中国煤炭地震勘探技术发展五十年.doc

中国煤炭地震勘探技术发展五十年 我国煤炭地震勘探技术的发展有着近50年的历史。从无到有，从使用光点仪、模拟仪、数字仪到无线遥测仪；从折射到反射，从单次覆盖到多次覆盖；从二维到三维；从单波到多波。经过几代人的不断努力，逐步形成了中国特色的煤炭地震勘探技术体系，目前整体技术水平处与国际先进地位。 1 起步阶段 50～60年代是我国煤炭地震勘探的起步阶段。期间，使用光点地震仪，应用折射波及对比折射波法和简单的单次覆盖反射方法为我国一些老矿外围进行了扩大和延伸勘探，发现了一些新的煤炭资源，受到煤炭工业部和地质部的高度重视，为我国煤炭地震技术进步和勘探队伍的发展壮大打下了坚实的基础。 中国第一个煤田地震队成立于1955年，成立的同年在华北平原的开平煤田佃家寨区进行了方法试验。1956年在该煤田的弯道山井田试验成功，取得了煤系和非煤系地层的界面数据，初步确立了用以寻找新煤田的地震折射波野外工作方法和资料解释方法。1956年八月，在徐州贾汪煤田潘家庵区首次进行了单次覆盖反射波法勘探。随后，在华北平原、黄淮平原、松辽平原、西北、江南地区利用地震方法开展了找煤和圈定煤田边界的工作，并在车轴山、蓟玉、两淮外围、徐州张集、新郑、禹县、邢台等寻找和发现了一些隐伏煤田，圈出了邢台、东庞、隆尧等煤田边界，并得到地质钻探验证，地质效果显著。该方法的应用发现了一些隐伏煤田，并大大加快了勘探速度，节省了为控制煤田边界而造成的钻探工程量的浪费，为进一步普、详查提供了可靠的依据。这些成果初步体现了利用地震勘探寻找新的煤炭资源以及其配合钻探进行综合勘探的作用，为我国煤炭地震勘探的进一步发展奠定了基础。 这期间，所使用的地震仪是光点地震仪，主要有,1955年进口的第一台民主德国生产的Askanina－24型24道光点地震仪和1956年开始先后引进的匈牙利、前苏联和瑞典等国制造的光点地震仪，总计26台。1963年起，开始使用我国地质部地质仪器厂生产的光点地震仪。 2 发展阶段 70年代是我国煤炭地震勘探的第一个发展阶段。在广泛进行国际交流和学习的基础上，不断进行技术攻关，实现了煤田地震勘探磁带化和地震资料处理数字化；推广了多次覆盖反射地震勘探技术，提高了地震勘探手段解决煤田地质问题的能力，为我国煤田高分辨率地震勘探技术的产生，以及将地震勘探作为重要手段的综合勘探方法的成熟与发展奠定了良好的基础。早在1966年开始，煤炭工业部就组织以煤炭科学院西安地质勘探研究院为主，各煤田地质勘探公司参加的磁带地震仪的研制会战，并于1970年研制出了样机TYDC－24型磁带记录地震仪。到1978年渭南煤矿专用设备厂共生产了84台TYDC－24型磁带记录地震仪和8台地震回放仪（TYDF－1）。从此，煤田地震勘探仪器更新为第二代地震仪器----模拟地震仪。与此配套的地震资料模拟处理系统亦称地震回放仪于1978年投入使用。与此同时，在赴德国、英国调研学习的基础上，地震勘探方法也有了新的突破，开始采用多次覆盖地震勘探技术，实现了多次叠加，提高了资料信噪比，使处理出的地震时间剖面十分直观，与地质断面有一定的相似性，地质解释精度进一步提高。 期间，调整队伍布局，集中力量打歼灭战，先后组织实施了江苏省丰沛煤田、河北省邯邢及开平煤田、河南永夏煤田、安徽省淮南煤田顾桥井田、山东省济宁煤田等地震勘探会战，完成了众多普查、详查和部分精查地震勘探，获得了很好的地质效果，技术水平也有了较大的进步，同时，也交流了经验，锻炼和发展了队伍，到1975年，全国拥有地震队42个。 3 数字化阶段 80年代我国煤炭地震勘探的第二个发展阶段。