三維地震勘探在井田地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)研究中的應(yīng)用

孫 浩

(黑龍江省煤田地質(zhì)物測(cè)隊(duì)，哈爾濱150001)

探測(cè)區(qū)隸屬于山西省陽(yáng)泉市，位于太行山北段西側(cè)劉備山的南麓，由于地殼長(zhǎng)期上升，侵蝕基準(zhǔn)面下降，切割較深，溝谷縱橫，地形陡峻，形成了較為復(fù)雜的中低山地貌。探測(cè)區(qū)施工范圍內(nèi)最高點(diǎn)在東北部，最高點(diǎn)標(biāo)高1370 m;最低點(diǎn)在測(cè)區(qū)西南部，最低點(diǎn)標(biāo)高1140m，相對(duì)高差230m。地表大部分基巖出露，局部覆蓋有第四系黃土，約占探測(cè)區(qū)的1/4，導(dǎo)致大部分區(qū)域車輛無(wú)法進(jìn)入，人員行走困難，給施工帶來(lái)一定難度。

1．地球物理特征

1．1 表層地震地質(zhì)條件

勘探區(qū)為一典型的低山山區(qū)地貌，溝谷縱橫，梁垣陡立，高差變化較大，最大相對(duì)高差達(dá)230m，除極少部分地段較平緩?fù)猓溆嗖课桓卟钇鸱^大，一般坡度為30°。地面坡度的變化，嚴(yán)重破壞了常規(guī)地震勘探所依托的水平觀測(cè)面的前提，不僅使反射波雙曲線形狀發(fā)生畸變，還造成反射點(diǎn)的離散。如此復(fù)雜的地形條件，不僅給測(cè)線布設(shè)、野外施工帶來(lái)相當(dāng)大的困難，而且給靜校正參數(shù)測(cè)定及資料處理增加了難度。區(qū)內(nèi)交通困難，道路少而窄，行車條件差，不利于機(jī)械化施工。表層地震地質(zhì)條件差。

1．2 淺層地震地質(zhì)條件

本區(qū)淺層地層結(jié)構(gòu)就巖性而言，主要分為三種類型:

(1)黃土覆蓋區(qū)。面積占全區(qū)的25%，主要分布于山脊及兩側(cè)的平臺(tái)、斜坡上，厚度一般小于10m，巖性以含砂黏土和黏土為主，不含水，波速極低。

(2)坡積物區(qū)。滑坡區(qū)2處，堆積厚度不詳，極為松散，對(duì)地震波的激發(fā)與接收不利。

(3)基巖出露區(qū)。占全區(qū)面積的75%左右，巖性主要為含石英砂巖，巖石堅(jiān)硬。

復(fù)雜多變的淺層地層結(jié)構(gòu)對(duì)地震波的激發(fā)、接收均十分不利，極易產(chǎn)生較強(qiáng)的面波和聲波干擾。淺層地震地質(zhì)條件差。

1．3 深層地震地質(zhì)條件

本次勘探的主要目的層是3#、15#煤層。3#煤層埋藏深度在470m～620m，15#煤層埋藏深度在600m～750m。煤層沉積穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傾角較小。煤層的速度與密度與上下圍巖有較大差異，是較好的波阻抗界面，可形成連續(xù)對(duì)比追蹤的反射波，且區(qū)內(nèi)局部可采的 6#、8#、9#上、9#下、12#等煤層也可形成較為連續(xù)的反射波，可以作為輔助相位進(jìn)行追蹤對(duì)比解釋。本區(qū)深層地震地質(zhì)條件良好，也為圓滿完成本次勘探任務(wù)打下良好的地質(zhì)基礎(chǔ)。

總體上看，本區(qū)表淺層地震地質(zhì)條件復(fù)雜，深層地震地質(zhì)條件良好。綜合評(píng)價(jià)，本區(qū)屬于地震地質(zhì)條件較復(fù)雜的地區(qū)。

