汤红伟

(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西省西安市，710077)

地震资料解释岩浆岩侵入煤层范围的探索研究

汤红伟

(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西省西安市，710077)

岩浆侵入煤层对煤矿安全高效生产有较大影响。在有钻孔揭露岩浆岩区域，应用波阻抗反演同时辅以地震属性分析等三维地震勘探技术预测岩浆岩侵入煤层现象能取得较好的效果。对于无井区域来说，反演方法不能运用，单纯的属性分析技术存在多解性。正演模拟表明，岩浆岩侵入煤层后会使得反射波主相位与辅助相位存在较大的时间差及振幅差，此差异为利用岩浆岩地震响应预测岩浆岩侵入煤层范围提供了可能。以陈四楼煤矿八采区二2煤层为例，利用地震时间剖面、属性分析相结合的方法，圈定了岩浆侵入煤层范围。通过巷探实际验证，解释结果吻合较好。

岩浆岩侵入 时间剖面 地震属性 地震资料 三维地震勘探

AbstractMagma intruding into coal seam had a greater impact on coal mine efficient and safety production. In the magmatic rock area exposed by drillhole, 3D seismic exploration techniques such as wave impedance inversion and seismic attribute analysis, had preferable effects on the prediction of magma intruding into coal seam. For the non-well area, the retrieval method couldn't be applied well, and simple attribute analysis had multiple solutions. The forward modelling showed that after magmatic rocks intruding into coal seam, there were big time difference and amplitude difference between master phase and assisted phase of reflected wave, and the differences made it possible for magmatic rock seismic response to predict the range of magmatic rock intrusion. Taking two-2 coal seam of No. 8 panel of Chensilou Coal Mine as an example, the range of magmatic rock intrusion in coal seam was determined by using combined method of seismic time profile and attribute analysis. The actual roadway protection results was identical with the interpretation results.

Keywordsmagmatic rock intrusion, time profile, seismic attribute, seismic data, 3D seismic exploration

岩浆岩的侵入对煤层的影响很大，一方面，岩浆岩侵入煤层后使得煤层的完整性受到了破坏，而且由于岩浆的烘烤，使与岩浆岩接触部分的煤质变差甚至变成天然焦，影响了煤的工业价值，降低了可采煤炭资源储量。另一方面，由于岩浆岩的硬度较大，掘进速度受到影响，而且使采掘设备的使用寿命减少，从而增加了开采成本。因此，准确圈定岩浆岩侵入煤层的范围对煤矿安全高效生产具有重大的现实意义。

在地质勘查阶段，多应用钻孔资料圈定岩浆岩侵入煤层的范围，但受钻孔数量及钻孔密度的限制，圈定边界的精度较差。相比之下，三维地震勘探资料具有大面积密集采集及横向分辨率高的优势，因此，波阻抗反演、神经网络及灰色关联分析、地震相分析及频谱分解、地震属性技术等三维地震勘探技术预测岩浆岩侵入煤层的方法在不同地区得到应用。波阻抗反演是利用反射波阻抗值的大小来区分岩浆岩侵入煤层范围的，岩浆岩一般表现为高阻抗值、煤层为低阻抗值；属性分析技术主要依据反射波连续性、反射波主频的高低来识别岩浆岩侵入区，在时间剖面上，正常煤层区域反射波能量较强、连续性好，天然焦区域的反射波有连续性变差或者反射波消失、能量变弱、频率增高的地震响应特点。这些方法在钻孔揭露岩浆岩侵入煤层的信息较丰富、测井资料齐全且岩浆岩侵入的煤层为主要可采煤层的区域都取得了较好的效果。

永城矿区为岩浆岩活动频繁区域，根据收集的陈四楼井田的237个钻孔资料统计来看，有59%的钻孔穿见岩体，侵入的主要为局部可采的三煤组。揭露岩浆岩侵入二2主采煤层的钻孔只有5个，且钻孔施工年代久远，测井资料缺失严重，在采掘过程中，经常能发现小范围的岩浆岩侵入煤层现象，为此，必须采用新的技术方法来预测岩浆岩侵入范围。

