劉興金，宋嗣麒，張運(yùn)國(guó)

(1.山東省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，山東 濟(jì)南 250104；2.山東能源棗莊礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司七五煤礦，山東 棗莊 277100)

0 引言

七五煤礦原隸屬于山東省監(jiān)獄局，于1973年6月建井，2016年7月1日整體劃轉(zhuǎn)棗莊礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力90萬(wàn)t/a。北七采區(qū)深部位于井田東部邊界附近，以往勘查程度較低，區(qū)內(nèi)已施工鉆孔揭露3上、3下煤層不同程度存在沖刷、沉缺、采空和巖漿巖侵入等地質(zhì)現(xiàn)象，其對(duì)煤礦高效、安全生產(chǎn)影響極大，因此準(zhǔn)確查明區(qū)內(nèi)3煤層賦存狀況是煤炭生產(chǎn)迫切需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一[1-8]。

該次三維地震勘探通過(guò)采用常規(guī)地震時(shí)間剖面與地震屬性相結(jié)合的綜合解釋技術(shù)，查明了區(qū)內(nèi)3煤層沖刷、沉缺、采空區(qū)和巖漿巖侵入等地質(zhì)現(xiàn)象的位置和范圍，經(jīng)后期巷道實(shí)際揭露，煤層沖刷帶位置、采空區(qū)范圍與地震資料解釋成果吻合度較高[9-19]，達(dá)到了三維地震勘探效果，為礦方解決了煤礦開采地質(zhì)問(wèn)題①山東省煤田地質(zhì)局物探測(cè)量隊(duì)，山東能源棗莊礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司七五煤礦北七采區(qū)深部三維地震勘探報(bào)告，2018年。。

1 地質(zhì)概況

井田處于滕縣煤田南部，井田范圍東以李橋斷層為界，西至歡城、紙坊斷層；北與田陳、歡城煤礦相鄰，南至微山縣城，井田面積約46km2，行政區(qū)劃隸屬于歡城鎮(zhèn)。區(qū)內(nèi)地層由老到新為奧陶系、石炭系、二疊系、侏羅系及第四系。主要含煤地層為太原組及山西組，其中位于山西組3上、3下煤層厚度大，層位穩(wěn)定，兩者間距在30～35m之間，為該井田的主要可采煤層，也是地層對(duì)比的重要標(biāo)志層；位于太原組中下部的12下、16煤層，由于受巖漿巖侵入的影響，對(duì)煤層破壞嚴(yán)重，在區(qū)內(nèi)大部分煤層變?yōu)樘烊唤埂?/p>

2 常規(guī)地震時(shí)間剖面解釋

2.1 正常3煤層對(duì)應(yīng)的反射波特征

受煤層沖刷、沉缺、巖漿巖侵入影響，區(qū)內(nèi)3煤層厚度變化較大，3上煤層厚度0.67～3.77m，3下煤層厚度0.52～2.84m，3上煤層的厚度大于3下煤層。

T3波是解釋構(gòu)造及3煤層賦存狀態(tài)的主要依據(jù)，當(dāng)3上煤層與3下煤層保存完好的情況下，T3波有2個(gè)正相位和2個(gè)負(fù)相位組成，分別代表3上煤與3下煤形成的反射波(圖1)，因3上煤層較3下煤層厚，且位于上部，T3上波能量強(qiáng)、同相軸連續(xù)性好，受3上煤層屏蔽及3下煤層薄的原因，T3下波能量較T3上波弱，但連續(xù)性較好。通過(guò)分析掌握3煤層與反射波對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以充分利用地震資料橫向高分辨特性，結(jié)合鉆探資料，查明3煤層在區(qū)內(nèi)賦存情況。

1—3上煤層反射波 2—3下煤層反射波圖1 研究區(qū)正常3煤層反射波特征

2.2 煤層沖刷解釋

根據(jù)煤層地震波形成機(jī)理中煤層振幅的調(diào)諧現(xiàn)象可知[6]，厚度小于10m的煤層其厚度與地震振幅成正比，根據(jù)這一理論可以對(duì)煤層沖刷帶和采空區(qū)進(jìn)行解釋[10]。

區(qū)內(nèi)X0-18鉆孔揭露3上煤層變薄，厚度為0.72m，3下煤層保存完好，厚度為1.75m，3上煤層反射波同相軸變?nèi)鹾拖?，T3下波及其下部能量開始增強(qiáng)，符合3上煤層沖刷變薄的特征；在研究區(qū)中北部局部地區(qū)，3上煤層沖刷變薄，T3上波能量變?nèi)酰?上煤層對(duì)3下煤層屏蔽作用減弱，但是3下煤層反射波能量依然較弱甚至消失，通過(guò)結(jié)合鉆探資料確定3下煤層在該區(qū)域被沖刷(圖2)。