2．施工方法

試驗(yàn)是確定合理施工參數(shù)，指導(dǎo)野外生產(chǎn)的唯一方法，根據(jù)本次勘探所承擔(dān)的地質(zhì)任務(wù)，并結(jié)合工區(qū)的表、淺層地震地質(zhì)條件和深層地震地質(zhì)條件，制定了系統(tǒng)的試驗(yàn)方案，有針對(duì)性地進(jìn)行試驗(yàn)工作，通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)選出適合本區(qū)的最佳的施工采集參數(shù)。

試驗(yàn)內(nèi)容包括:波場(chǎng)調(diào)查;激發(fā)因素試驗(yàn)，包括井深、藥量;接收因素試驗(yàn)，主要為檢波器組合試驗(yàn);儀器因素主要是前放增益試驗(yàn)。

表層調(diào)查工作:由于工區(qū)內(nèi)地形起伏較大，且部分地段被黃土所覆蓋，因此地表結(jié)構(gòu)及速度變化對(duì)地震勘探成果有一定的影響。而本工區(qū)解釋精度要求較高，這就要求必須進(jìn)行表層結(jié)構(gòu)調(diào)查，使靜校正量的求取更加準(zhǔn)確。此外，還要通過(guò)表層調(diào)查來(lái)進(jìn)一步指導(dǎo)激發(fā)井深的選擇。本區(qū)表層調(diào)查所用的方法是小折射。

依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及以往相似地區(qū)的施工經(jīng)驗(yàn)，確定本區(qū)施工方法:觀測(cè)系統(tǒng)采用8線5炮束狀，800道接收，疊加次數(shù)20次，采樣間隔0．5ms。

3．地質(zhì)成果

本區(qū)三維地震探測(cè)區(qū)面積5．00km2，滿20次覆蓋面積為5．71km2。全區(qū)完成總工程量為3970個(gè)物理點(diǎn)，其中試驗(yàn)物理點(diǎn)23個(gè);表層調(diào)查物理點(diǎn)8個(gè)，生產(chǎn)物理點(diǎn)3939個(gè)。

在施工過(guò)程中，嚴(yán)格控制變觀，使得覆蓋次數(shù)在測(cè)區(qū)內(nèi)分布較均勻，從本區(qū)采集的原始單炮記錄看，全區(qū)資料質(zhì)量較好，信噪比較高，主要反射層反射波能量強(qiáng)，為資料處理打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，主要反射層反射波連續(xù)性較好，整體形態(tài)和構(gòu)造反映清晰。

本次三維地震勘探對(duì)探測(cè)區(qū)內(nèi)3#、8#、15#煤層中褶幅大于5m的撓曲進(jìn)行了控制，解釋撓曲3個(gè);對(duì)勘探區(qū)內(nèi)斷層和陷落柱進(jìn)行了控制，全區(qū)總共解釋9條斷層，陷落柱13個(gè);本次三維地震勘探發(fā)現(xiàn)物探異常區(qū)3處。

3．1 褶曲控制

勘探區(qū)內(nèi)構(gòu)造比較復(fù)雜，通過(guò)地震資料的全面揭示，地層間的微小起伏全部反映出來(lái)，勘探區(qū)構(gòu)造形態(tài)北部為S1、S3背斜和S2、S4向斜所控制，南部為S5背斜和S6向斜所控制，局部發(fā)育有一些小的褶曲。本次共解釋波幅大于10m的褶曲6個(gè)，分別命名為S1背斜、S2向斜、S3背斜、S4向斜、S5背斜和S6向斜。現(xiàn)就各個(gè)褶曲分述如下:

(1)S1背斜

位于測(cè)區(qū)西部，軸向NW，向西北方向延伸至工區(qū)外，兩翼不對(duì)稱，區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度1400m左右，最大褶幅約48m。

(2)S2向斜

位于測(cè)區(qū)西北部，軸向NW，兩翼不對(duì)稱，兩翼傾角較緩，一般在3°～8°，向北部延伸至工區(qū)外，區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度約940m，在測(cè)區(qū)內(nèi)最大褶幅約48m。