地震勘探采集设备实现了数字化,资料处理系统化,一系列地震勘探方法、技术日益成熟，并推广应用。特别是高分辨地震勘探技术试验获得了成功，并在应用过程中不断得到完善和提高。80年代也是中日合作勘探的重要阶段，通过安徽省淮南煤田刘庄井田、山东唐口、梁宝寺等中日合作地震勘探，地震勘探手段在综合勘探中的地位得到加强，综合勘探技术更加成熟，三维地震勘探在生产中首次投入使用。这些技术成果为90年代迅速发展和广泛推广应用的煤矿采区高分辨地震二维、三维勘探积累了丰蕴的经验。 1983年起国产MSD－1型数字地震仪和美国生产的DFS-5数字地震仪，先后在安徽淮南刘庄井田和黑龙江东荣煤田三井田投入使用。1984年在充分调研和考察的基础上，引进了美国产DFS-5、ES-2420和法国产SN338HR及SN358数字地震仪 ，总计21台。标志着中国煤炭地震勘探仪器进入数字时代--第三代地震仪器。经过多年的实践表明，这批数字地震仪性能稳定，精度高，大大地提高了煤炭地震勘探的精度，拓宽了解决地质问题的范围，为煤炭高分辨率地震勘探的试验成功提供了必不可少的装备条件，也使控制小构造见长的地震勘探成为综合勘探中一个不可或缺的有效手段。在其服务的十几年内，完成了大量的地震勘探项目，提交了高质量的普查、详查和精查报告。 由于计算机技术的发展，回放仪被数字处理系统所代替，1982年成立了煤炭工业部第一物探队计算中心（涿州）和江苏煤田物探队计算站，采用国产计算机（TQ-16）和软件进行处理。1985年，为配合数字地震仪的引进和应用,又从美国引进了以IBM4381为主机的地震资料处理系统，处理软件是美国地球物理服务公司（GSI）的TIPEX处理系统，并同时引进了地震资料解释系统（SIDIS）。至此，煤炭系统第一个系统的地震勘探数字处理系统全面投入使用。 80年代也是地震勘探技术发展和成熟的重要年代。期间，中国煤炭地质总局瞄准地震勘探世界先进技术水平，组织科技攻关，完成了煤田高分辨地震勘探方法研究和煤田“三高“处理方法研究项目，其中煤田“三高“处理方法研究项目获得了煤炭工业部科技进步二等奖。在安徽省淮南煤田刘庄井田（中日合作）、河南省禹县煤田梁北井田、山东省济宁煤田岱庄井田、许楼井田、河北省东欢坨井田、黑龙江省东荣三井田等应用了高分辨地震勘探技术，煤田地震反射波频率由30-40赫兹提高到60-80赫兹，大大提高了煤田地震勘探分辨率，形成了一套地震勘探和钻探等手段相结合的综合勘探方法，使许多详查、精查项目既减少了钻孔、缩短了勘探周期，又提高了勘探精度，充分发挥了地震勘探技术投资少、见效快、精度高的三大优势，地质效果明显。此外，利用人工合成地震记录确认了地震波的地质属性，原认为是地质分界面反射波被确认为实际是煤层反射波，这一重大突破使煤田地震勘探解释的准确性和精确性有了质的飞跃；垂直地震剖面的实现进一步验证了人工合成地震记录的成果，同时获得了精确的地震速度资料；地震地层学应用、岩性和煤层地震勘探等相继问世，使我国煤田地震勘探技术水平上了一个新台阶。 1982年，中国与日本国首次合作在淮南煤田刘庄井田进行了精查勘探。在中方专家组织下，开展了高分辨地震方法的研究、试验，历时4年完成了全井田的高分辨地震采集、处理及解释工作。该工程是我国煤田系统第一个在全区进行高分辨地震勘探的项目。查明了井田一水平内落差大于15米的断层，控制了煤层露头及煤层底板起伏情况。 1988年，在山东省济宁煤田唐口勘探区实施了第二个中日合作勘探项目，采用高分辨地震勘探与钻探相结合的综合勘探方法完成了精查工作。本次精查勘探充分发挥了高分辨地震勘探的优势，在构造勘探的同时，研究出一套用地震资料进行煤层解释（厚度、分叉、合并、冲刷）的技术，勘探精度大大提高，地质效果十分突出。