地震勘探建模與研究在山西長治某礦區的應用

周 南 李 鵬 張淼鑫 呂 繼

（石家莊經濟學院，河北 石家莊 050031）

山西長治及附近地區尚未存在區域三維地質地球物理模型，必須根據已有的研究成果，建立該煤礦及其鄰區的深、淺部三維構造模型[1-3]。解決煤田勘探中的地質問題，包括煤系地層的埋深、起伏變化、斷裂展布、煤層厚度以及可能存在的災害地質問題。

1 區域地質背景

本區域廣為第四系黃土所覆蓋，僅在局部地帶有二疊系下石盒子組、山西組零星出露地表，北界文王山地壘有中奧陶世峰峰組出露地表。本區域主要含煤地層位于二疊系下統的山西組和石炭系上統太原組。漳村井田位于潞安礦區中部東緣，地層總體呈一走向NS、傾向W的單斜構造，地層傾角一般為3°～7°，井田北部局部受文王山南斷層引起的拖曳影響，地層走向由NS轉為NEE向，傾向NNW，傾角可達15°左右。井田內主要斷層為北部的文王山南斷層及其派生的斷層，走向NEE向。褶皺多為一些近EW～NEE向的寬緩波狀起伏，北部由文王山南斷層引起的拖曳褶曲較為緊密。區內陷落柱比較發育，有多個規模較大的陷落柱。本井田范圍內無巖漿巖侵入。

2 三維地震剖面構造精細解釋

在煤田三維地震資料解釋中，準確解釋斷層、陷落柱十分重要。因此，三維地震資料需要利用計算機進行精細構造解釋。

2.1 本區三維地震數據體

2.2 斷層解釋

本次三維地震勘探共解釋斷層15條，其中新發現斷層14條,全部為正斷層。斷層編號采用自西向東、自南向北的原則，為避免和以往資料斷層編號重復，本次新發現斷層編號以DF冠名，修訂斷層與原來位置基本重合的仍采用原編號。

勘探區內北部受文王山南斷層的影響，斷層走向以近EW向為主，測區南北斷層以走向SN為主。

按斷層落差大小劃分，落差≥5m的10條，落差<5m的斷層4條；按斷層控制程度劃分（只對落差≥5m的進行了評價），可靠斷層2條，較可靠斷層6條，控制程度較差斷層2條（應該說明的是，地震勘探中斷層可靠程度是根據斷層斷點在時間剖面顯示情況劃分的，對所確定的可靠斷層其實際位置、落差等仍會存在一定的誤差）。現將區內能反映本勘探區特點的斷層情況簡述如下：

1）DF8 正斷層

位于勘探區中西部,走向NNW～NW,傾向SWW～SW，傾角約66°,延伸長度約500m，落差為0～12m。該斷層由ILN492～576及XLN214～266時間剖面控制，錯斷3#、15#煤層。評價煤層斷點11個，其中A級斷點7個，B級斷點3個，C級斷點1個，為可靠斷層。

2）DF9 正斷層

位于測區東北部,走向EW,傾向N，傾角約65°，延伸長度約120m，落差為0～3m。該斷層由XLN384～402時間剖面控制。共評價煤層斷點3個，其中B級斷點2個，C級斷點1個，斷層落差小于5米，未對斷層可靠程度進行評價。

2.3 陷落柱解釋

陷落柱是可溶性巖層在地下水強徑流作用下，經過漫長的歷史時期，被溶蝕形成空洞、孔隙或裂隙，隨著溶蝕作用加強，孔洞不斷增多、擴大，最終受重力和構造力影響，導致上部巖層失去支撐，垮塌陷落而形成的一種特殊地質構造。

本次三維地震勘探區內共解釋陷落柱8個，都為新發現陷落柱。陷落柱編號采用自西向東、自南向北的原則，本次新發現陷落柱編號以DX冠名，編號從DX1～DX8。

按陷落柱控制程度級別劃分，可靠陷落柱3個，較可靠陷落柱5個。按陷落煤層分，陷落全部煤層3#～15#的有7個，僅陷落15#煤層的有1個。現將本區內能反映本區特點的陷落柱情況簡述如下：

位于測區中部，近似圓形，在勘探區內3#煤層中直徑160m，陷落面積約20855m2。由ILN480～520及XLN362～386時間剖面控制，共評價陷落點9個，其中A級陷落點5個，B級陷落點4個，為可靠陷落柱。