(3)S3背斜

位于測(cè)區(qū)北部，軸向NWW到NEE，向北部延伸至工區(qū)外，兩翼傾角較緩，一般在5°左右，區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度840m左右，最大褶幅約16m。

(4)S4向斜

位于測(cè)區(qū)東部，軸向NW，兩翼基本對(duì)稱，傾角較陡，一般在10°～14°，向東部延伸至工區(qū)外，區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度900m左右，在測(cè)區(qū)內(nèi)最大褶幅約50m。

(5)S5背斜

位于測(cè)區(qū)東部，軸向NNE，向東部延伸至工區(qū)外，兩翼傾角較緩，一般在7°左右，區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度660m左右，最大褶幅約24m。

(6)S6向斜

位于測(cè)區(qū)東南部，軸向近EW，兩翼不對(duì)稱，傾角較緩，一般在4°～8°，向東部延伸至工區(qū)外，區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度930m左右，在測(cè)區(qū)內(nèi)最大褶幅約10m。

3．2 斷層控制

測(cè)區(qū)內(nèi)資料解釋主要使用5m×5m×1ms網(wǎng)格的三維偏移地震數(shù)據(jù)體。在地震時(shí)間剖面上對(duì)斷點(diǎn)進(jìn)行了評(píng)級(jí)。解釋中充分利用解釋工作站提供的自動(dòng)追蹤、局部放大、多種剖面顯示、多種切片顯示、三維數(shù)據(jù)體等功能，對(duì)斷層進(jìn)行了嚴(yán)格控制。

根據(jù)《煤炭煤層氣地震勘探規(guī)范》有關(guān)規(guī)定，本次三維地震勘探斷層共解釋斷點(diǎn)22個(gè)，其中A級(jí)斷點(diǎn)11個(gè)，占50．00%，B級(jí)斷點(diǎn)9個(gè)，占40．91%，C級(jí)斷點(diǎn) 2個(gè)，占 9．09%，A+B級(jí) 20個(gè)，占90．91%。22個(gè)斷點(diǎn)全部用于斷層組合，共組合斷層9條，分述如下。

(1)DF1斷層:正斷層，位于測(cè)區(qū)東南部，區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度122m，走向近 SN，傾向 E，傾角64°左右，發(fā)育在3#、8#、15#煤層和奧灰層中，最大落差6m，控制程度屬較可靠斷層。

(2)DF2斷層:正斷層，位于測(cè)區(qū)東南部，區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度164m，走向近SN，傾向W，傾角66°左右，發(fā)育在3#和8#煤層中，最大落差5m。綜合分析該斷層控制程度屬較可靠斷層。

(3)DF3斷層:逆斷層，位于測(cè)區(qū)西部，大部分在勘探區(qū)控制邊界外，區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度僅20m，走向NNE，傾向SEE，傾角49°左右，發(fā)育在15#煤層和奧灰層中，最大落差5m，該斷層屬控制程度較可靠斷層。

(4)DF4斷層:正斷層，位于測(cè)區(qū)中部，區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度140m，走向近EW，傾向S，傾角79°左右，發(fā)育在3#、8#、15#煤層和奧灰層中，最大落差8m，該斷層控制程度屬可靠斷層。

(5)DF5斷層:正斷層，位于測(cè)區(qū)東部，區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度170m，走向NEE，傾向NNW，傾角77°左右，僅發(fā)育在3#、8#、15#煤層和奧灰層中，最大落差11m，該斷層屬可靠斷層。

(6)DF6斷層:逆斷層，位于測(cè)區(qū)西北部，區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度260m，走向 NNE，傾向 SEE，傾角68°左右，發(fā)育在15#煤層和奧灰層中，最大落差15m，該斷層控制程度屬可靠斷層。

(7)DF7斷層:正斷層，位于測(cè)區(qū)西北部，區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度46m，走向NNE，傾向SSE，傾角60°左右，發(fā)育在3#煤層中，最大落差約3m，該斷層屬控制程度較差斷層。

