矿井煤厚解释方法研究范文

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《煤矿安全杂志》2016年第一期

摘要:

彬长矿区小庄矿井侏罗系延安组煤层属于巨厚煤层，在全区广泛分布。井田内古隆起发育，地层厚度、产状、煤层厚度及起伏形态受古地形控制，古隆起区附近煤层变薄、缺失，煤厚解释难度较大，凹陷区煤层厚度相对较厚，分布较稳定。通过地震正演模拟研究煤层厚度变化所引起的煤层波组特征变化的规律，结合钻孔资料，总结区内煤层厚度变化与其赋存深度的相关关系，采用煤层赋存规律和煤层反射波波组特征相结合的方法，解释了区内煤厚变化趋势，结果与地质规律相吻合。

关键词:

反射波;相位;地震正演;古隆起;凹陷区;煤厚解释方法

采区煤层厚度变化对煤矿开采具有重要影响，煤厚直接影响煤矿开采方式［1－2］，准确预测煤厚，不仅能给煤矿提供有力的保障，还可为煤矿带来巨大的经济效益［3］。以往煤厚解释主要依据区内钻孔通过不同的方法插值预测煤厚［4］，由于煤层的分叉、合并等一些列煤层结构和构造变化都将会使煤层厚度产生突变，因此此方法所能提供的煤层厚度资料精度低［5］。利用煤层反射波的振幅等属性预测煤层厚度，受到采集条件、噪声干扰及处理流程选择等影响较大，且利用属性预测煤厚只适用于8～10m以下煤厚，所获得煤厚资料精度较低。利用波阻抗反演技术预测煤厚是一种重要方法，但一般需要钻孔、测井资料等对井旁地震资料进行约束，需要测井资料丰富，钻孔较多，彬长矿区小庄矿井测井资料少，钻孔不多，也不适用于利用反演方法预测煤厚。研究发现，小庄矿井内古隆起区煤层变薄、缺失，在无煤区周边的薄煤层，煤层厚度受古隆起控制，煤层厚度与煤层的底板标高密切相关，通过已知钻孔以及煤厚与其底板标高的这种相关关系，利用最小二乘法和多项式拟合的原理进行拟合，得出底板标高与煤厚的关系;同时结合三维地震资料煤层反射波波组特征与煤厚的相关关系，可算出凹陷区巨厚煤层的厚度。

1地质概况

1．1地层彬长矿区小庄矿井主要分布地层由老至新主要有，三叠系上统胡家村组，侏罗系下统富县组，侏罗系中统延安组、直罗组、安定组，白垩系下统宜君组、洛河组、环河－华池组，新近系，第四系。其中，侏罗系中统延安组是区内唯一的含煤地层，区内主要发育4煤层，煤层厚度在0～35．2m之间变化，平均厚度在15．23m，属特厚煤层。

1．2构造小庄井田位于路家－小灵台背斜及七里铺－西坡背斜之间、董家庄短轴背斜轴的东端，井田地层厚度、产状及煤层厚度及起伏受此构造的影响而变化。井田构造总体为走向NNE，两翼倾角1°～8°的宽缓向斜。西区有明显的两翼，东区平坦。矿区路家－小灵台背斜的东端伸入井田的南部，在井田内轴向延长约4km，轴部一带缺失延安组煤层。

2彬长矿区小庄矿井煤厚变化规律分析

2．1彬长矿区煤厚变化规律分析矿区区域构造属渭北挠褶带北缘太屿背斜北侧，总体走向北东东，倾向西北，含煤地区被1组近东西向的宽缓褶曲控制，背斜南缓北陡，向斜则相反，煤层有向东西两翼增厚、南北变薄趋势。矿区内4号煤层为大部分可采煤层，煤厚一般在在0．15～43．87m，平均厚度10．64m，煤层在平面上有东西两翼增厚、南北变薄趋势。煤层在平面上的总体分布与盆地的拗陷形态一致，聚煤区围绕盆地沉降中心呈现环带状展布，煤层厚度及横向变化规律等在盆地不同部位，往往表现出不同特点。

