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地震勘探在黄土塬煤矿中的应用

2016/03/18 阅读:

摘要:

在地震勘探技术不断发展的过程中,黄土塬煤矿采区复杂的地震地质条件给地震勘探技术带来了更多的难题和挑战。本文通过黄陵矿区地震勘探概括、地震勘探成果验证、地震勘探对黄陵煤矿建设的指导作用研究地震勘探在黄土塬煤矿建设中的的应用及发展。

关键词:

地震勘探;地质成果;煤矿巷道掘进;地震资料解释

煤矿采区地震勘探技术历经几十年的不断发展,现已成为煤矿安全开采前构造勘探的首选技术。在地震勘探的应用过程中,黄土塬煤矿采区复杂的地震地质条件给地震勘探效果带来了诸多不确定因素,降低了地震勘探成果的精度和可靠程度。黄陵矿区的地震勘探工作从2007年的二维地震勘探开始至今先后进行过多次二维、三维地震勘探,地震勘探技术在不断优化,取得了丰富的地质成果,对煤矿生产的指导作用显著,随着巷道的掘进,部分地震勘探成果已经被验证。

1黄陵矿区地震勘探概括及成果验证

1.1黄陵矿区地震地质条件黄陵矿区地处陕北黄土高原南部,地震勘查区属于原始森林覆盖区,区内沟壑纵横、悬崖陡峭,森林植被广泛分布,最大地表高差超过300m。矿区浅层坡度横向变化较大,沟谷中部分地段基岩出露,山梁、山坡地带以第四系黄土覆盖层为主,中夹多层钙质结核层;部分地段黄土层下面发育有一层卵砾石层,这些岩层对地震波的吸收、衰减作用强烈,对开展地震勘探工作极为不利。故黄陵矿区浅表层地震地质条件复杂。矿区的主要目的煤层二号煤层全井田分布,层位较稳定,可作为资料分析、解释的标志层对煤层起伏形态及构造发育情况进行分析、研究。

1.2矿区地震勘探工作黄陵矿区一号煤矿先后进行了五次二维、三维地震勘探工作,共完成勘探面积约36.44km2,其中三维地震勘探面积21.23km2。黄陵二号煤矿从2007年至2013年先后进行了三次地震勘探工作,完成勘探面积约44.276km2,其中三维地震勘探面积约9.5km2。

1.3一号煤矿地震成果及验证情况黄陵一号煤矿共解释断层24条,均为正断层,幅值大于10m的褶曲18个,透镜体一个,异常区2个。在巷道的掘进过程中,其中7条断层、2个褶曲、1个透镜体已得到验证。其余构造特征由于巷道未掘进至该区域目前没有得到验证。地震勘探所获的地质成果经过巷道验证精度较高,其中巷道经过断层15条,验证9条,验证率为60%,煤层底板经巷道验证全矿区准确率为98%;煤层厚度、采空区、透镜体等与巷道揭示基本吻合;黄陵矿区地震勘探成果总体准确率达85%。煤层底板验证情况:在巷道掘进的区域内抽取了29个点,将巷道揭示的煤层底板值与地震解释煤层底板值进行了对比。其中地震解释最大绝对误差为11.2m,位于六盘区二维地震勘探范围内的617回风顺槽,最小绝对误差0.3m,位于二维勘探范围区内的617回风顺槽,平均误差4m。其中三维区煤层底板验证点的相对误差有一个点大于地震规范中要求的1.5%,位于四号风井十三联巷,其余验证点的相对误差均小于1.5%,二维区煤层底板验证点的误差均小于地震规范中要求的7%。一号煤矿地震勘探煤层底板准确率为97%。构造验证情况:黄陵一号煤矿共解释褶曲18个,8个向斜,10个背斜。其中2个褶曲已经巷道验证,与巷道揭示的相一致。7条断层已得到巷道的验证,在验证的7条断层中,落差大于5m的断层4条,这4条断层与巷道揭示的基本吻合,验证率为100%,落差小于5m的断层三条,其中1条断层与巷道揭示断层倾向相反、2条断层在巷道的实际生产中未发现。

