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《煤礦安全雜志》2016年第一期

摘要:

彬長礦區小莊礦井侏羅系延安組煤層屬于巨厚煤層，在全區廣泛分布。井田內古隆起發育，地層厚度、產狀、煤層厚度及起伏形態受古地形控制，古隆起區附近煤層變薄、缺失，煤厚解釋難度較大，凹陷區煤層厚度相對較厚，分布較穩定。通過地震正演模擬研究煤層厚度變化所引起的煤層波組特征變化的規律，結合鉆孔資料，總結區內煤層厚度變化與其賦存深度的相關關系，采用煤層賦存規律和煤層反射波波組特征相結合的方法，解釋了區內煤厚變化趨勢，結果與地質規律相吻合。

關鍵詞:

反射波;相位;地震正演;古隆起;凹陷區;煤厚解釋方法

采區煤層厚度變化對煤礦開采具有重要影響，煤厚直接影響煤礦開采方式［1－2］，準確預測煤厚，不僅能給煤礦提供有力的保障，還可為煤礦帶來巨大的經濟效益［3］。以往煤厚解釋主要依據區內鉆孔通過不同的方法插值預測煤厚［4］，由于煤層的分叉、合并等一些列煤層結構和構造變化都將會使煤層厚度產生突變，因此此方法所能提供的煤層厚度資料精度低［5］。利用煤層反射波的振幅等屬性預測煤層厚度，受到采集條件、噪聲干擾及處理流程選擇等影響較大，且利用屬性預測煤厚只適用于8～10m以下煤厚，所獲得煤厚資料精度較低。利用波阻抗反演技術預測煤厚是一種重要方法，但一般需要鉆孔、測井資料等對井旁地震資料進行約束，需要測井資料豐富，鉆孔較多，彬長礦區小莊礦井測井資料少，鉆孔不多，也不適用于利用反演方法預測煤厚。研究發現，小莊礦井內古隆起區煤層變薄、缺失，在無煤區周邊的薄煤層，煤層厚度受古隆起控制，煤層厚度與煤層的底板標高密切相關，通過已知鉆孔以及煤厚與其底板標高的這種相關關系，利用最小二乘法和多項式擬合的原理進行擬合，得出底板標高與煤厚的關系;同時結合三維地震資料煤層反射波波組特征與煤厚的相關關系，可算出凹陷區巨厚煤層的厚度。

1地質概況

1．1地層彬長礦區小莊礦井主要分布地層由老至新主要有，三疊系上統胡家村組，侏羅系下統富縣組，侏羅系中統延安組、直羅組、安定組，白堊系下統宜君組、洛河組、環河－華池組，新近系，第四系。其中，侏羅系中統延安組是區內唯一的含煤地層，區內主要發育4煤層，煤層厚度在0～35．2m之間變化，平均厚度在15．23m，屬特厚煤層。

1．2構造小莊井田位于路家－小靈臺背斜及七里鋪－西坡背斜之間、董家莊短軸背斜軸的東端，井田地層厚度、產狀及煤層厚度及起伏受此構造的影響而變化。井田構造總體為走向NNE，兩翼傾角1°～8°的寬緩向斜。西區有明顯的兩翼，東區平坦。礦區路家－小靈臺背斜的東端伸入井田的南部，在井田內軸向延長約4km，軸部一帶缺失延安組煤層。

2彬長礦區小莊礦井煤厚變化規律分析

2．1彬長礦區煤厚變化規律分析礦區區域構造屬渭北撓褶帶北緣太嶼背斜北側，總體走向北東東，傾向西北，含煤地區被1組近東西向的寬緩褶曲控制，背斜南緩北陡，向斜則相反，煤層有向東西兩翼增厚、南北變薄趨勢。礦區內4號煤層為大部分可采煤層，煤厚一般在在0．15～43．87m，平均厚度10．64m，煤層在平面上有東西兩翼增厚、南北變薄趨勢。煤層在平面上的總體分布與盆地的拗陷形態一致，聚煤區圍繞盆地沉降中心呈現環帶狀展布，煤層厚度及橫向變化規律等在盆地不同部位，往往表現出不同特點。

2．2小莊礦井煤厚變化規律分析根據小莊礦井鉆孔資料及古隆起分布情況，分析煤層厚度與其賦存深度相關關系。礦井凹陷區為本區的聚煤盆地，為巨厚煤層，煤層不僅厚而且相對穩定，煤層厚度基本在16～35m左右變化。古隆起區附近煤層厚度較薄且厚度變化相對較快，煤層在0～16m變化，煤層底板標高與煤層厚度近似呈線性關系分布，即隨著煤層底板標高的增加，煤層厚度呈現越來越薄的趨勢。

3模擬分析

針對井田內煤層厚度發育的實際情況，采用地震正演軟件Tesserl進行地震正演模擬，地質模型中采用的煤層厚度變化分別為0～20m、20～45m之間，地震子波頻率采用45Hz，通過模擬，觀察煤層頂底板反射及相位變化情況，如圖1～圖4。當煤層厚度在0～20m之間變化時，煤層頂底板的反射波表現為1～2個相位。煤層厚度介于0～15m之間時，煤層頂底板反射不能分開，煤層反射屬于復合波，在地震剖面上表現為1個單相位，頻率較低，煤層厚度介于15～20m之間時，煤層在地震剖面上表現為2個相位，煤層頻率增高，振幅增強。當煤層厚度在20～45m之間變化時，煤層頂底板的反射表現為2～3個相位，煤層頂底板的反射能夠分開。煤層介于20～35m之間時，煤層反射一般表現出2個相位，并且上下2個相位之間的時間間隔與煤層厚度正相關，煤層厚度大于35m時，地震反射剖面表現出3個強相位，頻率增強，振幅增強，并且第1相位與第3相位之間的時間間隔與煤層厚度正相關。

