综合勘探技术在曹家滩井田勘探中的应用

综合勘探技术在曹家滩井田勘探中的应用时间：2011-9-2712:32:46雷少毅（陕西省煤田地质局一八五队陕西榆林719000）摘要：采用地震、钻探为主要手段的综合勘探方法，使煤田地质勘探的钻探基本网度放大一倍，而控制程度明显提高，钻探基本网度由750×750m放大到1500×1500m，钻孔之间利用地震时间剖面控制，综合网度远小于等于750×750m，地震技术在曹家滩井田勘探经钻孔资料验证，证明该方法对煤厚、煤层埋藏深度、赋存状况等的解释精度很高，地质效果显著。综合勘探技术明显突破，勘探网度的创新，大幅度地减少了成本高的钻探工程量，提高了勘探效率和精度。关键词：地震钻探综合勘探应用效果1、项目概况曹家滩井田位于陕北侏罗纪煤田的精华地段，煤炭资源丰富，煤质优良，煤层总厚度15～23m，最上部的2-2煤层单层最大厚度12.36，2-2煤层平均厚度11.22m，其余一般单层厚度3～6m，开采条件简单。但由于矿区地处陕北毛乌苏沙漠地区，面积大，勘探工程艰巨，使用传统的勘探方法，不仅效率低，费用高，而且精度也差。对生态环境和植被的影响严重，不能满足陕西省经济建设和国家煤炭工业战略西移对资源的要求。一个井田的精查，需要1-2年时间，需投入2000多万元。为了提高勘探效率，降低勘探费用，采用了以地震、钻探为主的综合勘探方法进行，取得了良好的效果，提高了地质工作效率和勘查精度，缩短了勘探周期，勘查成本大幅度降低。2、综合勘探技术的创新应用根据工作区的地形、地物、地貌、地质及地球物理条件和工作重点等，选择有效勘查技术手段，并严格做好多技术手段的施工顺序及相互间的配合，确定适当的工程布置系统及勘查网度，注意工作层次，去完成规定的地质任务。随着各种勘探技术方法的发展和完善，特别是物探设备和资料处理硬件和软件的发展，使物探方法在煤炭资源勘查中的作用日益扩大，勘查精度明显提高。尤其体现在由于数字地震技术和装备的引进及应用，使地震勘探成果在煤炭资源勘查中取得突破性进展。井田勘探在研究及应用综合勘探技术方法方面，也是把充分发挥地震勘探成果的作用放在突出的位置来进行的。因此，可以这样认为，综合勘探技术，就是把高分辨率地震勘探技术和钻探、测井技术密切结合，使各种手段取得的成果相互印证又最大可能地不重复工作，同时对施工过程中的施工技术进行了改进和提高，把多种技术手段的作用发挥到极致的技术集成，达到了投资少、速度快、效果好的目的。（1）勘探手段及方法的选择各种勘探手段的选择及合理使用取决于勘探区的自然地理、地质特征和物性条件，本区基本上被新生界地层所覆盖，主要可采煤层均无露头，属掩盖式煤田，因此采用钻探与地震为主的综合勘探方法，同时配合进行填图、测井、抽水试验、采样测试等方法进行。（2）勘探工程布置原则煤炭资源勘查的主要对象是构造、煤层、水文地质、煤质及其它开采技术条件。就本井田地质条件看，主要地质任务仍然是探明煤层及埋藏条件、煤质特征。考虑到未来的煤矿将采用综采技术，矿井开拓、采区布置及煤矿生产对煤层厚度控制（包括煤层宏观结构类型划分，煤层冲刷带）提出了更高的工作精度要求。因此，在本井田勘探工程布置上的原则是（见图1，勘探工程布置图）：a、以地震勘探为主查明地层结构、煤层赋存条件；b、钻探验证，查明煤质、水文地质工程地质等以钻探；c、测井为主，地震配合解释。●地震勘探(1)详细查明地质构造，探明资源量区落差≥10m，控制资源量区落差≥15m的断层，其平面上的摆动误差小于100m；并对小构造的发育程度做出评述。(2)查明主要可采煤层的赋存深度、连续性及煤层的分岔、合并地带，定量解释2-2煤层的厚度及结构，定量解释3-1、4-2、4-3、5-3等煤层的底板标高、形态特征、各类边界（分岔复合、剥蚀等）。(3)查明侏罗系顶界面的形态特征、新生界地层的厚度及岩性特征，并划分离石黄土、三趾马红土与萨拉乌苏组地层界线，解释潜水面埋藏深度。●钻探(1)确定地层层序，并详细研究中侏罗统延安组的岩性特征。