二維地震勘探技術(shù)在新疆北塔山煤礦區(qū)的應(yīng)用

周曉飛，葛棟鋒，張 飛，姜 飛

（1.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 第九地質(zhì)大隊，新疆 烏魯木齊 830000；2.山東省煤田地質(zhì)局 物探測量隊，山東 泰安 271021）

地震物探勘探技術(shù)早已廣泛利用于煤田地質(zhì)勘查中，并取得了良好的效果，但在北塔山煤礦區(qū)還是首次應(yīng)用，此次利用二維地震勘探技術(shù)，查明了煤層賦存范圍、構(gòu)造形態(tài)及F1斷層等，充分指導(dǎo)了煤田地質(zhì)勘查工作。

1 地質(zhì)背景

北塔山煤礦區(qū)地處北塔山褶皺系西部的開日木凹陷內(nèi)，位于新疆奇臺縣北東方向220 km處，賦煤面積214 km2。區(qū)域地層有石炭系、侏羅系、白堊系、古近系-新近系、第四系，煤礦區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域為第四系覆蓋，在中南部有侏羅系中—上統(tǒng)石樹溝群和小范圍石炭系中統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組地層出露，在鉆孔內(nèi)見到的地層有第四系上更新統(tǒng)—全新統(tǒng)、白堊系下統(tǒng)吐谷魯群、侏羅系中—上統(tǒng)石樹溝群、侏羅系中統(tǒng)西山窯組、石炭系中統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組。含煤地層為侏羅系中統(tǒng)西山窯組，為一套河湖相含煤碎屑巖建造，可分為多個沉積旋回。含編號煤層3層，即B1、B2和B3，B1、B2煤層之間間距較小，厚度相對較薄，B2煤層在二維地震勘探區(qū)無可采點(diǎn)，可采煤層為B1和B3。

二維地震勘探區(qū)地勢呈東北高、西南低的斜坡。地貌形態(tài)為殘丘狀的剝蝕平原，地表地震地質(zhì)條件一般。淺層無潛水，松散的第四系地層對地震波的高頻成分有嚴(yán)重的吸收衰減作用，淺層地震地質(zhì)條件一般。構(gòu)造相對較簡單，地層傾角較緩，頂板以泥巖為主，局部為粉—中砂巖、砂礫巖，偶見高炭泥巖、炭質(zhì)泥巖偽頂。底板以泥巖、粉砂巖為主，局部為細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖。煤層頂、底板巖石與煤層物性差異大，可形成較強(qiáng)的反射波，中深層地震地質(zhì)條件較好。區(qū)內(nèi)整體地震地質(zhì)條件一般。

2 地震勘探方法

首次在煤礦區(qū)東部的開日木托浪格一井田開展了二維地震工作，面積4.55 km2，二維地震勘探在區(qū)內(nèi)形成500 m×1 000 m的地震測網(wǎng)。完成地震測線6條，其中主測線5條，聯(lián)絡(luò)線1條，測線長度8.46 km，地震主測線間距為500 m，試驗物理點(diǎn)13個，合計完成物理點(diǎn)438個。

3 資料處理和解釋

3.1 資料處理

3.1.1 野外數(shù)據(jù)采集

確定了120道接收，激發(fā)點(diǎn)距20 m，道距10 m，30次覆蓋，中點(diǎn)激發(fā)的觀測系統(tǒng)。激發(fā)參數(shù)掃描長度8 s，掃描次數(shù)1～2次，頻率范圍8～96 Hz。組合檢波4個100 Hz檢波器，2串2并，同一坑用土埋置，檢波器引線掩埋60 cm以上。采樣間隔0.5 ms，記錄長度1.5 s。

3.1.2 地震反射波標(biāo)定及地質(zhì)意義

區(qū)內(nèi)主要可采B3、B1煤層層位較為穩(wěn)定，B3煤層反射波（Tb3）為此次解釋的主要標(biāo)準(zhǔn)波，測區(qū)大部B3頂、底板反射波能分開，對應(yīng)地分別對比了Tb3s、Tb3x兩個相位。局部為復(fù)合反射波；B2煤層在區(qū)內(nèi)較薄，不能形成獨(dú)立的反射波，該煤層與B1煤層形成復(fù)合反射波，但由于上覆B3煤層的屏蔽作用較強(qiáng)，B1煤層的反射波（Tb1）較弱。依據(jù)合成地震記錄標(biāo)定各煤層及頂、底板的反射波。因此煤層反射波多為時間剖面上一組能量強(qiáng)，信噪比高，連續(xù)性好的反射波組。

利用測井資料制作合成地震記錄是標(biāo)定地震反射波地質(zhì)屬性的重要方法。區(qū)內(nèi)鉆孔全部制作了合成地震記錄，通過合成地震記錄的標(biāo)定，保證了對該區(qū)地震資料分析認(rèn)識的正確性（圖1）。

圖1 合成記錄標(biāo)定的煤層反射波Fig.1 Coal seam reflection wave calibrated by synthetic records

3.2 資料解釋

3.2.1 煤層露頭的解釋

區(qū)內(nèi)西山窯組煤系地層與上覆石樹溝組的下亞群呈小角度不整合關(guān)系，其不整合面在時間剖面上反映不明顯，又加上在煤層露頭附近存在1條落差較大的斷層，煤層露頭的位置是通過時間剖面與鉆探資料綜合控制的。