2.4 褶曲的解釋

褶曲在三維數據體上比較容易識別，其在時間剖面上一般表現為反射波同相軸下凹、上凸；在時間水平切片上表現為反射波等時線走向發生彎曲，曲率越大，則褶曲越緊閉，曲率越小，則褶曲越開闊。

3 第四系厚度及其變化

本次三維地震勘探基本查明了區內第四系厚度，繪制了第四系等厚線圖。資料表明，本區第四系厚度變化較大，厚度變化范圍在0～60m之間，平均厚度30m左右，區內第四系最厚處在測區的南部漳-88孔以西200m附近（厚約60m）,最薄處在中部近東西橫貫測區的沖溝中，厚度小于5m，其中在溝里不同部位有零星基巖露頭。

4 煤層賦存深度及形態

區內3#煤層的總體構造形態為一走向NS、傾向W的單斜構造，在單斜構造上發育有規模大小不等的起伏，地層傾角一般為3°～7°，井田北部局部受文王山南斷層引起的拖曳影響，煤層走向由NS轉為NEE向，傾向NNW，傾角可達15°左右。井田內主要斷層為北部的文王山南斷層及其派生的斷層，走向NEE向。

區內3#煤層底板標高變化較大，在370～530m之間，煤層賦存最淺部位于勘探區東部邊界附近，底板標高值為530m。最深部位于勘探區北部文王山南斷層測區內中段附近，煤層底板標高370m（見下圖）。

5 撓曲

撓曲和斷層有很大的相似性，地震資料兩者不容易分別，特別是小斷層和撓曲，更不容易分別，因此本區解釋了一些小斷層，沒有解釋撓曲。

6 勘探前后構造對比

三維地震勘探后，對勘探區內目的層地質構造的控制程度有了很大提高，對3#煤層和15#煤層賦存狀態和構造發育情況進行了精細控制，從3#煤層構造對比圖可以看出，其總體形態與三維地震勘探前基本一致。但新發現斷層、陷落柱較多，且對原有斷層進行了修改，具體對比情況如下：

6.1 修訂斷層1條

本次三維地震勘探對原文王山南斷層（編號為F—wwsn）做了進一步控制，測區內斷層上盤和3#煤層交線東段位置和原位置移動不大，但西段向南偏移。其它要素變化不大。

6.2 新發現斷層14條

本次三維地震勘探新發現斷層共14條。其中錯斷3#煤層和15#煤層的斷層4條，只錯斷3#煤層的斷層5條，只錯斷15#煤層的斷層5條。

6.3 新發現陷落柱8個

三維地震勘探前區內沒有已知陷落柱，測區外圍東南邊界附近有一個陷落柱（X8），本次三維地震勘探新發現陷落柱8個。

6.4 解釋15#煤層反射波異常區1處

本次三維地震勘探解釋15#煤層反射波異常區1處，位于勘探區西部邊界附近漳-86孔西北200m附近。

6.5 測區的西部中間部位，原煤層底板為向向西傾斜的單斜，勘探后為一走向近南北，褶幅近20m的向斜。

7 結語

三維地震資料具有數據量大、信息豐富、空間分辨率高等特點。基于這些特點，用三維地震數據構建地質模型能夠比較準確反映勘探區內地質構造特征，為綜采設計及安全生產提供更可靠的地質依據。

但是，由于地震資料處理技術的局限，在煤田地質資料解釋中，關于小斷層 （通常指斷距小于10m的斷層或在地震上接近地震分辨率(λ/4)的斷層）的解釋還不能達到較精確的程度，對陷落柱的解釋還是存在爭議。

對于建立更加精確的地質模型，只有大量研究前人地質成果，運用綜合勘探技術，降低單一勘探技術的多解性，提高勘探目標的勘探精度和勘探數據處理技術。

［1］煤炭三維地質建模信息系統的研制及關鍵技術[J].煤炭學報，2011,36（7）：1117-1123.

［2］劉軍旗，毛小平.礦產資源勘查定量化表達的集成模式與關鍵技術[J].地球科學：中國地質大學學報，2009，34(2):375-381.

［3］姜在炳.煤層動態建模技術及應用[J].煤炭學報，2006，31(1):40-44.