1.4二号煤矿地震成果及验证情况黄陵二号煤矿地震解释成果共解释断层17条,三维区褶曲6个,在巷道的掘进过程中,其中8条断层、2个褶曲已被验证。其余构造特征由于巷道未掘进至该区域目前没有得到验证。煤层底板验证情况:在巷道掘进的区域内抽取了31个点,将巷道揭示的煤层底板值与地震解释煤层底板值进行了对比。其中地震解释最大绝对误差为14.90m,位于410辅助巷5联巷,最小绝对误差0.2m,201辅助巷6联巷。平均误差4.8m。其中三维区煤层底板验证点的最大相对误差为1.21%,均小于地震规范中要求的1.5%,二维区煤层底板验证点的最大相对误差为2.38%,均小于地震规范中要求的7%。二号煤矿地震勘探煤层底板准确率为100%。构造验证情况:地震勘探在三维区共解释了6个褶曲,2个褶曲已经巷道验证,分别为二盘区的B1背斜和X1向斜。一盘区的二维地震解释的褶曲特征与巷道揭示相符。黄陵二号煤矿地震解释成果共解释断层17条,在巷道的掘进过程中,其中8条断层已得到验证,最大落差大于5m的断层6条,其中四条断层与巷道揭示一致,2条地震解释断层经巷道验证不存在,落差大于5m的断层验证率为79%。

2勘探成果在黄陵煤矿建设的作用及发展

地震勘探成果,特别是对断层、采空区、煤层变薄区等的解释为矿井的接续工作和安全生产提供了有力的依据和重要的参考价值,在解放储量、规避风险、确保安全、提高效益方面起到了至关重要的作用。

2.1地震解释断层对煤矿建设的指导作用通过对黄陵矿区的多次地震勘探,了解到黄陵矿区构造简单,主要发育一些落差小于15m的断层,且以正断层为主。其中黄陵一号煤矿地震勘探共解释断层24条,其中7条断层已得到巷道的验证,其余构造特征由于巷道未掘进至该区域目前没有得到验证。2010年在黄陵一号煤矿602工作面进行了三维地震勘探工作,通过地震勘探解释了发育在测区西北角的2010DF1断层和发育在测区西南部的2010DF3断层,且2010DF1断层落差小于3m,向东延伸穿过北二回风大巷,2010DF3断层最大落差达8m。矿方针对地震勘探解释成果利用超前探的方法对2010DF3断层位置进行了验证,经验证该断层位置处煤层缺失,存在异常,矿方对设计巷道及时进行调整修改,规避了安全隐患。在巷道掘进至2010DF1断层位置时加强安全防范,在掘进时发现了落差2.5m的断层,验证了该断层的存在(图1)。2012年通过在黄陵一号煤矿八盘区进行的三维地震勘探,发现了在八盘区回风巷向北处小断层发育,并解释了走向一致的三条断层,2012DF3、2012DF4、2012DF5断层,其中2012DF3、2012DF4断层落差小于5m,2012DF5断层最大落差达10m。矿方根据地震解释成果在巷道的掘进过程中针对地震解释断层采取了有效的安全措施,成功的避免了风险,并验证了这些断层的存在。

2.2地震解释对煤矿建设的指导作用地震解释煤层发育对煤矿建设的指导作用:2011年对六、十盘区进行二维、三维地震勘探,其中三维地震勘探面积4.00km2,地震资料反应出该勘探区南部煤层反射波发育异常,表现为二号煤层反射波同相轴逐渐变弱且分叉,如图2所示为该异常区在时间剖面上的反映。从图中看反射波呈透镜体状,初步认为是由于煤层分叉合并造成的透镜体构造。该异常体的面积约0.077km2,位于1001进风顺槽北部300m处。在1001工作面实际生产中发现了该异常区域的存在,随后矿方对该区域进行了槽波勘探,勘探结果与地震解释基本一致。地震解释采空区对煤矿建设的指导作用:2013年对黄陵一号煤矿四号风井进行高密度三维地震勘探,三维地震勘探面积2.10km2。通过该次地震勘探,在勘探区东部边界附近发现一处采空区(见图3),地震解释采空区面积约为0.15km2,矿方根据地震解释成果利用超前探手段验证了该处采空区的存在,并确定该采空区是由于东部边界外小窑开采造成的采空区域,根据地震解释采空区位置,矿方及时调整了巷道掘进方向和施工方案,成功的规避了煤矿采空区灾害的发生,并在调整后的施工过程中进一步证实了地震解释采空区的准确性和可靠性。