3.2.2 煤層視可采邊界的解釋

根據(jù)地震反射波缺失現(xiàn)象圈定了B1煤層的視可采邊界（圖2）。

圖2 煤層露頭及缺失區(qū)附近反射波特征Fig.2 Reflection wave characteristics near coal seam outcrop and missing area

3.2.3 煤層及結(jié)構(gòu)的解釋

B組煤層在區(qū)內(nèi)總體可分為3層，即B1、B2和B3煤層，B1、B2煤層之間間距較小，厚度相對較薄，B2煤層在二維地震勘探區(qū)無可采點(diǎn)，地震資料顯示的是2煤層的復(fù)合反射波；B3煤層厚度較大，其頂、底界面均能形成反射波，煤層厚度可以直接由頂、底板的時差與煤厚關(guān)系求取。B3煤層在測區(qū)東南部被剝蝕。B1、B2煤層均存在沉積變薄現(xiàn)象。

3.2.4 煤層波阻抗反演

在Z1線進(jìn)行了波阻抗反演，效果好，煤層對應(yīng)關(guān)系良好，為正確確定煤層孔孔之間的對應(yīng)關(guān)系提供了重要依據(jù)。反演后的波阻抗數(shù)據(jù)體提高了整個剖面的信噪比和分辨率，大大提高了目的層標(biāo)定的可靠性。Z1線波阻抗反演剖面（圖3），可以看出開日木ZK1205、ZK1206號孔的B3煤層的低波阻抗反應(yīng)清晰，波阻抗的突變點(diǎn)包絡(luò)線即為煤層的頂?shù)捉缑?，?孔測井?dāng)?shù)據(jù)所作的合成記錄與井旁時間剖面和測井曲線對應(yīng)關(guān)系明確，是定量解釋的可靠依據(jù)。

圖3 煤層厚度及結(jié)構(gòu)變化在波阻抗反演剖面上的顯示Fig.3 The display of coal seam thickness and structural change on wave impedance inversion profile

4 地震勘探成果

4.1 斷層

根據(jù)地震勘探獲得的地震時間剖面，解釋斷點(diǎn)6個，各斷點(diǎn)性質(zhì)相同、落差相當(dāng)，因此組合為1條正斷層，為F1斷層（圖2）。由于斷層落差較大，地震資料上盤控制可靠，下盤由于煤層被剝蝕無煤層反射波，因此地震測線上斷點(diǎn)級別均為B級，斷層落差無法用地震資料判定。斷層走向北東，傾向北西，區(qū)內(nèi)延展長度約2 600 m。另有5個鉆孔均揭露該斷層，故為可靠斷層（圖4）。在露頭與F1斷層以西，二維地震測線上未發(fā)現(xiàn)斷點(diǎn)存在，該區(qū)斷裂構(gòu)造簡單。

圖4 B3煤層宏觀結(jié)構(gòu)及B1煤層等厚線平面圖Fig.4 Macrostructure of No.B3 coal seam and contour plane map of No.B1 coal seam thickness

4.2 煤層構(gòu)造形態(tài)

煤層底板整體為走向北西，傾向北東的單斜構(gòu)造，在此基礎(chǔ)上發(fā)育有次一級的褶曲（托浪格向斜）。地層傾角一般為5°～10°，露頭附近最大可達(dá)18°。托浪格向斜軸斜貫二維測區(qū)，軸向北北東，向北北東傾伏，傾伏角5°～10°。兩翼傾角北西翼較緩，南東以較陡，為10°～18°，幅度約為50 m，跨度約為1 700 m。

4.3 煤層

4.3.1 B3煤層

B3煤層厚度比較穩(wěn)定，呈北部厚，西南部薄的變化趨勢，鉆孔實際揭露B3煤層最薄處位于沉積變薄區(qū)與剝蝕區(qū)，為0.56 m，最厚為30.14 m。該煤層在區(qū)內(nèi)的東南部露頭、東部被F1斷層斷失。B3煤層的宏觀結(jié)構(gòu)圖上標(biāo)注了該煤層的煤層露頭、煤層剝蝕界面、斷層、煤層等厚線，并將該煤層劃分成煤層結(jié)構(gòu)簡單區(qū)與多煤層區(qū)。

4.3.2 B1煤層

由西北部向東南部，B1煤層厚度由厚逐漸變薄至沉缺，煤層結(jié)構(gòu)較為簡單，鉆孔實際揭露B1煤層最厚為7.72 m，東南兩孔沉缺。

5 結(jié) 語

北塔山煤礦區(qū)充分利用二維地震勘探技術(shù)，結(jié)合測井和鉆探成果，采用綜合手段方法，通過合成地震記錄的標(biāo)定，保證了對該區(qū)地震資料分析認(rèn)識的正確性。解釋了煤層露頭、可視邊界、結(jié)構(gòu)及厚度變化趨勢，查明了煤層傾角變化、賦存范圍及構(gòu)造形態(tài)，并查明了F1斷層，發(fā)揮了地震技術(shù)優(yōu)勢，提高了勘查精度。