1—煤層沖刷區(qū)圖2 3煤層沖刷在時(shí)間剖面上的反映

2.3 煤層沉缺解釋

煤層沉缺帶(俗稱無(wú)煤帶)是因構(gòu)造原因形成的煤層變薄或缺失以致不可采的地帶或條帶。區(qū)內(nèi)X2-14鉆孔揭露3下煤層沉積缺失,對(duì)應(yīng)的T3下波消失(圖3),T3下波位置出現(xiàn)空白帶，由于3下煤層的缺失，3下煤層下部相位能量變強(qiáng)，根據(jù)上述時(shí)間剖面的特征解釋了3下煤層在該范圍沉缺。

1—煤層沉缺區(qū)圖3 研究區(qū)3下煤層沉缺在時(shí)間剖面上的反映

2.4 煤層采空區(qū)解釋

在三維地震勘探前，位于研究區(qū)西南角邊界的705工作面對(duì)3上煤層進(jìn)行了開采，地震時(shí)間剖面上反映該處3上煤層反射波消失，由于3上煤層采空，上覆地層變得疏松，密度降低[1]，傳播于其中的地震波的能量、速度、頻率均發(fā)生不同程度的變化，造成3下煤層對(duì)應(yīng)位置反射波不連續(xù)、波形異常、零亂、能量弱等特征(圖4)。

1—采空區(qū)圖4 采空區(qū)在時(shí)間剖面上的反映

2.5 巖漿巖侵入解釋

井田內(nèi)巖漿活動(dòng)比較強(qiáng)烈，主要沿近SN和EW向斷裂，以巖株或巖墻形式上升侵入各煤層，侵入方式多以熔蝕為主，次為貫入和尖劈，巖漿沿?cái)鄬由仙耐瑫r(shí)，并向斷層的東西兩盤侵入到深部地層中，貫入規(guī)模較大的熱能巖漿體，同時(shí)又沿著含煤地層以下的巖層節(jié)理、裂隙和井田內(nèi)發(fā)育的其他斷層，上沖至含煤地層，并以熔蝕為主的侵入方式“擠開”煤層頂?shù)装搴笄秩朊簩踊蛑苯禹樅衩簩忧秩耄瑢?duì)煤層造成破壞[2，9]。

根據(jù)該區(qū)鉆孔3煤層巖漿巖侵入情況結(jié)合地震資料，時(shí)間剖面上顯示的反射波組發(fā)生了明顯變化(圖5)，其特征主要有以下2個(gè)方面：

(1)煤、焦、巖漿巖混合帶：波形特征發(fā)生明顯變化，反射波的能量減弱，振幅降低，原有連續(xù)性好的反射波同相軸特征遭到破壞，取而代之的為短軸狀、不連續(xù)的同相軸(蠕蟲狀顯示)，時(shí)間剖面的品質(zhì)降低[18]。

(2)巖漿巖吞蝕區(qū)：反射波同相軸能量變得很弱、甚至消失，說(shuō)明煤層被巖漿巖破環(huán)最嚴(yán)重[14]。

1—巖漿巖吞蝕區(qū)；2—煤、焦、巖漿巖混合帶圖5 巖漿巖侵入3煤層在時(shí)間剖面上的反映

3 地震屬性解釋

地震屬性指的是那些由疊前或疊后地震數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)變換而得出的有關(guān)地震波的幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)或統(tǒng)計(jì)學(xué)特征[3]，常用的幾種地震屬性有振幅、波形、頻率、相位和方差等[4]。3煤層與圍巖物性差異較大，可以形成能量較強(qiáng)的反射波，反射波振幅強(qiáng)弱直接反映了煤層的厚度變化趨勢(shì)。均方根振幅是將振幅平方的平均值再開平方，由于振幅值在平均前平方了，因此，它對(duì)3煤層特別大的振幅非常敏感；最大振幅是分析時(shí)窗內(nèi)的最大正、負(fù)振幅，最適合繪制層序內(nèi)或沿著特定的反射體上的振幅異常圖，能夠間接地反映出3煤層厚度細(xì)微變化。通過(guò)提取各種屬性參數(shù)反復(fù)對(duì)比，提取了3煤層層位同相軸振幅屬性，時(shí)窗長(zhǎng)度為3煤層反射波同相軸上下各5ms，可以較好地反映出3煤層變化情況。

從圖6、圖7可以看出，3煤層厚度在區(qū)內(nèi)變化趨勢(shì)明顯，其中紅色區(qū)域3煤層反射波振幅較強(qiáng)，反映了3煤層保存完好、煤層厚度正常、煤層較厚；黃色區(qū)域煤層厚度較紅色區(qū)域薄；藍(lán)色區(qū)域反射波振幅較弱，對(duì)應(yīng)3煤層較薄，厚度大多小于最小可采厚度0.7m，結(jié)合鉆探資料，可以圈定3煤層沖刷、沉缺、采空、巖漿巖侵入邊界，也可以半定量地解釋3煤層厚度變化趨勢(shì)。

