综合物探方法解决煤矿浅部异常构造问题

耿春明

（山东省煤田地质局物探测量队，山东 济南 255000）

沙吉海煤矿位于和什托洛盖煤田东段，在沙吉海煤浅部露头区，有大量的煤层火烧区域和以往矿井采煤遗留的采空区和小窑，需要进一步探明沙吉海煤矿二井田浅部露头区火烧区范围、采空区边界及积水情况，保证矿井的建设安全及便于开展下一步工作。

采用三维地震[1]和小道距、小炮距、密网度的二维地震测线结合钻孔、磁法等手段控制煤层的火烧和露头，地震结合电法探测测区内有无采空区[2]。

1 勘探区概况

勘探区位于准噶尔盆地西北缘和什托洛盖含煤盆地东段，地层分区划属西准噶尔分区玛依力山小区，大地构造分区划属准噶尔板块西准噶尔古生代弧盆系，和什托洛盖中新生代凹陷。井田内的煤层赋存于中侏罗统西山窑组（J2x）上、中、下三个含煤段中。井田内可采、局部可采煤层14层，煤层平均总厚26.06m。

1.1 地震地质条件

勘查区出露地层有中生界侏罗系西山窑组（J2x）、头屯河组（J2t）和新生界下古近系乌伦古河组（E2-3w）以及第四系（Q3-4pl）构成。本区无潜水面，区内分别由上更新统-全新统洪积层（Q3-4pl）和全新统洪积层（Q4pl）组成。前者在勘查区南部广泛分布，由砾石、砂、泥等构成，底部呈半胶结状态，表面被戈壁砾石覆盖；全新统洪积层断续分布在冲沟中，由混杂堆积的砂、砾石和少量黄土构成。测区北部砾石发育，浅层地震条件较差。

勘查区的主体为一走向北东的单斜构造形态，含煤岩组主要为西山窑组，八道湾组在本区内含少量煤层。区内钻孔揭露煤层赋存条件好，煤层埋深较适中，煤层顶底板物性差异明显的煤层附近，能形成以B132、B10和B6煤层为主的三组能量强的反射波，这是完成本次所承担的地质任务的基础。测区北部由于目的层浅，地形复杂以及火烧区等不利因素的影响，地震地质条件变得非常复杂。测区南部中深层地震地质条件较好。

1.2 磁性、电性特征

勘查区的火烧区与非火烧区的地球物理磁性差异比较大，产生了很强的磁场强度的反差，具备显著的磁法勘探的地球物理前提条件。

勘查区无潜水面，区内分别由上更新统-全新统洪积层（Q3-4pl）和全新统洪积层（Q4pl）组成。前者在勘查区南部广泛分布，由砾石、砂、泥等构成，底部呈半胶结状态，表面被戈壁砾石覆盖；全新统洪积层断续分布在冲沟中，由混杂堆积的砂、砾石和少量黄土构成，浅部未充水采空区一般为相对高阻反应，充水后一般呈相对低阻特征。

2 综合解释

2.1 地震资料的解释

三维地震资料解释用合成地震记录标定反射波地质属性，采用钻孔标定拟合速度进行空间归位，查明了B132煤层、B12煤层、B10煤层、B6煤层底板的起伏形态和赋存范围。

常规地震勘探难以得到很浅的煤层反射波，本次二维勘探采用小道距、小炮距的勘探方法，有效提高了地震资料的分辨率，使有效波得以从100ms提高至40ms，为煤矿浅部构造解释奠定了基础。

2.2 综合解释火烧区

本次高精度磁法工作区靠近北部露头区地表有烧变岩出露，该区磁异常资料受近地表烧变岩不均匀磁化、多层煤燃烧等因素影响，其ΔT曲线在剖面上呈多峰异常“锯齿状”跳跃形态，在平面或部分剖面上表现为多个异常中心。总体上中西部磁异常强度较大，异常明显，中东部磁异常强度较小。有时一个异常有多个强度很高的峰值，说明异常源磁性极不均匀，顶端出露或埋深不大，异常形态整体上多呈独立的突起[3]。

在全区ΔT值表现为，总体上中西部磁异常强度较大，异常明显，中东部磁异常强度较小，其主要磁源为烧变岩；各测线小号区域（远离煤层露头区域）ΔT值变化相对稍小，其以背景场值为主，其磁源为第四系和侏罗系沉积岩系。各ΔT磁测曲线一般表现为单峰特征，少数表现为多峰特征。剖面曲线均为北部负异常强，中间正异常强，局部梯度变化大，南部曲线接近0值。根据剖面曲线形态，结合地质特征，推断烧结岩体为有限延伸板状体，走向和倾向较稳定，绘制了ΔT磁异常综合剖面图。

为了对ΔT异常作出定量的推断，本次磁测选取通过各勘探线的典型ΔT磁测曲线，结合地震资料区地质特征，对火烧区的空间分布特征进行了综合分析（如图1所示）。图1上半部分为磁异常平面图，下半部分为地震资料平面图，两者结合，相互验证进行解释，提高解释精度。从图上可以明显看出，磁异常平面中的磁异常区域和地震平面圈出的火烧区域大致重合。通过地震剖面可以较清晰判别各煤层火烧情况。结合本区钻孔揭露情况，综合圈定了B9、B10、B11煤层火烧区分布范围[4]。

图1 （ΔT）磁异常剖面平面图及物探资料综合分析

2.3 综合解释采空区

利用地震方法解释采空区，由于煤层全部或部分采空，致使原来的反射机制被破坏，时间剖面上煤层反射波特征发生畸变，难以追踪和对比，以此判定采空区的范围。

图2 本区视电阻率拟断面图

图2为4260L线视电阻率拟断面图，从该断面图可以看出正常地层特征为向小号方向（南）倾，视电阻率变化规律与地层特征一致。780～900号测点位置800m标高附近视电阻率相对正常地电规律呈相对低阻反应，表现为次低阻特征。根据现场调查，该测线900号测点位置有巷道出露。综合地震资料和电法资料分析认为780～900号测点位置B12煤层被采空，采空区上部（北端、大号方向）坍塌，电阻率较高，因大气降水采空区内部部分充水，在断面图上表现为视电阻率呈次低阻特征。

3 综合物探解释成果

本次二维/三维地震勘探、电法和磁法勘探，资料处理解释方法先进，地震、电法、磁法勘探与钻探综合解释，取得了丰富的物探成果。

充分利用了已有的地质资料、井约束反演波阻抗技术、地震属性技术，圈定了B132煤层、B12煤层、B10煤层、B6煤层不可采边界，勾绘了B132煤层、B12煤层、B10煤层、B6煤层等厚线图。

控制了北部B11、B10、B9煤层火烧边界：结合钻探、地震资料，利用磁测典型剖面特征点等方法，通过对基点正常值和测点的实测读数比较，剖面平面图和平面等值线图上△T异常特征，综合圈定了B9、B10、B11煤层火烧区分布范围。利用地震和瞬变电磁法查明了B12煤层的隐伏采空区范围。

总上所述，本次二维/三维地震、电法和磁法勘探完成了各项地质任务。

4 结 论

综合物探方法科学综合磁法、电法、地震、测井等物理场信息，能较准确探测煤矿浅部构造，圈定出各煤层的火烧区边界，圈定出采空区范围，提高勘探的分辨率，使各煤层的储量计算更准确，为矿井设计及安全生产提供可靠的地质材料。