(2)验证地震解释的地质构造、煤层厚度、深度及各类边界、地层界线划分、潜水面埋深的精度。(3)确定地质构造(断层、褶曲及其它小构造)及煤层的赋存状态（层数、厚度、结构、煤层层的分岔合并规律），并进行煤、岩层对比，采集化验样品。(4)取得计算煤层储量的所需基础资料。b、采用勘探剖面法布置勘探工程，勘探线的布置要垂直地层主向，勘探线要布置成直线。勘探钻孔原则上要布置在勘探线上，地震主测线与勘探线基本重合，联络测线与勘探线垂直，并且位于钻探网中间。c、按勘探线的性质和作用的不同，将勘探线分为主导勘探线和基本勘探线。主导勘探线是指揭露和控制基本地质情况、指导勘探工程的有效方法。而基本勘探线是指根据井田的地质特征，为了对地质情况进行全面揭露和控制而布置的勘探线。d、地震测线的线距，探明资源储量区750×750米，控制资源储量区1500×1500。e、由于查明煤层形态、地质构造以地震勘探为主，钻探工程基本线距探明资源储量区1500×1500米，控制资源储量区3000×3000。因此，必须大幅度提高地震勘探的分辨率和地震成果的精度。f、用地震资料横向预测煤层厚度变化趋势和宏观结构变化。3、综合勘探地质效果（1）地震解释了煤层厚度、深度定量解释了2-2煤层厚度，绘制了2-2煤层等厚线平面图；定性解释了3-1、4-3、5-3上（5-3）煤层厚度，绘制了2-2煤厚等值线图。通过对各特征参数典线的分析研究及对2-2煤层等厚线图的绘制，经C1、C7、C9、C11、Y11孔对2-2煤层厚度的验证，最大误差为0.41m（C1孔），最小误差0.09m（C7和C9孔）。C1孔误差较大的原因是此处由两条测线控制，一条是新线(L6线)，一条是老线（54线），由于施工条件及处理条件的差异，两条测线频率差异较大(54线频率较低)，本次煤厚解释所采用的参数在两条测线上变化较大。由表中可见，地震解释误差最大相对误差仅4%，最大绝对误差仅0.41m，满足设计所提出的精度要求（见表1地震解释煤厚与钻探成果对照表）。表1钻孔验证与地震解释煤厚成果对照表孔名煤层地震解释钻探解释绝对误差相对误差C12-29.610.010.414%C72-21111.090.090.81%C92-211.4511.360.090.79%C112-211.611.430.171.49%Y112-211.811.660.141.2%（2）地震对煤层的分布范围定性解释a、5-3煤层缺失边界的解释在时间剖面上，一组特征明显的煤层反射波在局部范围内出现不规则、不连续、能量逐渐变弱或逐渐消失，而其它目的层的反射波仍然存在，且连续性没有变化，这往往是该煤层缺失或不可采的表现，这个点在本报告中称为煤层视缺失点。据此对D1、L6、L7、X62、X61、X12线上5-3煤反射波视缺失边界进行了分析解释（见图2）。b、5-3煤层分岔、合并的解释在时间剖面上5-3上、5-3下两煤层反射波同相轴的逐渐合并、靠拢，相位的逐渐增多或减少往往都是煤层分岔、合并的标志。在本报告的时间剖面上，分岔部位由于5-3上与5-3下间距小，且二煤层中间介质为泥岩、粉砂岩、炭质砂岩或一些薄煤层等低速物质，与煤层波阻抗差异较小，5-3上与5-3下二煤层反射波发生相长干涉，反射波能量增强，然后随着二煤层间距的增大，二煤层反射波发生相消干涉，反射波能量变弱甚至消失，随着二煤间距的进一步增大，反射波能量又逐渐增强，分岔点在时间剖面上的反映如图13。对于主频较高的地震资料，参数Vmpr、ia、iar、ma均在分岔点处反映明显，即在分岔点处各参数曲线表现为一突变点，而5-3煤上覆煤层2-2、3-1、4-3在本区相对稳定，即使较小的变化也是一个渐变过程，因此上覆煤层对利用ma参数曲线解释5-2煤分岔点影响很小，可以忽略不计（参见图3：D1线分岔点在ma参数曲线上的反映）。另外，部分浅层折射资料也可以获得基岩面的深度，将二者综合后作为解释的成果。