地震勘探在煤田地質勘探上的應用

劉迪新

摘要：根據地震勘探原理，煤層底板在地震勘探過程中容易產生能量較強的反射波，由于煤層的這一特征，地震勘探被廣泛地應用在了煤田地質勘探的各個勘查階段，隨著地震勘探分辨率的提高，特別是三維地震勘探的普及，地震勘探成了煤田地質勘探中一種不可或缺的勘探方法。

關鍵詞：分辨率;物性差異;介質;地震相;沉積環境

一、概況

地震勘探是利用地下不同介質的彈性和密度差異，通過觀測和分析地層對人工激發的地震波的響應，來推斷出地下巖層的性質和形態的地球物理勘探方法。由于煤層和圍巖之間存在著明顯的物性差異，因此煤層底板通常是一強波阻抗界面，容易產生能量較強的地震反射波。我們利用煤層的這一特性，對煤層產生的地震波進行處理、分析和研究，就可以推斷出地下煤層的發育形態。因此地震勘探在煤田地質勘探領域幾乎成為了一種不可或缺的勘探手段，在煤炭勘查的各個階段：預查、普查、詳查、精查和建井勘探中，都少不了地震勘探的參與。

地震勘探的精度和分辨率成正比例關系，地震勘探的難題就是怎樣提高分辨率，高分辨率有助于對地下精細的構造和煤層的性質進行分析研究，從而更為詳細了解煤層的構造與分布情況。隨著三維地震勘探的普及，地震勘探方法在煤田地質勘探中到了廣泛而深入的應用。

二、對煤層起伏形態和構造的控制

煤田地質勘探最終目的是為煤礦建井服務，因此在礦井建立之前，對煤層的起伏形態、構造度均要進行查明和控制，為礦井建設提供地質依據。

由于煤層和圍巖之間存在明顯的物性差異，因此每一層煤層的底板都能產生一個強反射波，多層煤層就能發育一強反射波組，所以煤地的起伏形態便能從時間剖面上直觀地反映出來。地震時間剖面上地震相位的起伏形態反映的正是煤層的起伏形態，只是時間剖面上煤層的起伏形態是以時間的方式來體現的。

同理，煤系地層的各種構造形態也會以時間的形式在地震時間剖面上顯示出來。這些構造現象和煤層的起伏形態在時間剖面經過時深轉換后均能在地質地質剖面上得到控制。

三、對煤系地層覆蓋層厚度和煤層埋藏深度的控制

當時間剖面上各反射波經過時深轉換后，地震時間剖面就轉換成了地震地質剖面，地質時間剖面上的各個相位就有了有了實際的地質含義。

大多煤系地層和其覆蓋層均存在一明顯的角度不整合關系，覆蓋層底界面發育的反射波經過時深轉換后就是煤系地層覆蓋層的厚度。覆蓋層下伏各煤層底板發育的反射波經過時深轉換后就是各煤層的埋藏深度。

由于煤層覆蓋層和煤層存在一明顯的角度不整合，因此經過時深轉換后，煤層覆蓋層底界面的地質界線和各煤層的埋深線必定存在一交點，該交點就是煤層的露頭。

四、對煤層發育的細小構造的控制

由于鉆探是一孔之見，只能查明地下一點的地質情況，而地震勘探得到的一條時間剖面就是一條完整的地質剖面，而三維地震勘探更是一個由無數縱向和橫向地質剖面組成的地質體，對地下地質體可以進行全方位的反映，由于三維地震勘探分辨率的大幅提高，就讓對煤層中發育的細小構造進行精準解釋成為了可能。

