波阻抗反演技术在煤炭资源储量管理中的应用(1).pdf

煤炭与化工 Co al and Chemical Industry 第43卷第7期 2020年7月 Vo l.43 No .7 Jul. 2020 地测与水害防治 波阻抗反演技术在煤炭资源储量管理中的应用 韩晓丽 大同煤矿集团永定庄煤业有限责任公司，山西大同037024 摘要由于永定庄煤矿煤层结构变化较复杂，利用有限的钻孔资料获得煤层的信息已不能 满足矿山高产高效的需要。经过现场调研分析，决定采用波阻抗反演技术在原有三维地质资 料的基础上，精确获得永定庄区煤层厚度资料。实践表明，8106工作面波阻抗反演得到的煤 层储量结果更加接近于实际状况，准确度较高，有利于实现矿井工作面的高产高效，达到了 对煤炭资源储量的管理目标。 关键词波阻抗；煤层厚度；煤炭资源；储量管理 中图分类号P 631 文献标识码B 文章编号2095-5979 202007-0072-03 Application of wave impedance inversion technology in coal resource reserve management Han Xiao li Yongdingzhuang Mining Indust ry Corporat ion Lt d., Dat ong Mining Group, Dat ong 037024, China Abstract Due to the co mplex structural changes o f the co al seam in Yo ngdingzhuang Mine, the limited bo reho le data o btaining co al seam info rmatio n can no lo nger meet the needs o f high pro ductivity and efficiency o f the mine. After field research and analysis, the wave impedance inversio n Wil techno lo gy was ado pted to accurately o btain the co al seam thickness data in Yo ngdingzhuang o n the basis o f the o riginal three-dimensio nal geo lo gical data. The co al seam thickness results o btained fro m the wave impedance inversio n o f wo rking face 8106 were clo ser to the actual situatio n and mo re accurate, which was helpful to achieve high pro ductivity and efficiency o f the mine wo rking face and the management go al o f co al reso urces reserves. Key wo rds wave impedance; co al seam thickness; co al reso urces; reserve management 0引言 近年来，随着矿业机械设备的不断升级，为实 现工作面的高产高效奠定了基础。在现场实践活动 中，发现由于沉积环境的影响，煤层赋存状态极为 复杂，煤层厚度的不稳定及其它地质构造，是影响 采区采掘工程布置及工作面高产高效的重要因素。 以往的煤炭厚度计算都是依靠本区域内有限的钻孔 资料（揭露煤层的厚度），通过一系列的对比插 值，得到煤层的厚度，当煤层结构变化比较复杂 时，利用钻孔得到的资料精度将大大降低。几十年 来，专家学者及技术人员，对煤层厚度变化方面进 行了大量的研究，并取得了科研成果。在吸取前人 经验的基础上，本文结合同煤集团同忻井田永定庄 内地质、回采与测井资料，采用在钻孔约束下利用 波阻抗反演技术反演煤层厚度，合理预测煤炭的储 量，从而实现对煤炭资源储量的管理。 