2．2小庄矿井煤厚变化规律分析根据小庄矿井钻孔资料及古隆起分布情况，分析煤层厚度与其赋存深度相关关系。矿井凹陷区为本区的聚煤盆地，为巨厚煤层，煤层不仅厚而且相对稳定，煤层厚度基本在16～35m左右变化。古隆起区附近煤层厚度较薄且厚度变化相对较快，煤层在0～16m变化，煤层底板标高与煤层厚度近似呈线性关系分布，即随着煤层底板标高的增加，煤层厚度呈现越来越薄的趋势。

3模拟分析

针对井田内煤层厚度发育的实际情况，采用地震正演软件Tesserl进行地震正演模拟，地质模型中采用的煤层厚度变化分别为0～20m、20～45m之间，地震子波频率采用45Hz，通过模拟，观察煤层顶底板反射及相位变化情况，如图1～图4。当煤层厚度在0～20m之间变化时，煤层顶底板的反射波表现为1～2个相位。煤层厚度介于0～15m之间时，煤层顶底板反射不能分开，煤层反射属于复合波，在地震剖面上表现为1个单相位，频率较低，煤层厚度介于15～20m之间时，煤层在地震剖面上表现为2个相位，煤层频率增高，振幅增强。当煤层厚度在20～45m之间变化时，煤层顶底板的反射表现为2～3个相位，煤层顶底板的反射能够分开。煤层介于20～35m之间时，煤层反射一般表现出2个相位，并且上下2个相位之间的时间间隔与煤层厚度正相关，煤层厚度大于35m时，地震反射剖面表现出3个强相位，频率增强，振幅增强，并且第1相位与第3相位之间的时间间隔与煤层厚度正相关。

4煤厚解释方法

4．1属性分析及波阻抗反演方法适用性分析地震属性包含了丰富的地下地质信息，每一种地震属性从不同角度反映煤层的特征［6］，通过具体分析某种地震属性和煤层厚度的关系，找出厚度敏感的属性，并通过属性预测煤层厚度有一定可行性，但是利用属性分析预测煤厚要求资料信噪比较高，地震保幅效果较好，小庄矿井位于厚黄土地区，地形起伏大，区内面波、线性干扰发育，导致地震资料的信噪比低，致使资料处理不能高保真，在提取属性参数时，会使属性失真，因此在小庄矿井利用属性预测煤厚不可行。利用波阻抗反演方法预测煤厚是一种重要的预测方法，它是通过层位标定确定煤层所对应的波阻抗层，然后提取该波阻抗层的厚度并与钻孔见煤点处的煤层厚度进行拟合匹配，最终得到三维地震测区的煤层厚度分布规律［7］，但是利用波阻抗反演方法预测煤厚具有一定适用条件，往往需要地震资料低频信息丰富，钻孔测井数量较多。小庄矿井位于厚黄土地区，低于10Hz以下的地震资料损失较多，另外区内测井资料较少，缺少对地震资料进行约束的条件，因此利用波阻抗反演方法预测煤厚可行性不高。

4．2地质内插煤厚适用性分析常规采用地质钻孔法预测煤层厚度主要是利用钻孔所揭露的煤厚进行插值获得，此方法一般在构造简单，我国东部等煤层厚度变化较稳定地区，精度尚可。据钻孔揭露，小庄井田在隆起区煤层厚度最薄只有0．93m，而在凹陷区煤层厚度最高可达35m，因此该方法所能提供的煤层厚度资料精度低，适用性差。