(8)DF8斷層:正斷層，位于南北測(cè)區(qū)之間，測(cè)區(qū)之外，延伸長(zhǎng)度94m，走向NEE，傾向NNW，傾角72°左右，發(fā)育在各煤層以及奧會(huì)中，最大落差約4m，該斷層控制程度因在區(qū)外未予評(píng)價(jià)。

(9)DF9斷層:逆斷層，位于測(cè)區(qū)南部之外，延伸長(zhǎng)度160m，走向 NNE，傾向 SEE，傾角 40°左右，發(fā)育在15#煤層中，最大落差約6m，該斷層控制程度因在區(qū)外未予評(píng)價(jià)。

3．3 陷落柱控制

根據(jù)《煤炭煤層氣地震勘探規(guī)范》有關(guān)規(guī)定，參照斷層的斷點(diǎn)評(píng)級(jí)規(guī)定，按40m×80m的網(wǎng)度對(duì)陷落柱的斷陷點(diǎn)進(jìn)行了評(píng)級(jí)，且保證陷落柱在每個(gè)方向上參與評(píng)級(jí)的斷陷點(diǎn)至少達(dá)到2個(gè)，不足2個(gè)斷陷點(diǎn)的進(jìn)行內(nèi)插加密，總共有47個(gè)斷陷點(diǎn)參與了評(píng)級(jí)，結(jié)果如下:

A級(jí)斷陷點(diǎn)27個(gè)，占57．45%;B級(jí)斷陷點(diǎn)14個(gè)，占29．78%;C級(jí)斷陷點(diǎn)6個(gè)，占12．77%;A+B級(jí)斷陷點(diǎn)41個(gè)，占87．23%。

全區(qū)共解釋13個(gè)陷落柱，現(xiàn)分述如下:

(1)X1陷落柱:位于勘探區(qū)東南部，為不規(guī)則形，在15#煤中長(zhǎng)軸長(zhǎng)112m，短軸長(zhǎng)76m，屬于可靠陷落柱。

(2)X2陷落柱:位于勘探區(qū)西部，為不規(guī)則形，在15#煤中長(zhǎng)軸長(zhǎng)98m，短軸長(zhǎng)60m，屬于較可靠陷落柱。

(3)X3陷落柱:位于勘探區(qū)西北部，為近橢圓形，在15#煤中長(zhǎng)軸長(zhǎng)72m，短軸長(zhǎng)42m，屬于可靠陷落柱。

(4)X4陷落柱:位于勘探區(qū)東北部，為不規(guī)則形，在15#煤中長(zhǎng)軸長(zhǎng)120m，短軸長(zhǎng)50m，屬于較可靠陷落柱。

(5)X5陷落柱:位于勘探區(qū)東北部，為長(zhǎng)條形，在15#煤中長(zhǎng)軸長(zhǎng)182m，短軸長(zhǎng)88m，屬于可靠陷落柱。

(6)X6陷落柱:位于勘探區(qū)東北部，為不規(guī)則形，在15#煤中長(zhǎng)軸長(zhǎng)108m，短軸長(zhǎng)50m，屬于可靠陷落柱。

(7)X7陷落柱:位于勘探區(qū)東北部，為近橢圓形，只15#煤陷落，在15#煤中長(zhǎng)軸長(zhǎng)60m，短軸長(zhǎng)32m，屬于控制程度較差陷落柱。

(8)X8陷落柱:位于勘探區(qū)北部，近圓形，在15#煤中長(zhǎng)軸長(zhǎng)110m，短軸長(zhǎng)80m，控制程度屬于可靠陷落柱。

(9)X9陷落柱:位于勘探區(qū)西北角，為不規(guī)則形，在15#煤中長(zhǎng)軸長(zhǎng)54m，短軸長(zhǎng)32m，屬于控制程度較差陷落柱。

(10)X10陷落柱:位于勘探區(qū)東部，為不規(guī)則形，在15#煤中長(zhǎng)軸長(zhǎng)160m，短軸長(zhǎng)80m，因其絕大部分在測(cè)區(qū)外，可靠程度未予評(píng)價(jià)。