1工程概况 永定庄煤矿是大同煤矿集团公司的下属煤矿, 是大同地区解放前的八大旧矿之一。其资源开采历 史悠久，多年来一直开采侏罗系煤层。永定庄矿区 侏罗系浅部煤炭资源逐渐枯竭，为确保矿井现有设 备充分利用，实现矿井的接替，需要侏罗系煤层转 责任编辑高小青 DOI 10.19286/ki.cci.2020.07.019 作者简介韩晓丽（1984）,女，山西忻州人，工程师。 引用格式韩晓丽.波阻抗反演技术在煤炭资源储量管理中的应用[J].煤炭与化工，2020 , 43（7） 72-74, 78. 72 韩晓丽波阻抗反演技术在煤炭资源储量管理中的应用2020年第7期 入到开采下部石炭二叠系煤层。为提高山4号煤层 储量级别，满足山4号煤层首采盘区的设计开采, 掌握煤层变化和地质构造等情况，需要对煤层变化 情况进行探査。山4号煤层位于山西组中下部，下 距K3标志层一般为4.0 33.93 m,平均17.41 m。 矿井自投产以来，煤层受断层、岩浆岩倾入等地质 构造的影响，给煤炭资源储量的管理带来了较大的 难度。 2波阻抗反演技术 地震波阻抗反演技术是利用已有三维地震资 料，确定主要反射波的地质层位，并得到主要地质 层位的波阻抗和速度，结合钻孔地质资料、测井资 料、地质解释成果，充分利用通过三维地震得到横 向较好的地质剖面和垂向分辨率的测井数据，转换 成波阻抗剖面，进而分析预测煤层厚度。 在构建的地震三维波阻抗模型中，各煤层的波 阻抗特性表现为低阻抗，从而可以得到各个煤层的 厚度变化趋势。煤层是煤矿勘探过程中最主要的目 的层位，地震波通过煤层与顶板之间的界面1、煤 层与底板之间的界面2时，地震波在煤层中的传播 速度均小于在煤层围岩顶底板中的传播速度班、 ”3,根据现场实测煤层的密度臼一般均小于煤层围 岩顶底板的密度卩2、P 3,因此煤层具有阻抗较小、 速度较低的特点，是波阻抗较小的地质层位。煤层 与顶底板围岩形成的波阻抗较大，通过计算煤阻抗 范围，可以划定出煤层顶底板范围，进而计算出煤 层厚度。地震波在目标层煤层附近传播情况如图1 所示。 顶板 ”皿界面1 3, P3 图1地震波在煤层附近传播示意 Fig. 1 Seismic wave pro pagatio n near co al seam 3波阻抗反演技术的应用 为了利用波阻抗反演技术反演首采区8106工 作面的煤层厚度，首先收集矿区内已有的三维地震 勘探资料，并结合预测范围内的钻孔资料、测井资 料，矿井生产过程中实际揭露的地质情况进行地震 技术反演。 3.1波阻抗反演具体方法 （1）测井资料是数据处理、解释、反演的基 础，其品质的好坏对波阻抗反演起着重要的作用。 由于测井曲线的年代不同，所用的仪器不同，操作 不一致，都会造成测井曲线的误差。为了提高反演 结果的质量，需要对测井资料进行标准化处理，从 而在反演过程中使用测井资料。 （2 ）利用地质资料、测井资料、地震信息对 层位进行标定。对煤层进行波阻抗反演首先确定的 就是反射波的地质层位，利用钻孔地质和测井资料 合成地震记录，再与过孔时间剖面对比，以确定反 射波与地质层位的对应关系，为地震反射波赋予地 质属性。钻孔人工合成地震记录与时间剖面对比， 如图2所示。 图2钻孔人工合成地震记录与过井时间剖面对比 Fig. 2 Co mpariso n o f bo reho le synthetic seismo gram and bo reho le cro ssing time pro file （3） 利用已知的山4煤层等煤层底板标高 （钻孔标定）和T2波的to时间值，计算出时深转换 速度，再绘制速度平面分布图。 （4） 建立波阻抗模型，模型融合了地震界面 信息及测井资料的信息。其深度变化特征主要利用 三维地震资料来反映，煤岩体的波阻抗变化特征则 需要通过测井资料来体现。充分利用波阻抗模型对 目的层山4煤层进行反演，根据目的层的波阻抗范 围值，利用此波阻抗的范围值对该区域进行追踪， 得到山4煤层的顶底板数据值，进而做差得到目的 层的煤层厚度。 （5） 利用波阻抗反演得到的煤层厚度与钻孔 结果进行匹配，得到合理的煤层预测结果，并将煤 厚的预测结果绘制成煤厚变化趋势图。