4煤厚解釋方法

4．1屬性分析及波阻抗反演方法適用性分析地震屬性包含了豐富的地下地質信息，每一種地震屬性從不同角度反映煤層的特征［6］，通過具體分析某種地震屬性和煤層厚度的關系，找出厚度敏感的屬性，并通過屬性預測煤層厚度有一定可行性，但是利用屬性分析預測煤厚要求資料信噪比較高，地震保幅效果較好，小莊礦井位于厚黃土地區，地形起伏大，區內面波、線性干擾發育，導致地震資料的信噪比低，致使資料處理不能高保真，在提取屬性參數時，會使屬性失真，因此在小莊礦井利用屬性預測煤厚不可行。利用波阻抗反演方法預測煤厚是一種重要的預測方法，它是通過層位標定確定煤層所對應的波阻抗層，然后提取該波阻抗層的厚度并與鉆孔見煤點處的煤層厚度進行擬合匹配，最終得到三維地震測區的煤層厚度分布規律［7］，但是利用波阻抗反演方法預測煤厚具有一定適用條件，往往需要地震資料低頻信息豐富，鉆孔測井數量較多。小莊礦井位于厚黃土地區，低于10Hz以下的地震資料損失較多，另外區內測井資料較少，缺少對地震資料進行約束的條件，因此利用波阻抗反演方法預測煤厚可行性不高。

4．2地質內插煤厚適用性分析常規采用地質鉆孔法預測煤層厚度主要是利用鉆孔所揭露的煤厚進行插值獲得，此方法一般在構造簡單，我國東部等煤層厚度變化較穩定地區，精度尚可。據鉆孔揭露，小莊井田在隆起區煤層厚度最薄只有0．93m，而在凹陷區煤層厚度最高可達35m，因此該方法所能提供的煤層厚度資料精度低，適用性差。

4．3煤厚與其地震反射波特征變化關系1)特厚區煤層地震反射時間剖面圖如圖5，其中T4為侏羅系延安組主采煤層，地震剖面依次經過5－1、5－2、213、5－3鉆孔，鉆孔的煤厚依次分別為24．46、26．46、35．04、28．66m。煤層頂底界面反射在時間剖面上表現為2個強相位，鉆孔5－2與213之間的煤層最厚區在35m以上，在地震剖面上變現為3個強相位，與地震理論模擬的結論相符。厚煤層地區，煤層頂底板的反射時間差與煤厚成正比。2)古隆起區煤層常出現分叉、尖滅、變薄等現象，在地震剖面上表現為楔形，如圖6，一般煤層頂底板反射不能分開，在礦區內以復合波的形式出現，呈現1～2個強相位。煤層變薄區一般在時間剖面上表現為反射波振幅變弱、頻率降低以及反射波突然消失等特征，從圖中可看出煤層厚度的相對變化。

4．4煤厚解釋方法1)凹陷區煤層頂底反射在時間剖面上可以分開，煤層頂底板的反射時間差與煤厚成正比。因此特厚煤層區煤厚解釋方法為先求取鉆孔處煤層速度，采用時深轉換公式計算各層煤厚。2)無煤區周邊，煤厚受古隆起控制，即隨著底板標高的增加，煤厚呈現變薄的趨勢，另外在薄煤區周邊出露了煤層尖滅點，因此古隆起區附近可通過擬合煤厚與煤層底板標高的關系，預測不同底板標高時煤層厚度值，古隆起附近煤厚與其底板標高關系見表1。

5煤厚解釋成果

根據以上煤層厚度解釋方法，得到4煤層厚度變化趨勢圖(圖7)。根據地質鉆孔內插并結合地質規律進行調整后的煤厚變化趨勢圖如圖8。對比分析圖7、圖8可知，圖7更能反應由于地質構造引起的煤層厚度變化的情況，煤厚變化更符合地質規律，接近實際情況。區內煤層厚度整體由南東向北西逐漸變厚，厚度在0～40m變化，最厚處位于勘探區中部鉆孔西南，厚度約40m左右。勘探區南部197鉆孔以南發育一古隆起，其附近4煤層缺失，形成無煤區，面積0．59km2。

6結論

1)小莊礦巨厚煤層區，煤層頂底板大部分地段反射能夠分開。巨厚煤層區煤層厚度與上下相位反射時間成正比，可通過時深轉換法進行煤厚解釋。2)薄煤層地區煤厚受古隆起控制，結合區內已知鉆孔資料及煤層底板標高的相關關系，根據最小二乘法和多項式擬合的原理，擬合出底板標高與煤層厚度的關系，可以預測不同底板標高時煤層厚度，避免了直接利用鉆孔插值所帶來的誤差，有效提高了解釋的精度。3)煤厚變化相對復雜的地區，利用地質鉆孔法插值所得的結果誤差較大，應結合地震反射波特征和地質規律綜合解決。

參考文獻:

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［7］李紅，呂進英，王宏友．波阻抗約束反演技術預測煤層厚度［J］．煤田地質與勘探，2007，35(1):74－77．

作者：馬明 張廣忠 李剛 王曉亮 單位：中煤科工集團西安研究院有限公司