陜西客家灣煤層三維地震勘探技術(shù)難點(diǎn)與對(duì)策

陜西客家灣煤層三維地震勘探技術(shù)難點(diǎn)與對(duì)策

1盤區(qū)煤層沖淤情況韓家灣煤礦位于陜西省陜北煤礦責(zé)任公司的現(xiàn)代化礦山。設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為150萬(wàn)噸/a?，F(xiàn)在主要從事1-2和2-2煤炭。韓家灣煤礦煤炭?jī)?chǔ)量豐富、煤層埋藏淺(50～200m)、易于開采。該礦先后進(jìn)行了水文、地質(zhì)勘探工作,但在礦井生產(chǎn)過(guò)程中,遇到了很多新的地質(zhì)問(wèn)題,對(duì)礦井規(guī)劃與安全高效生產(chǎn)帶來(lái)了較大的安全隱患,主要表現(xiàn)如下。(1)Ⅱ盤區(qū)存在煤層沖刷現(xiàn)象。該礦目前主采煤層為2-2煤層,巷道在Ⅱ盤區(qū)掘進(jìn)過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)1-2煤層多處受到?jīng)_刷導(dǎo)致煤層缺失,和以往地質(zhì)資料出入很大,因此須對(duì)沖刷帶的范圍和沖刷程度進(jìn)行重新認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)。(2)Ⅲ盤區(qū)2-2煤層在開采過(guò)程中,煤層厚度變化大,因此必須查清Ⅲ盤區(qū)內(nèi)2-2煤層的構(gòu)造情況、沖刷帶范圍及厚度變化趨勢(shì)。(3)礦井周邊小煤窯分布較多。韓家灣煤礦處于陜、蒙省界交界處,西有糖漿渠煤礦,北部?jī)?nèi)蒙古境內(nèi)分布較多的小煤礦,在礦井南部有韓家灣村辦煤礦,東部有哈拉溝煤礦和一些零散分布于山溝當(dāng)中的村辦小煤礦。由于小煤窯的開采缺乏科學(xué)規(guī)劃,隨意性強(qiáng),采煤率低,對(duì)韓家灣煤礦安全、高效生產(chǎn)將會(huì)帶來(lái)巨大的威脅。為此,韓家灣煤礦決定應(yīng)用三維地震勘探技術(shù),在三個(gè)盤區(qū)(II、Ⅲ、Ⅳ)查找沖刷薄煤帶的范圍及采空區(qū)分布情況(圖1)。2勘探區(qū)地震地質(zhì)條件2.1沙區(qū)地貌勘探區(qū)地處毛烏素沙漠與陜北黃土高原接壤地帶,屬中等沙漠化地區(qū),沙漠覆蓋率在80%以上,其中新月形沙丘和鏈狀沙丘遍布,灘地較少,區(qū)內(nèi)地勢(shì)平坦。表層為松散干沙,厚薄不一,對(duì)有效波吸收強(qiáng)烈,高頻信息經(jīng)過(guò)該低速沙層時(shí)嚴(yán)重衰減,不利于地震波的激發(fā)、接收,給施工帶來(lái)了一定困難。2.2煤層間距及巷道厚度大巖地層結(jié)構(gòu)一般分為3個(gè)層井田內(nèi)煤系地層厚度較穩(wěn)定,地層產(chǎn)狀平緩(僅1°左右),構(gòu)造簡(jiǎn)單,主要可采煤層埋深淺,一般在50～200m,煤層間距一般為20～40m,整套地層沉積韻律結(jié)構(gòu)明顯,圍巖以中細(xì)粒砂巖和粉砂巖為主,煤層與圍巖波阻抗差異較大,能形成較強(qiáng)振幅的反射波。2.3地震地質(zhì)特征(1)煤層多、埋藏淺、間距小?？碧絽^(qū)內(nèi)共有煤層9層,主要可采煤層有1-2煤層、2-2煤層、3-1煤層和4-2煤層,埋深分別為46.63～92.94m、54.66～117.04m、101.50～157.07m、167.41～199.23m;煤層埋藏深度在50～200m,屬于超淺層范疇,間距在0～20m,常規(guī)地震勘探的分辨率很難達(dá)到。(2)地震波吸收衰減嚴(yán)重。由于勘探區(qū)地表覆蓋層干燥、松散,對(duì)有效波特別是高頻信息的吸收衰減作用較為強(qiáng)烈,致使地震波能量減弱,造成了常規(guī)藥量的地震記錄能量弱,不利于地震波接收。(3)地質(zhì)任務(wù)要求精度高。落差小于5m的小斷層在地震時(shí)間剖面上反映為煤層反射波同相軸的輕微扭曲,單單依靠地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征難以識(shí)別;加之區(qū)內(nèi)煤層沖刷現(xiàn)象普遍,礦井周圍小煤窯開采情況不明,給三維地震解釋帶來(lái)了很大困難。3平埋煤層三維地震勘探技術(shù)的對(duì)策3.1觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)(1)三維觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。采用小道距,小接收排列,確保目的層反射波不發(fā)生畸變。采用的10線8炮制觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)如下:線距20m,道距10m,36道線,CDP網(wǎng)格5m×5m,覆蓋次數(shù)24次。(2)選擇良好的激發(fā)層位。選擇在紅色致密高速砂層中激發(fā),來(lái)應(yīng)對(duì)沙層對(duì)地震波強(qiáng)烈的吸收和衰減作用,從而保證能夠接收到有效波。3.2野外剩余靜校正(1)精細(xì)靜校正。