對煤層中發育的一些細小構造的解釋主要是對小斷層、小摺曲、煤層的沖刷帶和陷落柱的解釋。

煤層中小斷層在時間剖面上常常表現為反射波相位的分叉和扭曲;而小摺曲在時間剖面上表現為反射波相位發生小的起伏。

由于煤層和它的上下頂板的巖石存在明顯的物性差異，因此煤層底板或是煤層和它的上下圍巖一起形成了一個波阻抗界面，在地震勘探的中，容易產生強反射波，所以煤層底板發育的反射波在地震時間剖面上通常表現為一個能量強、連續性好的強反射相位。而當煤層存在有沖刷剝蝕的情況存在時，由于煤層在該地段缺失，而被近似于上、下圍巖物性的填積物所填充，該地段可以形成強反射波的物性差異也就消失了，因此在地震時間剖面上，該地段就不能形成強反射波，就會出現反射波相位中斷的情況，該反射波中斷地段也就是煤層存在風化剝蝕或沖刷的地段。

有些煤田的煤系地層下部地層為石灰巖，由于地下水的長年侵蝕作用，在煤層的石灰巖基底上形成空洞或是坍塌，煤系地層也隨之坍塌，這樣就在煤層中形成了陷落柱，在地震時間剖面上表現為地震相位向下凹陷，煤層的陷落柱大多變現為不規則的橢圓形，且煤系地層從下往上，塌陷面積逐步減小的趨勢。即煤系地層的陷落大多為不規則的橢圓柱形。煤層陷落柱不僅給煤層的開采帶來極大的不便，同時煤層陷落柱發育地段，通常也是一地下水導水通道，因此在煤礦開采過程中應引起足夠的重視。

五、地震勘探在井田劃分中的應用

現在井田的劃分除了人為垂直劃分相鄰礦井以某一垂直面為邊界的垂直劃分法之外，多以一定標高的煤層底板等高線為界的水平劃分法、以大型的斷層或構造線為界的地質界線劃分法和按煤層（組）間距的大小來劃分礦界的煤組劃分法。

由于地震勘探的主要任務就是查明礦區內的煤層層數，控制主要煤層的起伏形態、構造和煤層的埋藏深度。因此地震勘探多的地震地質資料是礦區井田劃分必不可少的依據。

六、地震勘探在煤炭儲量計算中的應用

以往煤炭儲量的計算都是利用鉆孔資料來進行的，地震勘探成果僅僅用于對煤層發育范圍進行圈定。即用地震勘探成果圈定用于計算儲量的煤層的發育范圍的面積，根據鉆孔所得的煤層的厚度、密度來對煤炭的儲量進行計算，孔與孔之間的煤層厚度多是根據兩個鉆孔所見的煤層情況來進行推斷。

隨著地震巖性反演技術的推廣與應用，運用地震時間剖面來推算煤層的發育厚度已經成為可能。地震巖性反演是指利用地震資料在已知測井資料的約束下，對地下巖層空間結構和物理性質進行成像的過程，即將測井資料較高的垂向分辨率和地震較好的橫向連續性相結合，得到既有較高垂向分辨率又有較好橫向連續性的反演剖面，把界面性的地震資料轉換成可與測井資料進行對比，具有巖性特征并有明確地質意義的波阻抗資料，對其進行地質解釋，從而達到巖性分布預測的目的，最終得到了反映煤層分層及厚度變化情況的波阻抗數據。簡單來說，即利用已知的鉆孔資料和鉆孔所在位置的煤層發育情況進行對比，得出地震反射波和煤層發育情況的對比關系，把這種關系推廣到整條地震時間剖面上去，得出整條時間剖面上煤層的發育情況。這樣就對孔與孔之見的煤層厚度的變化有了準確的了解，從而提供了儲量計算的準確性。

七、結論

地震勘探方法因其特殊的優勢在地質勘探的各個領域得到了廣泛的應用，特別是在煤田地質勘探領域，幾乎在煤炭地質勘探的各個階段都少不了地震勘探的參與，近年來，隨著三維地震勘探技術日益成熟和普及，地震勘探已經成了全國各大礦井建設中必不可少的勘探手段。相信隨著地質勘探方法的不斷完善，必將為煤礦建設解決越來越多的地質難題。