二維地震勘探技術在煤炭勘查區探測中的應用

王 龍

(甘肅煤田地質局 慶陽資源勘查院,甘肅 慶陽 745000)

0 引言

煤炭作為全球主要的能源供應來源之一,其有效勘探和開采對于滿足能源需求至關重要。在煤炭勘查中,地質構造和煤層分布的準確預測是至關重要的,有效獲取地下煤炭資源的地質信息和煤層分布可以指導煤礦開采工作。二維地震勘探技術作為一種重要的非接觸式探測手段,主要應用地球物理勘探方法,利用地下介質的變化特征來推斷地質構造和地層性質,使用地震源激發地震波,并在地下設置接收器記錄地震波信號。通過分析接收到的地震波信號,可以確定地下介質的物性參數和地質構造信息,如巖性、層序、斷層等,可為資源勘查、地質研究和工程建設提供重要的地質信息,提高煤炭資源勘查的效率和準確性,為優化煤炭開采方案和提高資源利用率提供科學依據。因此,研究和應用二維地震勘探技術在煤炭勘查區探測中具有重要的實踐價值和理論意義[1-3]。

1 工程概況及地質條件

本次工程實驗勘查區位于N縣東部,海拔范圍在1 050～1 400 m,相對高差350 m,東西寬約15 km,南北長約13 km,面積約190 km2,地貌形態主要表現為塬、梁、峁、壑溝和河谷階地,地形條件復雜,為典型的黃土塬區地形地貌景觀。由于原勘查工作只實施原《普查設計》中的5條地震測線,其工作網度達不到普查階段的要求。因此,依據《煤炭煤層氣地震勘探規范》(以下簡稱《規范》)并結合勘查區地質及地震地質條件,需要初步了解勘查區構造輪廓、含煤地層分布范圍等信息。

2 二維地震勘探技術的應用

外業選擇5個點位進行點試驗工作,通過認真分析點試驗資料認為,采用多井組合、大藥量激發、高疊加次數等技術,可以獲得較好的單炮記錄[4]。為了更進一步檢驗點試驗所確定施工參數的合理性,在點試驗的基礎上選取D33線8 580～10 800樁號進行二維線段試驗。二維地震勘探觀測系統如圖1所示。

圖1 二維觀測系統示意圖

二維觀測系統中道間距為10 m,炮點距為20 m,接收道數為288道,疊加次數為72次,偏移距為0 m,激發方式為中點。其中,探測儀器采用的是ARAM.ARIES數字地震儀,采樣間隔1 ms,記錄長度2 s,前方增益24 dB,記錄格式SEG-Y,全波接收。二維地震實際完成地震測線5條,其中,3條主測線(D17線、D25線、D33線),2條聯絡線(L24線、L40線),完成物理點3 188個,試驗點82個,總計物理點3 270個。數據采集質量符合《規范》中“地震地質條件復雜地區,甲級率應不低于40%”和“全區物理點合格率不低于98%”的要求。

3 探測區地震資料解譯

3.1 地震及地質條件分析

本次二維地震勘探共完成5條測線,其中,主測線3條、聯絡線2條。初步了解了勘查區構造輪廓,總體為一向北西傾伏的單斜構造;區內未發現斷層;初步了解了主要可采煤層賦存狀況,圈定了煤5在勘查區內薄煤區及無煤區邊界。勘查區位于陜北單斜西南段,構造形態為一向北西緩傾伏的單斜構造。區內煤5層底板由西向東逐漸抬升,西部煤5底板標高為220 m,到東部煤5底板標高達460 m,高差為240 m,在單斜構造帶上發育有波狀起伏的次級褶曲構造。

后經分析發現測區5條測線的時間剖面上,在區域內的測線上,大部分T5波(煤5反射波)可以連續追蹤,但在局部地段,T5波的能量較弱,波形不穩定,可能會出現衰減或消失的現象。

3.1.1 勘查區內薄煤區邊界分析

在主測線D17線樁號5 500～11 970的地段,T5波能量較弱,同相軸模糊,波組不能連續追蹤;主測線D25線上樁號6 600～10 500地段T5波能量變弱,同相軸不清晰;聯絡線L24線上樁號5 600～7 100地段T5波能量變弱,同相軸不清晰;經上述樁號區間控制,初步判斷煤5在勘查區南部有一薄煤區。圖2顯示煤5波在D17線上變弱的現象。

3.1.2 勘查區內無煤區邊界分析

主測線D33線上樁號1 660～3 410段T5反射波出現間斷,不能連續追蹤對比,結合3 309鉆孔資料判斷煤5在該地段為無煤區,如圖3所示。

圖3 D33線上T5波變弱的顯示

結合鄰區羅川東部的勘探成果,并根據勘查區內已知的鉆探資料和地震地質成果,初步確定煤5在本勘查區中部偏南地段為薄煤區,在本勘查區東部邊界有一小區塊無煤區。

3.2 構造輪廓分析

結合本次二維地震勘查的網格稀疏程度,無法對測線上斷距小于100 m的斷點進行詳細解釋,并且在平面上沒有觀察到組合斷層。但僅基于以上信息不能完全排除區域內可能存在小斷層的可能性,需要進一步加強地震勘探,以更好地了解區域內構造情況,特別是小斷層的存在與發育情況。在本次地震工作中,在勘查區域內,未發現具有大于100 m的斷層,地質構造整體呈現向西北緩傾的單斜形態,局部區域存在波狀起伏的地貌特征[5]。

3.3 煤地層解譯

準確地確定煤層的分布情況和厚度變化,對煤田勘探和評價具有重要的指導意義。煤田地質調查結果顯示,區域內的聚煤環境發生了變化,分析認為,可能由于基底隆起或古河流的沖刷作用,造成了煤層的變薄或尖滅現象。這種變化在地震勘查中可以通過觀察T5反射波屬性特征的變化來判別。通常情況下,當煤層變厚時,反射波能量會增強,而煤層變薄或無煤時,反射波能量會減弱甚至消失。根據這種關系,將測線上反射波能量變弱或消失的點進行投影并連接,同時結合已知的鉆孔資料,可以圈定出主要可采煤層的薄煤區范圍[6](見圖4)。

4 結語

本研究利用二維地震勘探技術,結合測井和鉆探成果,采用綜合手段方法,初步查明了煤5底板起伏形態呈向北西方向緩傾斜的單斜構造;初步了解了主要煤層的賦存范圍,解釋了主要煤層的埋藏深度;初步圈定了主要煤層煤5的薄煤區及無煤區的分布范圍。通過二維地震資料解釋,初步分析認為勘查區中南部地段有一薄煤區;勘查區東部有一小區塊為無煤區,但由于本次地震勘探施工測線較稀疏,薄煤區及無煤區邊界未能較好控制,建議在勘查區內進一步開展地震勘探工作以便更準確圈定薄煤區范圍。