靜校正是地震資料處理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。靜校正的正確性直接關(guān)系到疊加剖面的質(zhì)量,在地表高程變化劇烈和表層低速帶速度橫向變化較大時(shí)更是如此。野外靜校正是靜校正的第一步,在做好野外靜校正的基礎(chǔ)上,剩余時(shí)差(小于信號(hào)主頻周期二分之一)才有可能由剩余靜校正完成。野外靜校正解決高程和低速帶速度橫向變化造成的校正量,它必須達(dá)到一定的精度,否則剩余靜校正無(wú)法發(fā)揮作用。針對(duì)該區(qū)檢波點(diǎn)的高程及激發(fā)井深等變化情況,三個(gè)區(qū)塊選定的不同靜校正基準(zhǔn)面及速度(表1),經(jīng)計(jì)算得到每個(gè)區(qū)塊不同的靜校正量(圖2)。(2)振幅一致性補(bǔ)償。由于大地濾波的作用,地震波在傳播過(guò)程中能量衰減很多,尤其高頻成份損失嚴(yán)重。另外,震源能量差異、檢波器藕合差異也會(huì)對(duì)有效波振幅產(chǎn)生不利影響,導(dǎo)致接收到的振幅不能真實(shí)地反映地下介質(zhì)的動(dòng)力學(xué)特征及相互差異,采用地表一致性振幅補(bǔ)償對(duì)地震波能量加以恢復(fù),使得淺、中、深空間能量得到了較好恢復(fù)。(3)速度分析、剩余靜校正。速度分析是使有效波同相疊加,提高剖面信噪比,做好剩余靜校正的重要手段。處理時(shí)多次進(jìn)行速度分析和剩余靜校正。3.3數(shù)據(jù)解釋3.3.1地震屬性技術(shù)及儲(chǔ)層特征識(shí)別首先利用鉆孔測(cè)井資料制作人工合成地震記錄,然后根據(jù)抽層結(jié)果確定各反射波組的地質(zhì)屬性,將地震反射波與地下地質(zhì)目的層聯(lián)系起來(lái),便于在整個(gè)三維數(shù)據(jù)體中進(jìn)行層位追蹤解釋。地震屬性可以表征和研究地震數(shù)據(jù)內(nèi)部所包含的時(shí)間、振幅、頻率、相位以及衰減等特性。由于地質(zhì)體的不均勻性,使地震波場(chǎng)發(fā)生變化,因此通過(guò)研究地震屬性參數(shù)變化與地質(zhì)異常體的關(guān)系,可以達(dá)到直接或間接地檢測(cè)地質(zhì)異常體的目的。地震屬性技術(shù)就是提取、存儲(chǔ)、檢驗(yàn)、分析、確認(rèn)、評(píng)估地震屬性以及將地震屬性轉(zhuǎn)換為儲(chǔ)層特征的一套方法。這種技術(shù)能從地震數(shù)據(jù)中提取其他方法無(wú)法提取的信息,可以幫助解釋人員對(duì)地質(zhì)現(xiàn)象加以認(rèn)識(shí),特別是對(duì)儲(chǔ)層特征的認(rèn)識(shí)。本次主要采用屬性分析切片和方差體順層切片進(jìn)行輔助解釋,從另一個(gè)角度驗(yàn)證了地震解釋的結(jié)果。圖3為Ⅲ區(qū)通過(guò)提取振幅屬性獲得的振幅屬性層拉平分布圖,經(jīng)過(guò)鉆孔資料與采掘資料的綜合標(biāo)定,深灰色區(qū)域?yàn)槊簩雍穸却笥?m的地段,淺灰色區(qū)域?yàn)槊簩雍穸仍?m～5m,白色區(qū)域?yàn)槊簩尤笔^(qū)。3.3.2煤厚變化規(guī)律地震反射波中包含極其豐富的地下地質(zhì)信息,利用地震反射波可以用來(lái)進(jìn)行煤層厚度的解釋。波形振幅方法就是利用地震反射波的波形特征和振幅信息與煤厚的相關(guān)性來(lái)進(jìn)行煤層厚度的橫向預(yù)測(cè)。根據(jù)Windess的薄層理論,當(dāng)薄層厚度小于1/4波長(zhǎng)(約15m)時(shí),薄層反射波的波峰與波谷時(shí)差近視為一個(gè)常數(shù),而反射波振幅隨薄層厚度呈準(zhǔn)線性變化,即薄層的厚度信息包含在反射波振幅之中,因此通過(guò)波阻抗反演技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)全區(qū)煤厚變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。圖4為crossline187線波阻抗反演剖面,圖中每一層位顏色顯示的時(shí)間寬度與煤層厚度成正比關(guān)系,從剖面上可直觀的看出各煤層厚度變化的趨勢(shì)。其中2-2煤層厚度變化較大,受沖刷影響明顯;3-1煤層厚度較大,且厚度分布均勻,說(shuō)明3-1煤層穩(wěn)定性好。4地面鉆孔與井巷鉆孔對(duì)比研究本次三維地震勘探共解釋了2-2煤一個(gè)采空區(qū),一個(gè)煤層變薄帶、一個(gè)煤層缺失帶(圖5)。在資料提交后,礦方很快布置了CK-1、CK-2、YC1、YC2、YC3等5個(gè)地面鉆孔和6個(gè)井巷鉆孔對(duì)地震資料解釋的采空區(qū)、煤層缺失帶、煤層變薄邊界進(jìn)行了驗(yàn)證。CK-1、CK-2鉆孔的施工結(jié)果表明采空區(qū)存在,YC1鉆孔的施工結(jié)果表明無(wú)煤帶存在,YC2、YC3鉆孔的施工結(jié)果表明勘探區(qū)東部存在煤層較厚區(qū)域,巷探資料表明沖刷薄煤帶邊界最大誤差為15m。5地震解釋技術(shù)在單炮記錄中的應(yīng)用在淺埋煤層半沙