地震勘探技术在准东煤田大井一井田的应用

葛栋锋 武艳玲 李丽萍

（1.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第九地质大队，新疆 乌鲁木齐 830000；2.山东省煤田地质局物探测量队，山东 泰安 271021）

研究区位于准噶尔盆地东北缘，准东煤田中部，面积165 km2，煤层赋存面积162 km2，资源量51亿吨。主采煤层为西山窑组巨厚B煤层，厚0～66 m，整体上经一次和二次分叉，形成了具有巨厚单煤层区、双煤层区（中间有一层较薄岩层夹矸）、多煤层区（岩层夹矸较多，煤层相对变薄）特征。地震勘探技术已广泛应用于准东煤田勘查工作[1-4]，随着工作程度进一步开展，煤田勘探对地震勘探技术解决地质问题的要求越来越高[5-7]。研究区充分利用二维、三维地震勘探技术，结合测井和钻探成果，通过大量合成地震记录标定煤层标准反射波，根据地震反演、正演结果和地震资料反射波特征，圈定了煤层赋存范围及煤层宏观结构，查明了厚度变化趋势，取得了较好的地震勘探效果。

1 地震条件

1.1 浅层地震地质条件

研究区无潜水，地表第四系地层广泛分布，一般厚约10 m，主要由砂、砂土及少量砾石组成，对地震波的高频成分有严重的吸收衰减作用，地表地震地质条件较差。

1.2 深层地震地质条件

研究区构造简单，地层整体呈近东西～北西走向，向南～南西倾伏的单斜构造形态，局部有起伏，西部煤系地层近东西走向，东部逐渐变为北西走向，北部及北东部煤层隐伏露头附近地层倾角较大，在8°～13°之间，中南部大部分倾角为3°～5°。主要目的层埋藏深度40～760 m。三维区B1煤层的埋藏深度在180～710 m左右，对地震勘探十分有利。研究区地层结构简单，主要可采煤层以上无强反射层覆盖，干扰波是几组不同视速度的面波、声波、浅层折射鸣震和风产生的微震干扰，其中风的干扰是影响最大的干扰。整体上浅、深层地震地质条件较好。

2 地震剖面特征对比

2.1 地震反射波的标定

研究区主要目的层有三个明显的标准波：Tb2波是来自于B1煤层顶板起伏形态的标准反射波，Tb1波是来自于B1煤层底板的起伏形态的标准反射波，Tb12波是在B1煤层顶、底板反射波之间分层后的标准反射波（图1）。B1煤层在研究区东南和西北部分叉为B11和B12煤层，随着B11和B12煤层分叉间距增大，时间剖面上可以追踪到来自上分层煤层与中间岩层的反射波，该反射波能量强弱变化较大，波型特征的变化与煤层结构及薄互层有关。

图1 标准反射波标定图

2.2 煤层结构与地震波型特征

通过大量合成地震记录标定，煤层反射波的波形特征与煤层宏观结构有关，此特征与大井三井田一致，大致分为合并单煤层区、一次分叉双煤层区和结构复杂得多煤层区三种类型波形特征。

2.2.1 B1煤层合并区波形特征

单煤层区，煤层结构简单，仅有很薄的夹石，该特征亦与邻区大井三井田相似，其波形特征表现为煤层顶、底板反射波明显分开，顶波、底波之间为较弱反射（如图2），顶板为1个负相位和1个正相位形成的较强反射波，底板反射波相对于顶板反射波能量弱。

图2 单煤层区的合成地震记录（ZKJW0104孔）

2.2.2 B1煤层一次分叉双煤层区波形特征

大井矿区B1煤层整体具有明显的合并分叉特征，煤层中含一层岩石夹层，使煤层分为上下两层，由B1煤层一次分叉为B11煤层和B12煤层，形成双煤层区。如图3为ZK0002号孔B1煤层组上部薄煤层夹厚层、底部厚煤层夹薄层的合成地震记录。

图3 双煤层区的合成地震记录（ZK0002孔）

2.2.3 多煤层区波形特征

多煤层区煤层宏观结构相对复杂，岩石夹层增多，厚度变大，煤层顶、底板反射波之间夹3～4个反射波（图4），反射波的能量较强，与单煤层区和双煤层区波形特征明显不同，易于区分。

图4 多煤层区的合成地震记录（ZKJ0009孔）

3 地震勘探成果

研究区B煤层厚0～66 m，经一次和二次分叉，形成了具有单煤层区、双煤层区（中间有一层较薄岩层夹矸）、多煤层区（岩层夹矸较多，煤层相对变薄）特征（图5）。根据地震反演、正演结果和地震资料反射波特征，解释圈定了B1煤层赋存范围、煤层宏观结构及其厚度变化趋势。如图6，研究区西北和东南、西南灰色区块为B1煤层合并区，向中部大致呈北东方向B1煤层分叉为B11、B12煤层（单斜线区块），在中部、中南部沉积环境复杂，B1煤层组煤层沉积不稳定，致使煤层分叉合并普遍存在，呈现出北东向的煤层结构复杂得多煤层区（双斜线区块）。

图5 煤层地质剖面示意图

图6 煤层宏观结构平面分布图

二维、三维地震资料和35个钻孔控制了井田内B1煤层合并的单煤层区，总面积50.62 km2，占煤层赋存区面积的31%。西北部B1煤层合并区厚度变化0～42.80 m，煤层厚度变化呈北薄南厚，南部B1煤层合并区厚度变化10.84～66.00 m，厚度变化呈东北薄、西南厚的趋势变化。二维、三维地震资料和46个钻孔控制B1煤层分叉（双煤层区），面积约50.87 km2，占煤层赋存区面积的31%。B1煤层的下分层为B11煤层，上分层为B12煤层，北部B1煤层分叉为B11和B12煤层的面积20.56 km2，上分层厚，下分层薄，上分层的厚度在0～22.68 m；南部B1煤层分叉为B11和B12煤层的面积29.40 km2，上分层厚，下分层薄，上分层的厚度在0～36.19 m，下分层的厚度0.4～4 m之间。二维、三维地震资料和67个钻孔控制了多煤层区，多煤层区大层分为3层，面积60.68 km2，占煤层赋存区面积的38%。

4 成果验证

根据地震成果，研究区选择了两个钻孔，对上、下分层B12、B11煤层厚度、底板深度及B1煤层夹矸厚度和一次分叉界线的摆动范围进行了验证。对比情况如表1所示，上、下分层煤层厚度误差0.41～1.02 m，煤层底板深度误差0.75～2.05 m，夹矸厚度1.05～1.11 m， B1煤层一次分叉界限的摆动范围27～35 m。经验证可知，本次地震勘探成果夹矸解释厚度准确控制在0.8～2.0 m之间，一次分叉界限摆动范围小于50 m，精度较高，效果良好。

表1 地震成果预测与钻探验证情况对比表

5 结论

（1）利用测井资料制作合成地震记录标定地震反射波，通过确定煤层反射波的波形特征与煤层宏观结构关系，确定了煤层顶板、底板及分叉区岩石夹层三个标准波。

（2）根据地震反演、正演结果和地震资料反射波特征，解释一次、二次分叉分界线和煤层视分叉点平面位置，圈定了煤层赋存范围及煤层宏观结构，查明了厚度变化趋势。

（3）通过地震勘探技术在大井一井田的应用分析表明，二维、三维地震在解释煤层赋存范围、宏观结构和厚度变化等效果显著，较好地指导了煤田勘查工作，可在大型煤田勘查，尤其巨厚煤层勘查中发挥作用。