与同等地质条件的济宁二井田（未采用地震勘探技术）相比，减少钻孔100多个，节省钻探工程量近20万米，缩短勘探周期11年，节约勘探费用约8000万元。并且首次进行了煤田地质系统第一个三维地震勘探生产项目，面积5平方公里。为三维地震勘探技术在煤矿采区推广应用积累了宝贵的经验。 随后，又在山东省梁宝寺、河北省尉县煤田相继开展了第三、第四个中日合作项目。 4 采区地震勘探 90年代是煤炭地震勘探发展的高峰期。期间，地震仪器发展为多道遥测数字地震采集系统；引进了集快速、高精度、多手段于一身的地震资料处理和解释系统，达到了国际先进水平；同时，随着机械化采煤对地质报告精度的要求日益提高，提高新建矿井及生产矿井地质勘探程度，为高产高效矿井建设服务，成为煤田地质勘探部门迫在眉睫的课题，因此，煤矿采区高分辨地震勘探应运而生，成为我国煤炭地震勘探发展史上最“靓“的亮点。 1994年，中国煤炭地质总局在原煤炭工业部和国家开发银行的支持下，引进了三套具有九十年代国际先进水平的法国Sercel公司的SN-388遥测地震采集系统及法国CGG公司出品的GEOVECTEUR PLUS地震处理系统，同时引进了美国GEOQUEST公司的地震资料解释系统，全三维处理解释技术得到了进一步发展。随后又购置了美国产遥测地震仪IMAGE、BOX 、DS-6，德国SUMMIT、法国408UL等遥测数字地震仪。这标志着我国煤炭地震勘探装备又进入了新的时代--第四代地震仪器。新的遥测技术具有更强的稳定性；其地震区域网络技术有极大的灵活性，能提供解决复杂施工问题的最佳方案；其技术性能指标更先进，道容量更大，有利于煤炭三维地震勘探精度的进一步提高和开展多波多分量勘探；有利于降低采集成本和提高施工效率。这些最新技术的引进为煤矿采区地震勘探技术的应用打下了坚实的基础。 随着机械化采煤技术的推广应用，对地质报告精度的要求日益提高，而以往供建井设计的地质报告只能查明初期采区内落差大于20～30米的断层，精度远远不能满足建井设计及开采的要求。受地质报告精度的影响，一些矿井工作面布置不合理，资源回收率低，不能按期达产，经济效益差；个别矿井遇地质构造后巷道、矿井突水被淹，安全效益差。针对以往新建矿井因小的地质构造没有查清付出的巨大的经济损失的现实情况，及地震勘探技术的日益成熟，1991年原国家能源投资公司下发了能投计1991612号文“关于基本建设矿井补做地震工作的通知“，“通知“要求“凡列入计划建设的基本建设矿井项目，有条件的一律补做地震工作在地震工作没有完成之前，不准进入采区施工“。这一文件的下发，推动了高分辨地震勘探技术在煤矿建设和生产领域中的应用，揭开了大规模矿井采区地震勘探工作的帷幕。中国煤炭地质总局组织十几个省，21个地震队开展了地震补充勘探工作，对新建矿井地质精查报告中未开展地震勘探工作的进行地震补充勘探。共实施了68个项目，所涉及的矿井总设计能力12285万吨，总计投入补勘费1.5亿元，费用纳入矿井总概算。经调查评价，获直接经济效益50亿元，间接经济效益超过100亿元。其中，50对新建矿井共查明断层1251条，新发现断层446条，查出陷落柱11个，圈出老窑采空区5个，岩浆岩侵入体4个，这些地质成果经验证准确率80以上。提交的专业报告中不少报告获得了中国煤炭地质优质报告奖。 