鐵煤集團大興煤礦巖漿巖區三維地震勘探方法

段宏群 程增慶 梁樹民 高國軍

摘 要:在對鐵煤集團大興煤礦巖漿巖勘探分析的基礎上,從數據采集、資料處理、巖漿巖體識別預測等方面,系統介紹了大興煤礦巖漿巖地震勘探的新進展、新方法,并從地震勘探施工條件、巖漿巖體識別等方面對大興煤礦巖漿巖的地震勘探進行了闡述。綜合分析認為:大興煤礦巖漿巖具備開展地震勘探的條件,成果質量滿足煤炭開采的要求。

關鍵詞:巖漿巖三維地震勘探大興煤礦

中圖分類號:TD7 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(b)-0050-02

鐵法煤田巖漿巖主要分布在鐵法煤田的東西兩緣,特別是西南部最為發育,鐵法煤田巖漿巖具有多期活動并與斷層關聯度高的特點。鐵法煤田大興煤礦巖漿活動形式分為侵入與噴出兩種,侵入巖對煤系和煤層均產生不同程度的破壞作用,噴出巖一般影響較小。大興井田位于鐵法煤田的西南部,位于鐵法煤田巖漿活動發育最強的區域,巖漿巖活動與區域特征基本一致,有噴出和侵入兩種,噴出巖主要為玄武巖,侵入巖主要為輝綠巖。輝綠巖大面積侵入煤系地層之中,對煤系地層特別是上部發育的主要可采煤層影響破壞較大。

巖漿巖活動加強了斷裂的發育程度,斷裂的產生又為巖漿巖的侵入活動提供了條件,巖漿巖的劇烈活動使得大興煤礦的更加復雜。巖漿巖對本區構造的影響表現為三個方面:(1)使煤層圍巖的連續性遭到破壞；(2)改變了原有的斷裂空間按形態；(3)使煤層頂底板的產狀和構造形態發生改變。

巖漿巖的侵入使得煤層的宏觀結構發生變化,局部煤層被吞蝕,煤層變質程度局部變高、變簿、煤層灰分增高。噴出和侵入兩種形式的巖漿巖的給地震勘探工作帶來困難,在煤炭開采過程中遇上巖漿巖時一般措施是停止掘進或返回一定距離另開巷道。而用常規的鉆探、測井及地質理論預測方法難以探明巖漿巖的賦存狀態,所以急需探索新的勘探技術。

1巖漿巖的特征

研究和認識巖漿巖賦存規律是做好巖漿巖區地震勘探的基礎。巖漿巖的不規則性使其不像沉積巖那樣容易控制和預測。因此,掌握巖漿巖生成機理、賦存規律,有助于更合理更準確地利用地震勘探資料確定巖漿巖賦存狀態和破壞范圍。

1.1 巖漿巖侵入地質規律

巖漿在噴出地面之前的噴出過程中遇到裂隙、斷裂時則會沿斷層噴發、遇軟弱巖層時則易沿軟弱層侵入,在巖漿巖冷卻后形成侵入巖(圖1)。形成巖株、巖墻,巖脈、巖蓋等。規模較大的長寬達幾千米或幾十千米,規模較小的長寬則為幾厘米或幾米(圖2)。煌斑巖沿著煤層侵入為主,高溫熾熱的巖漿攜帶大量氣體由地殼深處沿斷層通道上升,到煤系地層中,遇到上部堅硬的巖層后巖漿先由巖石強度相對較小的上含煤段2-3、4-2、7-2、9煤層順煤層、頂板或層間侵入后壓力得到釋放,下含煤段在12、14-1、15-2、16煤層順煤層、頂板或底板侵入后壓力得到釋放。當煤層厚度越大時巖漿巖的侵入范圍越大。熾熱的巖漿侵入煤層后一方面熔蝕煤層,一方面在煤層中穿入,巖漿冷卻后呈層狀、串珠狀、透鏡狀等各種形體形成巖漿巖。