1—煤層沖刷區(qū)；2—煤層采空區(qū)；3—巖漿巖吞蝕區(qū)；4—三維勘探區(qū)邊界；a—最大振幅；b—均方根振幅圖6 研究區(qū)3上煤層反射波最大振幅、均方根振幅屬性顯示

1—煤層沖刷區(qū)；2—煤層沉缺區(qū)；3—巖漿巖吞蝕區(qū)；4—三維勘探區(qū)邊界；c—最大振幅；d—均方根振幅圖7 研究區(qū)3下煤層反射波最大振幅、均方根振幅屬性顯示

4 綜合解釋方法

該次三維地震綜合解釋主要采用常規(guī)地震時(shí)間剖面與地震屬性2種方法綜合對(duì)比解釋。常規(guī)地震時(shí)間剖面根據(jù)3煤層反射波能量、波形與頻譜等特征變化；地震屬性解釋主要提取了該區(qū)對(duì)煤層厚度反映較明顯的最大振幅和均方根屬性，結(jié)合鉆探資料，2種解釋方法成果互相對(duì)比、驗(yàn)證，最終確定各地質(zhì)現(xiàn)象的分布范圍，利用上述2種解釋方法，進(jìn)一步提高了3煤層解釋的精度。

5 應(yīng)用效果分析

根據(jù)提交的北七采區(qū)深部三維地震勘探成果報(bào)告，七五煤礦對(duì)前期開拓的715和北七巷道進(jìn)行了調(diào)整，在巷道開拓過(guò)程中揭露的煤層底板標(biāo)高、斷層位置及落差、煤層沖刷帶位置、采空區(qū)范圍與地震資料解釋成果吻合度較高。

5.1 3上煤層沖刷帶驗(yàn)證情況

七五煤礦北七運(yùn)輸和軌道下山巷道在開拓過(guò)程中均揭露了三維地震解釋的煤層沖刷帶(圖8—圖10)，其揭露位置于地震解釋位置相差在20m之內(nèi)，精度高于三維地震勘探要求技術(shù)指標(biāo)。

1—粉砂巖；2—粉砂質(zhì)泥巖；3—3上煤層；4—正斷層；5—斷層落差與傾角圖8 研究區(qū)北七巷道揭露3上煤層沖刷與三維地震解釋成果對(duì)比圖

1—粉砂巖；2—粉砂質(zhì)泥巖；3—3上煤層；4—正斷層；5—斷層落差與傾角圖9 研究區(qū)3上煤北七運(yùn)輸下山地質(zhì)素描圖

1—粉砂巖；2—粉砂質(zhì)泥巖；3—3上煤層；4—正斷層；5—斷層落差與傾角圖10 研究區(qū)3上煤北七軌道下山地質(zhì)素描圖

5.2 3上煤層采空區(qū)

在三維地震勘探前，位于研究區(qū)西南角邊界的705工作面對(duì)3上煤層進(jìn)行了開采，根據(jù)地震資料解釋的3上煤層采空區(qū)范圍與后期搜集到705工作面資料對(duì)比(圖11)，地震解釋范圍與實(shí)際范圍基本一致。

1—三維地震解釋采空區(qū)邊界；2—三維勘探區(qū)邊界；3—見(jiàn)煤鉆孔圖11 三維地震資料解釋3上煤層采空區(qū)與實(shí)際資料對(duì)比

6 結(jié)論

在地震地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)，由于多種因素影響，地震資料解釋勢(shì)必存在多解性，常規(guī)地震時(shí)間剖面解釋，仍然停留在強(qiáng)烈地依賴解釋人員經(jīng)驗(yàn)的階段，不同的解釋人員會(huì)有多種解釋方案，僅靠少量的鉆孔及常規(guī)時(shí)間剖面解釋難以準(zhǔn)確控制煤層變化情況。地震屬性技術(shù)是通過(guò)計(jì)算機(jī)提取地震數(shù)據(jù)中的屬性信息，這些信息有助于解釋人員對(duì)地質(zhì)現(xiàn)象的正確認(rèn)識(shí)，但是地震屬性與所預(yù)測(cè)的對(duì)象之間關(guān)系很復(fù)雜，當(dāng)?shù)刭|(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜時(shí)，選擇合適的地震屬性很困難，提取地震屬性間也不完全獨(dú)立，有些屬性包含的信息是相近的，需要從中選出恰當(dāng)?shù)膶傩浴?/p>

通過(guò)采用常規(guī)地震時(shí)間剖面和結(jié)合地震屬性綜合解釋技術(shù)，可以增加對(duì)復(fù)雜地區(qū)地震資料的認(rèn)識(shí)程度，提高資料解釋準(zhǔn)確度及精度，其中地震屬性技術(shù)也是實(shí)現(xiàn)地震資料向定量—半定量發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，可以精確地解釋構(gòu)造和煤層的賦存狀況。