为了配合能投计1991612号文件的顺利实施，“九五“期间，中国煤炭地质总局组织实施了煤田高分辨地震勘探技术的发展及在煤矿矿井基建和生产中的应用科技攻关项目，发展了煤田地震勘探技术，使煤田地震勘探成为详细查明小断层、小褶曲、陷落柱、采空区、冲刷带、煤层变化等重要地质资料的主要手段；提高了勘探精度，由原来的查明落差大于30米断层，提高到二维地震能够查明落差大于10米的断层，三维能够查明落差大于3～5米的断层，并攻克了山区、水域、砾石覆盖区、沙漠区、薄黄土覆盖区等复杂地区的高分辨地震勘探技术。该技术在全国各大煤矿采区推广应用，取得了丰硕的地质成果，对高产高效矿井建设起到了地质保障作用，获得了巨大的经济和社会效益。2000年该项目获得煤炭工业科技进步一等奖。 1994年国家开发银行成立后，基于新建矿井采区地震勘探地质成果经实际检验效益明显，提出明确要求，今后凡需贷款建设的新建矿井，有条件进行采区地震勘探工作的，必须安排采区地震勘探，否则不予审批，所需费用经审查后纳入矿井总概算，并以煤石计（1995）014号文批转有关单位。之后，煤矿采区地震勘探掀起了第二个高潮。 1997国家开发银行和中国煤炭地质总局组成的联合调查组，对41处采用了采区地震勘探（主要为二维地震）的生产矿井和新建矿井进行了调查回访。经统计，进行了采区地震勘探后获得的部分经济效益为100.44亿元，其中因修改矿井设计取得的经济效益50.98亿元，占50.75；避免突水淹井事故损失1.5亿元，占1.5；查清地质构造增加煤炭回收率45.57亿元，占45.37；节省勘探费用2.39亿元，占2.38。 为了总结、宣传和发展煤矿采区地震勘探技术，1998年10月，中国煤炭地质总局和国家开发银行在成都联合召开了“全国煤矿采区地震经验交流暨成果发布会“。会议的召开，对发展采区地震勘探技术，解决影响煤矿生产建设的矿井地质问题，为高产高效矿井的建设，提高企业经济效益起到了积极的推动作用。 5 三维地震勘探及新技术 煤矿地震勘探技术进步的另一个重要标志是三维地震勘探技术在煤矿采区推广应用。早在1978年，中国煤炭地质总局（时为煤炭工业部地质局）组织一个地震队及有关专家在伊敏煤田中部开始了我国煤田地质系统第一块三维地震勘探试验工作。野外采集使用两台TYDC-24型模拟磁带地震仪，48道接收，6次覆盖，形成15米15米的CDP网格。资料处理在总局物探研究院（时为煤炭工业部物探攻关队）利用TQ-16计算机系统自编软件完成，为煤炭地质系统开展三维地震勘探进行了积极的探索。1988年，在山东省济宁煤田唐口中日合作勘探项目中，首次进行了煤田地质系统第一个三维地震勘探生产项目，面积5平方公里。野外采集使用法国产SN338数字地震仪，96道接收，12次覆盖，形成10米15米的CDP网格，资料处理在日方公司进行。项目主要任务是查清勘探区内落差大于10米的断层和幅度大于10米的褶曲。与二维地震勘探资料相比，本次三维地震勘探资料分辨率高，连续性好，勘探精度大大提高，取得了良好的效果，为今后的煤矿采区三维地震勘探积累了经验，打下了良好的技术基础。 煤矿采区三维地震勘探始于1993年，在淮南矿务局谢桥煤矿的东、西一采区进行的。之后，从东部到西部、从平原到山区、从陆地到湖上、从国有大型矿井到地方煤矿，三维地震勘探得到了迅速的推广应用。三维地震勘探技术的发展应用使地震勘探的精度和分辨率大大提高，取得了丰富的地质成果。截止到2001年10月底，完成了三维地震勘探150个项目，面积460 km2,物理点45万个，其中有统计资料的60对生产矿井共查明断层2259条。经煤矿企业的检验证明，采区地震勘探中所查明的断层、陷落柱等的吻合率达80以上。这些地质成果在优化矿井设计、合理布置采区和工作面、提高资源回收率、延长矿井服务年限和保障安全生产等方面起到了重要作用，获得了巨大的社会和经济效益，得到了广大煤炭企业和社会的一致认可。 