1.2 巖漿巖侵入方式

在大興煤礦巖漿巖的侵入方式主要為:巖墻、巖株、巖脈,沿煤層頂板、沿煤層底板或煤層中間等各種侵入方式均常見,巖漿巖附近的煤層局部焦化或置換額煤層。

噴出巖:主要為玄武巖,深灰綠色或紫褐色,致密堅硬,邊緣地帶常呈灰色。礦物組成以普通輝石、基性斜長石、磁鐵礦為主,對煤系地層影響不大。478號鉆孔附近為一巖漿巖溢出口,以Ｆ52號斷層為溢出通道,侵入體自下而上直穿全部含煤地層直至地表。在侏羅系地層中以巖墻為主,其中多以小規模的巖床侵入于煤系地層中,穿過侏羅系地層后逐漸轉化為巖床。

侵入巖:以輝綠巖為主,中心相呈深灰、綠色,粗粒全晶質,以普通輝石、橄欖石、基性斜長石、磁鐵礦為主,邊緣大部分呈灰色、灰白色,在斷裂帶附近見熔巖角礫。輝綠巖多處沿斷裂溢出,在井田內分布較廣泛,在煤礦生產中多處實見。

2巖漿巖的地震探測技術

大興煤礦地震地質條件為厚巖漿巖發育區(厚度為23.2～135.9m),巖漿巖對反射地震波的有散射及屏蔽效應。在探測煤層時,在地震采集時難以獲得高信噪比的原始記錄,室內地震資料處理時對提高煤層波的成像質量,、解釋及地質研究時識別巖漿巖的反射波是關鍵。

采集參數采用10m×10m的面元、0.5ms采樣率、48次覆蓋,提高采集資料的質量。同時,在過村莊及出那個礦石廠礦時,在障礙物區采用小炸藥量激發保證淺層的疊加次數提高信噪比。

資料處理中,對炮集進行F-K域濾波減弱線性干擾,采用拉冬變換法壓制多次波；為了提高成像質量,采用迭代速度分析實現高精度疊加、確定性反褶積、疊后反褶積等處理技術獲得高信噪比的處理成果。解釋時首先通過人工合成記錄確定地震波的屬性,進行剖面對比解釋,結合巖層切片及等時切片等多屬性資料在平面上的分布特點,進行巖漿巖的解釋與構造分析,確定巖漿巖的邊界范圍與分布。

巖漿巖煤層吞噬區是指:在該區煤層吞噬區是指煤層被巖漿巖破壞造成的無煤帶。故煤層缺失帶的解釋是根據以下特點進行的:

(1)地震波特征為同相軸中斷,出現空白帶,空白帶趨勢連線兩端點沒有時差,且上下層位連續。或煤層波同相軸變弱或波形變化,厚層巖漿巖在地震時間剖面上表現為丘狀反射,見圖3。

(2)在順層切片上表現為橢園或不規則條帶狀異常,見圖4。

本區發現類似以上特征的煤層波發育區,據此認為本區存在巖漿巖煤層吞噬區發育范圍,除完成了常規的地質任務外,還圈出了一長軸長約150m,短軸長約100m的薄煤區。后經礦方巷探驗證,準確率高達85%,為煤礦采煤工作面的布置提供了基礎資料。通過精細解釋圈定勘探區內4-2、7-2、12煤層巖漿巖吞蝕區,在4-2煤層中發現巖漿巖吞蝕區14個,在7-2煤層中上發現巖漿巖吞蝕區9個,在12煤層中發現巖漿巖吞蝕區6個。

3巖漿巖勘探展望

在大興煤礦巖漿巖地震勘探的到成功后,在鐵法礦區巖漿巖區的煤炭地震勘探近幾年獲得了多項成果,巖漿巖地震識別取得了初步成果,但由于巖漿巖成因特殊,地震波場復雜,在多層煤的勘探勘探中還存在下組煤信噪比不高的問題。在大興煤礦巖漿巖的勘探中,通過加強巖漿巖波場的基礎理論研究,巖漿巖地震勘探還需要研究如下問題:

(1)加強巖漿巖區地震采集技術研究,加強巖漿巖區地震波場分離工作,將煤層波與巖漿巖反射波進行有效的分離,提高成像質量。利用鉆孔地震合成記錄研究巖及那個眼巖漿巖的地質屬性,進行巖漿巖對比分析和解釋,提高巖漿巖的識別能力,提高成果精度。

(2)發展巖漿巖地震多屬性預測分析技術,利用測井資料進行波阻抗反演,利用巖漿巖和煤層的阻抗差異建立巖漿巖地震波阻抗識別樣式,確定巖漿巖的空間分布范圍及展布。

參考文獻

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