综合勘探技术在曹家滩井田勘探中的应用

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

（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
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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