1 概况

陈四楼井田地层由老至新为寒武系下统、中统、上统，奥陶系下统、中统，石炭系中统、上统，二叠系下统、上统，新近系渐新—始新统、中新统、上新统，第四更新统、全新统，含煤地层为石炭系和二叠系。上石炭统太原组含煤1～6层，称一煤组，煤层总厚2.06 m，含煤系数为1.4%。下二叠统山西组含煤3层，称二煤组，编号为二1～二3，其中二2煤层为矿井主采煤层，赋存稳定，结构单一，平均厚度2.45 m；下石盒子组含煤7层，称三煤组，编号为三1～三7。三1煤层厚度为1.30 m，为不稳定煤层；三2煤层厚度为1.50 m，为较稳定煤层；三4煤层厚度为1.60 m，为不稳定煤层；三5煤层平均厚度为0.96 m，为不稳定的局部可采煤层。二煤组与三煤组平均间距为80 m左右。

井田内岩浆活动频繁，统计井田内237个见煤钻孔，有59%的钻孔穿见岩浆岩体。其中岩浆岩侵入三煤组的钻孔有136个，岩浆岩侵入二2煤层的钻孔有5个，钻孔资料揭露岩浆岩最大厚度为31.57 m，平均厚度为2.59 m。岩浆活动有2个期次，其中，辉绿岩偏老，为华力西晚期的产物；花岗斑岩较新，为燕山早—晚期的产物。井田内岩浆岩一般沿三煤组煤层及其底板侵入，产状多为岩床或岩墙。二2煤层岩浆岩侵入区主要在井田中西部及北部，其中0716孔、6406孔、0908孔、1006孔和1308孔附近发育大片岩浆岩侵入区及天然焦，四采区2408工作面、2409工作面、五采区2513工作面和十二采区21203工作面均受到不同程度的影响。另外，二、七、十一采区局部发育条带状岩浆岩墙或天然焦，十采区有岩浆岩顺断层面侵入煤层现象。

2 正演模拟

将原生煤层、天然焦、天然焦与岩浆岩互层、岩浆岩连续存在的现象设计在同一模型中，采用专业正演模拟软件进行模拟，分析正演模型中反射波的地震响应特征。正演模型如图1所示，模型中的物理参数见表1，经过处理后得到的正演模拟时间剖面如图2所示，地震时间剖面中岩浆岩侵入区段和天然焦区段交界会产生明显的煤层反射同相轴错断，同时反射波主相位与辅助相位之间的时间差存在差异(岩浆岩侵入区的主辅相位间的时间差大于天然焦区段)，这是由于这些区段的岩石参数的改变引起横向上纵波速度变化显著。焦化区段与正常煤层交界区段反射波同相轴有轻微的振幅变化和波形变化，并未引起目的层反射波同相轴的错断和扭曲，为了更好地区分正常煤层与天然焦分布范围，利用多个不同属性进行分析。瞬时振幅剖面图见图3，从图中可以看出正常煤层区、天然焦区、岩浆岩侵入区能够较好地区分。

图1 放大的正演模型

表1 正演模型物理参数

图2 60 Hz子波叠前偏移叠加剖面

图3 60 Hz子波瞬时振幅剖面

3 八采区岩浆岩侵入煤层后反射波属性特性

3.1 三煤组被岩浆岩侵入后反射波特征

八采区三煤组被岩浆岩严重侵蚀，多个钻孔揭露了岩浆岩体。勘探区联井剖面图见图4，方框内为岩浆岩侵入区域。由图4可以看出，1004钻孔被岩浆岩侵蚀，1019钻孔揭露的煤层为正常煤层，岩浆岩侵入部分的煤层反射波变弱、频率降低。在地震属性响应中，岩浆岩侵入部分与原生煤层直接接触时，能量差异较大，从属性平面图中可以较好地区分岩浆岩侵入煤层范围。

3.2 二2煤层被岩浆岩侵入后的反射波特征

八采区没有钻孔揭露岩浆岩侵入二2煤层的现象，但在2802工作面运输巷的掘进过程中出现了岩浆岩侵入煤层现象。沿2802工作面运输巷方向的地震时间剖面如图5所示，图中yj5处为揭露岩浆岩的位置，yj5右侧部分为正常煤层区域。