2.3地震勘探在黄陵矿区的发展回顾黄陵矿区的地震勘探历程,经历了二维弯线、二维直线以及三维地震勘探,在这个历程中,地震仪器在不断更新换代,资料采集、处理、解释方法在不断总结和优化,处理、解释软件在不断更新,一些新技术和新方法也在不断试验与应用。地震仪器的发展:2007年在二号煤矿进行地震勘探使用的仪器是德国产的24位summit高分辨率数字地震仪,到2009年在一号井进行三维地震勘探使用的是408XL高分辨数字地震仪,到2010年至今在黄陵矿区地震勘探使用的是目前世界最先进的地震仪428XL高分辨数字地震仪。资料采集及解释的状况:资料采集、处理、解释方法的优化料采集从二维弯线到二维直线最后发展为三维地震勘探,该观测系统从10线8炮制48道接收,CDP网格为10m×10m逐渐优化到10线10炮制80道接收,CDP网格为5m×5m。资料处理方法从常规的资料处理到高分辨率精细处理,针对黄陵复杂山区采取特殊的处理措施,使用噪音衰减技术、高频恢复技术、多道反褶积技术等。资料解释方法从常规方法到常规与新技术新方法结合的解释方法,构造解释从以时间剖面解释为主发展到时间剖面与相干体、方差体、振幅频率地震属性切片等多种地震属性相结合的方法,煤厚解释从以钻孔为主发展到波阻抗反演、属性技术与钻孔相结合的方法。处理解释软件:处理软件从单一的CGGPlus6300地震资料处理系统发展到现在多种处理软件结合的方式,有landmark公司的Promax处理系统(美国)、Grisys处理软件系统(中国)、Omega处理软件系统、GreenMountain绿山折射静校正处理软件系统等。解释软件从单一的GeoFram软件到多种软件结合,有JASON软件、VVA软件等。

3地震勘探在煤矿建设中的新认识

3.1小断层解释基于黄土塬煤矿采区的地震地质情况,通过系统试验发现边缘检测、倾角、方位角、曲率、倾角/方位分析等地震属性对断层异常反映比较敏感,不同程度上较直观的显示出目标层的断层分布,有利于小断层识别;相干体分析技术能更清晰的识别断层和其他地层特征,有助于断层和地层特征的精细解释。近年人们注意到断层对相位的稳定影响比较大,在断层附近相位谱变得不稳定,而无断层块段相位谱表现比较稳定或呈渐变特征,故应用相位调谐体频率切片比传统的相位属性能更加准确地识别和解释断层。

3.2煤厚解释地震相技术定性预测煤厚:地震相是地下沉积构造和特征的指示参数。地震相分类是一种属性分析和解释方法,其使用神经网络技术提取地震相。此方法生成的地震相图可将地震属性与地下地层构造相关联。可将地震相细分为小组或小类,各组或各类与一个或多个属性具有一定的相关程度。地震相分类图有助于描绘地震数据中的细微变化、增强地震同相轴的分析效果。波阻抗反演技术定量预测煤厚:由于黄陵二号矿工区内煤层厚度相对于地震分辨率来说太薄,从地震剖面上无法直接解释出煤层厚度,所以利用钻孔数据垂向分辨率高和地震数据横向分辨率好的特点,用钻孔数据结合地震数据进行了波阻抗反演,根据反演结果可知煤层的波阻抗明显低于围岩的波阻抗值,在波阻抗反演剖面上解释出煤层的顶底板,从而解释出煤层的厚度。

3.3瓦斯气预测对于煤层气/瓦斯富集区勘探来说,煤层气/瓦斯富集区通常和构造煤的发育有关。根据现有研究表明,构造煤和正常煤的最主要区别体现在它们的AVO属性参数上,各属性参数包括:截距、梯度、截距+梯度、截距-梯度、泊松比等等。正常煤层的泊松比较小,而构造煤层的泊松比较大。图4为黄陵二号矿二维D1线AVO梯度剖面图,从图中可以看出梯度异常连续性差,并且强度变化大;这表明虽然煤层是连续,但是,煤层气(瓦斯)是局部富集的,煤层的渗透率是变化;梯度异常强度大的位置是煤层气(瓦斯)富集高渗区。

参考文献:

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[3]甘嫦华,喻岳钰.宽带约束反演技术在薄煤层厚度预测中的应用[J].浙江大学学报自然科学版:理工卷,2010,7(11):524-527.

[4]周敏,李贵中.宽带约束反演技术在薄煤层厚度预测中的应用[C].2013年煤层气学术研讨会论文集,2013.

作者:徐换霞 韩军锋 李君 单位:陕西省煤田地质局物探测量队

地震勘探在黄土塬煤矿中的应用

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