根据煤层变 化趋势图可知，煤层部分受火成岩侵入，由南向北 逐渐变薄，有益煤层逐渐增厚，煤层厚度为0 4.70 m,平均 2.18 mo （6） 通过实验室实验，得到钻孔煤芯煤样化 验结果，并求取其算术平均值，目的层山4号煤层 视密度为1.45 t/m3o利用山4号煤层变化趋势图， 得到煤层的体积，结合煤层的视密度，通过计算得 到该区域内山4号煤层8106工作面煤层的储量， 从而预计工作面煤层储量。 3.2反演成果分析 在现场实际生产过程中对该区域内山4号煤层 73 2020年第7期煤炭与化工第43卷 进行了反演，得到了矿区内山4号煤层的厚度等厚 线及岩浆岩侵入范围，如图3所示。 图3山4号煤层厚度等厚线及岩浆岩侵入范围 Fig. 3 Iso pach line o f thickness o f No .4 co al seam and intmsio n range o f magmatic ro ck 3.2.1 传统煤层储量计算方法 由于8106工作面钻孔施工密度较小，只有2 个钻孔，2个钻孔平均煤厚为2.8、2.2 m,利用传 统预测煤厚的方法，通过已有的地质钻孔插值得到 平均煤厚为2.56 m,采用地质块段法在水平投影图 上估算资源储量。 估算方式资源/储量（万t）面积聞 x 厚度（m） X视密度（t/m3） X1O 可估算出工作面的煤层的储量为179.6万t, 按照工作面的采出率为85,预计采储量为 152.66 万 to 3.2.2利用反演成果计算煤层储量 根据煤层变化趋势图可知煤层部分受火成岩侵 入，由南向北逐渐变薄，有益煤层逐渐增厚，煤层 厚度为0 4.70 m,平均2.18 mo采用地质块段法 在水平投影图上估算资源储量。 估算方式资源/储量（万t）面积（n） x 厚度（m） X视密度（t/m3） xlO 利可估算出工作面的煤层的储量为152.61万 t,按照工作面的采出率为85,预计采储量为 129.23 万 to 在实际生产中，山4号煤层8106工作面实际 采出煤量120.51万t,采出率为85,储量为 141.72 t,通过2种煤层储量的方法与实际生产中 的对比分析，可以发现利用反演技术得到储量计算 结果更加接近于实际，采用基于模型的波阻抗反 演，准确度较高。采用反演技术能够准确的对地质 储量进行估算，为其他工作面的生产提供依据，进 而估算整个矿井资源储量，为矿井开拓设计、工作 面合理优化布置，提供了可靠的地质基础数据。 4结论 （1） 煤层的波阻抗均小于煤层顶板、底板的 波阻抗，是波阻抗反演煤层厚度，预测煤炭储量的 基础。 （2） 利用波阻抗反演技术在三维地震资料的 基础上可以合理的预测煤层的厚度，并将煤厚的预 测结果绘制成煤厚变化趋势图，可以准确估算工作 面、采区直至矿井的资源储量。 （3） 波阻抗反演技术相对准确的计算了山4 号煤层81061作面的煤层储量，继而利用波阻抗 （下转第78页） 74 2020年第7期煤炭与化工第43卷 d曲率属性局部放大 图6 111304工作面小断层识别效果对比验证 Fig. 6 Co mparative verificatio n o f small fault reco gnitio n effect o n 111304 wo rking face 4结论 （1） 研究发现，对不同的地震属性进行断裂 追踪的效果很难兼顾区域构造特征及断裂细节，在 口孜东矿，“方差蚂蚁”的区域构造特征显示清 晰，“曲率蚂蚁”断裂细节较多。 （2） 利用加权平均属性融合方法，将反映区 域构造特征较好的“方差蚂蚁”和反映断裂细节较 好的“曲率”进行属性融合，经验证，发现融合后 的属性体能够有效的识别断距在35m的小断层, 并且能够反映断距在3m以下的次生小断层组合。 （3） 经实践验证，“地震属性提取蚂蚁追 踪属性融合”这一地震数据处理方法可以在新集 矿区其它煤矿的小断层识别工作中推广应用。 参考文献 [1] 侯士宁，代 磊，张 凯，等.陈四楼井田突水机理分析[J]. 煤田地质与勘探，2001（4） 35-36. 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