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综合勘探技术在曹家滩井田勘探中的应用

时间:2011/9/27 12:32:46

雷少毅

(陕西省煤田地质局一八五队   陕西   榆林  719000

摘要: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1523m,最上部的2-2煤层单层最大厚度12.362-2煤层平均厚度11.22m,其余一般单层厚度36m,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3-14-24-35-3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,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,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3-14-35-35-3)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C1C7C9C11Y11孔对2-2煤层厚度的验证,最大误差为0.41mC1孔),最小误差0.09mC7C9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)。

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

C1

2-2

9.6

10.01

0.41

4%

C7

2-2

11

11.09

0.09

0.81%

C9

2-2

11.45

11.36

0.09

0.79%

C11

2-2

11.6

11.43

0.17

1.49%

Y11

2-2

11.8

11.66

0.14

1.2%

2)地震对煤层的分布范围定性解释

a5-3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D1L6L7X62X61X12线上5-3煤反射波视缺失边界进行了分析解释(见图2)。 

b5-3煤层分岔、合并的解释

在时间剖面上5-35-3两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5-35-3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5-35-3二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Vmpriaiarma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2-23-14-3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3D1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(2-23-14-35-35-3)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C1C7C9C11Y11作为验证孔,最大误差绝对误差3.77m(C7),最小误差0.51m(Y11);最大相对误差1.15%(Y11),最小相对误差0.12%(C1)。各钻孔验证情况与地震解释精度情况见表2

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

C1

2-2

973

971.16

-1.84

0.55%

3-1

933

933.73

-0.73

0.19%

4-3

868

870.09

-2.09

0.4%

5-3

795

795.59

-0.59

0.12%

C7

2-2

990

991.92

-1.92

0.59%

3-1

962

958.23

3.77

1.06%

4-3

887

884.77

2.23

0.52%

5-3

822

826.4

-3.6

0.74%

C9

2-2

981

983.04

-2.04

0.32%

3-1

945

946.64

-1.64

0.47%

4-3

874

876.1

-2.1

0.5%

5-3

817

818.11

-1.11

0.23%

C11

2-2

966

968.83

-2.83

0.9%

3-1

932

933.44

-1.44

0.41%

4-3

875

871.1

3.9

0.95%

5-3

811

812.5

-1.5

0.32%

Y11

2-2

1001

1004.41

-3.41

1.15%

3-1

965

967.7

-2.7

0.81%

4-3

896

897.93

-1.93

0.48%

5-3

840

840.51

-0.51

0.13%

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19987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。

52004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解释方法研究及应用效果》,朱芳香、刘天放。中国煤田地质2002年第十四卷第1期。

作者简介:雷少毅(1964—),男,陕西户县人,1987年毕业于西安地质学院地质系地质勘查专业,地质高级工程师,从事煤田地质勘探工作。

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作者:ylitw 来源:榆林地矿协会
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