的归位，在解决复杂地质构造成像问题的同时能够提高资料的信噪比和分辨率。

2）地震属性解释技术

本次利用属性解释软件，提取了10多种地震属性，最终优选了对断层、无煤区反映较好的4种地震属性进行分析。分别为：最大曲率属性、极值曲率属性、倾角、基础变异属性等。通过对这4种属性进行分析，进一步提高对断层、无煤区形态特征的认识。

4地质成果

1）综合勘探查明落差大于等于25m断层7条，均为逆断层。无煤区3处，其中20煤2处，16煤1处。2）综合勘探控制了勘探区16、20煤层的埋藏深度和起伏形态，查明了波幅大于10m褶曲3个。3）综合勘探基本查明了16煤、20煤隐伏煤层露头线位置（见图1）。

5结论

文章以江仓矿区二井田露天矿勘探区陡倾斜煤层的综合勘探为实例，综合叙述了各工程在勘探中施工及成果，该综合勘探的方法既控制了20号煤层的露头位置，又查明了20号煤层空间构造形态及展布特征，从勘探成果及后期的矿方验证情况来看，综合勘探的方法在露天矿陡倾斜煤层的勘探中的效果是明显的。文中所采用的综合勘探工作方法及工作成果，希望可以为邻矿区及类似陡倾斜煤层地区的勘探提供借鉴。

参考文献：

[1]邓志文.复杂山地地震勘探[M].北京:石油工业出版社,2006.

[2]汤红伟.陡倾角煤层勘探区的地震数据处理研究[J].中国煤炭,2011(10):35-40.

[3]山西省煤炭地质物探测绘院.江仓矿区二井田补充勘探地质报告[R].2012.

作者:郑启孝 单位:山西省煤炭地质物探测绘院