几年来，三维地震采集、处理和解释技术有了大幅度提高。发展和完善了全三维地震数据处理技术，引进和开发了叠前深度偏移、三维目标处理、各种复杂地区的三维地震静校正方法等技术。另外，总局物探研究院与清华大学合作，联合研究开发了三维三分量处理技术和相应的软件。丰富和发展了全三维地震解释技术，实行剖面、平面和立体解释相结合的综合解释办法，充分利用切片解释技术、地震属性解释技术、断层模式识别技术、三维可视化技术、相干体及方差体断层解释技术来提高解释精度。并且在地震解释过程中由物探、地质、设计技术人员共同完成，地震资料和已知地质资料紧密结合，提高了解释精度，缩短了解释周期。 此外，煤炭地震勘探技术人员还积极地开展了二维多分量、三维三分量地震勘探技术、多波VSP技术；水上二维、三维地震勘探技术；山区三维地震勘探；城镇、村落区三维地震技术；目标采集技术；巨厚岩浆岩覆盖区地震技术等新技术研究；三维地震勘探设计及静校正技术研究等，都获得了积极的成果。2002年煤矿高分辨三维地震勘探技术体系及在煤炭工业中的应用获得国家科学技术进步二等奖。 2001年11月中国煤炭地质总局在海南组织召开了由煤炭设计、生产、勘探、院校等部门领导和技术人员以及国外技术专家参加的“煤矿采区三维地震勘探经验技术交流会“，并出版了会议论文集。会议的召开，对发展煤炭采区三维地震勘探技术，解决影响煤矿生产建设的矿井地质问题，建设高产高效矿井，提高企业经济效益起到了十分重要的意义。 6 新世纪 新挑战 新机遇 21世纪是煤炭地震勘探技术发展的新契机。随着煤炭工业的发展，高度发展的机械化采煤对精细地质勘探的要求进一步提高。一方面，要求查明1/2煤厚的小断层以及其它更小的地质构造；另一方面，要求地震勘探解决其他诸如水文地质、煤层厚度、宏观结构、火成岩分布、小陷落柱、老窑采空区等问题；并且随着地震勘探的广泛应用，施工难度明显加大，山区、湖区、沙漠、卵砾石分布区等复杂地震地质条件地区所占比例逐年提高，对地震勘探提出了新的课题。 近期主要奋斗目标是 1．提高垂直分辨率，主要煤层反射波主频达到100赫兹以上，提高构造勘探精度，查明落差3米以上的小断层。提高10-15米近距离煤层群的分辨率。 2．提高横向分辨率，探测长轴直径大于10米的陷落柱，平面摆动误差小于15米；精确控制岩浆岩侵入、老窑采空区、古河床等对煤层的影响范围；精确控制煤层沉积、冲刷缺失变薄区； 3． 深入开展岩性地震勘探，拓宽服务领域。查明煤层宏观结构的变化及厚度变化；对煤成气的赋存及开采提供必要的地质信息；预测地应力变化趋势； 4.对煤层顶底板岩性进行探测，确定新生界底部含、隔水层，为煤矿合理预留防水煤柱，有效提高采煤上限服务；精确探测煤系底部的碳酸岩界面，划分岩溶裂隙发育带、富水带，以解放下组煤开采；确定煤系地层中薄层灰岩及其富水性。 7 结束语 在中国煤炭地质总局的统一部署及大力鼓励扶持下，在有关领导部门大力帮助和广大煤炭企业的大力支持下，我国煤炭地震勘探事业得到了长足的发展。煤炭地震勘探技术的发展是我国煤炭地质勘探50年来的重要技术成果之一，是我国煤炭地质勘探科技进步的重要体现，对我国煤炭地质勘探技术的进步发挥了重要作用。在我国煤炭地震勘探近50年的发展历史长河中充满了可圈可点的“亮点“，写满了可歌可泣的精彩篇章，煤炭地震勘探技术不断进步体现了几代物探职工奋斗不止的精神，取得的丰厚成果凝聚了他们辛勤的耕耘。随着科技的进步和广大物探科技工作者的不断努力，煤炭地震勘探技术必将得到进一步发展，必将为我国煤炭工业的健康发展，为煤炭地质经济与事业做出更大贡献，取得更大成绩。