（3）控制了主要可采煤层的埋藏深度及起伏形态控制了主要可采煤层（2-2、3-1、4-3、5-3上、5-3）的埋藏深度及起伏形态，区内，没有幅度大于20m的褶曲。地震解释和钻孔深度基本吻合。在本次解释中C1、C7、C9、C11、Y11作为验证孔，最大误差绝对误差3.77m，(C7孔)，最小误差0.51m(Y11孔)；最大相对误差1.15%(Y11孔)，最小相对误差0.12%(C1孔)。各钻孔验证情况与地震解释精度情况见表2。表2钻探验证地震解释底板标高与成果对照表孔名煤层地震解释钻探解释绝对误差相对误差C12-2973971.16-1.840.55%3-1933933.73-0.730.19%4-3868870.09-2.090.4%5-3795795.59-0.590.12%C72-2990991.92-1.920.59%3-1962958.233.771.06%4-3887884.772.230.52%5-3822826.4-3.60.74%C92-2981983.04-2.040.32%3-1945946.64-1.640.47%4-3874876.1-2.10.5%5-3817818.11-1.110.23%C112-2966968.83-2.830.9%3-1932933.44-1.440.41%4-3875871.13.90.95%5-3811812.5-1.50.32%Y112-210011004.41-3.411.15%3-1965967.7-2.70.81%4-3896897.93-1.930.48%5-3840840.51-0.510.13%总之，地震技术在榆神矿区曹家滩井田勘探经钻孔资料验证，证明该方法对煤厚、煤层埋藏深度、赋存状况等的解释精度很高，地质效果显著，大幅度提高了勘探精度，缩短了勘探周期，降低了勘探成本，取得了良好的社会经济效益。4、结论1、随着现代勘探技术的发展和高产高效矿井建设的需要，煤炭开采对地质勘探的精度要求越来越高，不仅要查明煤层的起伏形态、小构造、煤质、水文地质工程地质等问题，还要查明煤层厚度变化趋势、小断层等影响综采的各种地质条件。因此在煤田勘探过程中，提高勘查技术水平，降低勘查成本，进行以地震、钻探技术为主的综合勘探研究，是煤田地质勘探技术发展的总体趋势。该综合勘探技术有显著突破。2、在煤田地质勘探中，地震方法解决的问题主要是构造和各类地质界面，近年来欧美等国家虽然进行了煤层厚度的定量解释，但误差较大，一般超过10%。而本次勘探的解释成果最大误差为4.%，平均为1.57%。达到同类技术先进水平。3、勘探成本低，本次勘探的万吨煤炭资源量勘探成本为23.26元，远低于全国平均精查100元的水平。其技术处于国内领先水平、国际先进水平，其中沙漠地区煤田地质勘查技术达到国际领先水平。4、由于煤田综合勘探新技术的应用和推广，使榆神矿区在较短的时间内完成了多个特大型井田煤炭勘探工作，为国家决策和陕北能源化工基地建设提供了可靠依据，国家发展计划委员会于1998年7月正式批准建立陕北能源化工基地，目前已建成锦界工业园区、榆横工业园区、榆林经济开发区等大型能源重化工基地，为陕北经济实现跨越式发展、振兴陕西经济做出了突出贡献。5、2004年以来，陕西省煤田地质局先后应用此技术方法，在宁夏积家井勘查区完成了详查，查明煤炭资源11.5亿吨。内蒙古煤田地质局应用此方法，完成了白彦花等勘查工作，发现煤炭资源23亿吨，提高了效率，降低了费用，社会效益和经济效益都非常显著。参考文献：1、《煤田综合勘探技术及陕北榆神矿区详查与勘探》，2005年度陕西省科学技术奖一等奖。王双明，范立民，王国柱，姚建明，王中锋，张忠喜，王永岩，刘清泉，蒋泽泉，雷少毅，杨永群等同志。2、《陕北侏罗纪煤田榆神矿区锦界、榆树湾井田综合勘探技术及开采技术条件研究》，2003年度陕西省科学技术奖三等奖。苏时才、雷少毅、关汝清、高立强、牛建国、蒋泽泉、侯飞龙等同志。3、《陕西省陕北侏罗纪煤田榆神矿区曹家滩井田勘探地质报告》，雷少毅、关汝清等同志。4、《陕北侏罗纪煤田煤厚