(11)X11陷落柱:位于勘探區(qū)東部，為不規(guī)則形，在15#煤中長(zhǎng)軸長(zhǎng)112m，短軸長(zhǎng)45m，屬于可靠陷落柱。

(12)X12陷落柱:位于勘探區(qū)西北部，為不規(guī)則形，在15#煤中長(zhǎng)軸長(zhǎng)67m，短軸長(zhǎng)53m，屬于較可靠陷落柱。

(13)X13陷落柱:位于勘探區(qū)西北部，為不規(guī)則形，在15#煤中長(zhǎng)軸長(zhǎng)64m，短軸長(zhǎng)50m，屬于可靠陷落柱。

3．4 對(duì)撓曲的控制

本次三維地震解釋工作中，在測(cè)區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)3個(gè)撓曲，撓曲在時(shí)間剖面上的特征為對(duì)應(yīng)反射波同向軸扭曲。現(xiàn)分別描述如下:

(1)NQ1:位于測(cè)區(qū)西北部，在時(shí)間剖面上的反映為同向軸扭曲，發(fā)育在15#煤層中，見圖1。

(2)NQ2:位于測(cè)區(qū)西北部，在時(shí)間剖面上的反映為同向軸扭曲，發(fā)育在8#和15#煤層中，見圖2。

(3)NQ3:位于測(cè)區(qū)東北部，在時(shí)間剖面上的反映為同向軸扭曲，發(fā)育在15#煤層中，見圖3。

3．5 物探異常區(qū)的圈定

在本次解釋工作中，在測(cè)區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)3處地震異常。這3處異常在均方根振幅屬性切片中反映清晰，另外，在異常區(qū)中對(duì)應(yīng)的地震反射波能量、頻率、連續(xù)性等發(fā)生變化。

(1)YC1:位于測(cè)區(qū)中北部，近橢圓形。對(duì)應(yīng)反射波同向軸扭曲、錯(cuò)斷和凹陷。可能是小陷落柱或是小斷層，該處異常僅根據(jù)其地震資料很難判斷其性質(zhì)，因此我們將其解釋為物探異常區(qū)。如圖4，圖5所示。

(2)YC2:位于測(cè)區(qū)中北部，近橢圓形。對(duì)應(yīng)反射波同向軸扭曲，有可能是撓曲或小斷層，也不排除小陷落柱的可能，該處異常僅根據(jù)其地震資料很難判斷其性質(zhì)，因此我們將其解釋為物探異常區(qū)。見圖5，圖6。

(3)YC3:位于測(cè)區(qū)西北部，呈不規(guī)則形。對(duì)應(yīng)反射波同向軸扭曲、凹陷，推斷該異常區(qū)是撓曲或小陷落柱的可能性比較大。見圖5，圖7。

4．結(jié)論

本次三維地震勘探，從設(shè)計(jì)、試驗(yàn)到資料處理和解釋，每一環(huán)節(jié)都進(jìn)行了充分論證和嚴(yán)格把關(guān)，較好地完成了其所承擔(dān)的地質(zhì)任務(wù)，從而為本區(qū)以后的礦井開發(fā)建設(shè)提供了較為可靠的地質(zhì)資料。

［1］于謙．三維地震勘探技術(shù)在宋新莊井田中的應(yīng)用［J］．中國(guó)煤碳地質(zhì)，2011(2)．

［2］吳發(fā)紅，許萍，宮仕昌．三維地震勘探技術(shù)在渦北煤礦地質(zhì)探測(cè)中的應(yīng)用［J］．陜西煤碳，2009(6)．

［3］韓洪濤．黃土覆蓋較厚山區(qū)三維地震勘探的應(yīng)用［J］．煤碳技術(shù)，2011(4)．

［4］馬義忠．泌陽(yáng)凹陷高精度三維地震勘探技術(shù)研究與應(yīng)用［D］．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2009．

［5］程建遠(yuǎn)，張廣忠，胡繼武．黃土塬區(qū)的三維地震勘探技術(shù)［J］．中國(guó)煤田地質(zhì)，2004(6)．