4．3煤厚与其地震反射波特征变化关系1)特厚区煤层地震反射时间剖面图如图5，其中T4为侏罗系延安组主采煤层，地震剖面依次经过5－1、5－2、213、5－3钻孔，钻孔的煤厚依次分别为24．46、26．46、35．04、28．66m。煤层顶底界面反射在时间剖面上表现为2个强相位，钻孔5－2与213之间的煤层最厚区在35m以上，在地震剖面上变现为3个强相位，与地震理论模拟的结论相符。厚煤层地区，煤层顶底板的反射时间差与煤厚成正比。2)古隆起区煤层常出现分叉、尖灭、变薄等现象，在地震剖面上表现为楔形，如图6，一般煤层顶底板反射不能分开，在矿区内以复合波的形式出现，呈现1～2个强相位。煤层变薄区一般在时间剖面上表现为反射波振幅变弱、频率降低以及反射波突然消失等特征，从图中可看出煤层厚度的相对变化。

4．4煤厚解释方法1)凹陷区煤层顶底反射在时间剖面上可以分开，煤层顶底板的反射时间差与煤厚成正比。因此特厚煤层区煤厚解释方法为先求取钻孔处煤层速度，采用时深转换公式计算各层煤厚。2)无煤区周边，煤厚受古隆起控制，即随着底板标高的增加，煤厚呈现变薄的趋势，另外在薄煤区周边出露了煤层尖灭点，因此古隆起区附近可通过拟合煤厚与煤层底板标高的关系，预测不同底板标高时煤层厚度值，古隆起附近煤厚与其底板标高关系见表1。

5煤厚解释成果

根据以上煤层厚度解释方法，得到4煤层厚度变化趋势图(图7)。根据地质钻孔内插并结合地质规律进行调整后的煤厚变化趋势图如图8。对比分析图7、图8可知，图7更能反应由于地质构造引起的煤层厚度变化的情况，煤厚变化更符合地质规律，接近实际情况。区内煤层厚度整体由南东向北西逐渐变厚，厚度在0～40m变化，最厚处位于勘探区中部钻孔西南，厚度约40m左右。勘探区南部197钻孔以南发育一古隆起，其附近4煤层缺失，形成无煤区，面积0．59km2。

6结论

1)小庄矿巨厚煤层区，煤层顶底板大部分地段反射能够分开。巨厚煤层区煤层厚度与上下相位反射时间成正比，可通过时深转换法进行煤厚解释。2)薄煤层地区煤厚受古隆起控制，结合区内已知钻孔资料及煤层底板标高的相关关系，根据最小二乘法和多项式拟合的原理，拟合出底板标高与煤层厚度的关系，可以预测不同底板标高时煤层厚度，避免了直接利用钻孔插值所带来的误差，有效提高了解释的精度。3)煤厚变化相对复杂的地区，利用地质钻孔法插值所得的结果误差较大，应结合地震反射波特征和地质规律综合解决。

参考文献:

［1］师素珍，李赋斌，梁平，等．多测井约束反演在煤层厚度定量预测中的应用［J］．采矿与安全工程学报，2011，28(2):328－332．

［2］孙渊，张良，朱军，等．地震属性参数在煤层厚度预测中的应用［J］．煤田地质与勘探，2008，36(2):58－60．

［3］杜文风，彭苏萍．利用地质统计学预测煤层厚度［J］．岩石力学与工程学报，2010，29(2l):2762－2767．

［4］李刚．基于BP算法的煤层厚度预测方法技术应用研究［J］．中国煤炭地质，2011，23(5):45－48．

［5］王勃，刘盛东，黄兰英．煤层厚度综合预测分析［J］．煤炭技术，2012，31(4):94－96．

［6］张玉忠，杨永波．运用地震属性技术预测煤层厚度［J］．煤炭技术，2009，28(3):126－129．

［7］李红，吕进英，王宏友．波阻抗约束反演技术预测煤层厚度［J］．煤田地质与勘探，2007，35(1):74－77．

作者：马明 张广忠 李刚 王晓亮 单位：中煤科工集团西安研究院有限公司