由图5可以看出，二2煤层反射波表现为双相位，上相位较连续、反射波能量较一般；下相位连续性好、能量较强。层位标定中，下相位为二2煤层构造发育的主要反射波，在主相位上，被岩浆岩侵入部分与正常煤层部分的反射波波形特征基本一致。在岩浆岩侵入煤层部位，煤层反射波的上相位频率变高、上下相位的时间差较大。

图4 勘探区联井剖面图

图5 2802工作面运输巷时间剖面图

二2煤层反射波属性平面图见图6。

图6 反射波属性平面图

反射波属性平面图如图6所示。从图6(a)中可以看出，岩浆岩侵入地段与正常煤层区域有一定的差异，其振幅能量减弱，能量值大小基本与断层带、资料品质较差区域的能量值一致，但断层带呈线条状，而岩浆岩侵入带与资料品质较差区域的形状不规则。资料品质较差区域形成的主要原因是地表障碍物的影响。通过炮检位置分布图可以进一步区分岩浆岩侵入体与资料品质变差区域。

由图6(b)可以看出，岩浆岩侵入地段与正常煤层区域差异较小。

4 地质成果

利用煤层反射波均方根振幅值、炮检位置关系、野外资料品质分布图、时间剖面上两个相位的相对时差值大小综合圈定了八采区二2煤层中的岩浆岩侵入煤层带2处，侵入带2在地震时间剖面中的反应如图7所示。其中，通过巷探揭露确定的岩浆岩侵入边界与地震资料解释边界吻合，另外一处有待进一步验证。

图7 岩浆岩侵入带2在地震时间剖面上的表现特征

5 结论

在无钻孔资料揭露岩浆岩侵入煤层范围的区域，不能有效应用反演方法来确定岩浆岩侵入煤层边界，但可以结合地震时间剖面上反射波(组)的特征变化、煤层反射波均方根振幅值、煤层反射波能量值大小、单炮记录品质分布图来确定岩浆岩侵入煤层范围，实际揭露验证效果较好。

[1] 朱书阶，陈青峰，何文欣.利用波阻抗反演技术确定岩浆岩侵入煤层范围[J].煤田地质与勘探，2003(1)

[2] 李仁海，崔若飞，毛欣荣等.利用岩性解释方法确定岩浆岩侵入煤层范围[J].地球物理学进展，2008(1)

[3] 钱进，崔若飞，陈同俊等.波阻抗反演预测煤层岩浆岩侵入范围[J].中国煤炭地质，2010(1)

[4] 刘俊杰,王彦春. 煤田数字高密度地震勘探的应用效果探析[J]. 中国煤炭,2013(1)

[5] 唐汉平.复杂地震地质条件下煤矿采空区三维地震勘探技术[J] .中国煤炭，2013(12)

[6] 介伟.地震属性技术在圈定岩浆侵入煤层范围的应用[J].中国煤炭地质，2014(9)

[7] 刘万金，崔凡，梁平.煤田三维地震勘探采集设计中的偏移孔径探讨[J].中国煤炭，2011(4)

[8] 汤红伟. 基于探采对比分析的三维地震资料精细解释方法探讨[J]. 中国煤炭，2017(4)

[9] 王远，崔若飞，秦轲.利用地震相分析方法圈定煤层变焦区[J].中国煤炭地质，2010(12)

(责任编辑 郭东芝)

Exploratoryresearchoninterpretationofmagmaticrockintrusionrangeincoalseambyusingseismicdata

Tang Hongwei

(Xi'an Research Institute, China Coal Technology & Engineering Group, Xi'an, Shaanxi 710077, China)

P631.4

A

汤红伟. 地震资料解释岩浆岩侵入煤层范围的探索研究[J]. 中国煤炭，2017，43(9)：35-38. Tang Hongwei.Exploratory research on interpretation of magmatic rock intrusion range in coal seam by using seismic data[J]. China Coal, 2017, 43(9):35-38.

汤红伟(1980-)，女，河南信阳人，博士，副研究员，毕业于煤炭科学研究总院西安研究院地球探测与信息技术专业，现在中国煤炭科工集团西安研究院从事地震勘探技术研究工作。