基于三維地震勘探技術對煤層賦存形態、構造及水文地質

王志剛

摘 要：為查明陽泉煤業（集團）有限責任公司五礦五采區東、西部煤層賦存形態和影響煤層開采的構造及水文地質情況，并認真分析研究本區的地表地形條件以及地下地質條件，細致研究了測區及鄰區的各種已知地質資料，在充分掌握了這些情況后，根據甲方提供的三維地震勘探設計方案進行了本次三維地震勘探工作。

關鍵詞：三維地震勘探；煤層賦存形態；構造及水文地質引言

五礦五采區勘查區，位于沁水煤田東北邊緣，行政區劃隸屬于陽泉市管轄。勘探區內地形復雜，山高谷深。地勢呈南北高，中部低。區內地形高差大，屬中低山區。本次三維地震勘探的地質任務是：（1）圈定勘探區內的物探異常區，并對異常區做出定性解釋。（2）查明勘探區內長軸直徑大于20m的陷落柱，平面誤差不大于15m。（3）查明、控制勘探區內8#、15#煤層埋深及起伏形態，編制出基本等高距為2m的煤層底板等高線圖，標高相對誤差不大于1.5%。（4）查明勘探區內落差大于5m的斷層，解釋出落差大于3m的斷點，查明斷層在8#、15#煤層中的性質、落差、延伸方向和范圍。要求斷層平面擺動誤差不大于15m。（5）查明勘探區內8#、15#煤層中褶幅大于5m的撓曲；基本查明煤層傾角大于15度的區段，其平面控制誤差不大于15m。（6）圈定奧灰頂界面起伏形態，編制等高距為5m的頂面高程等值線圖。（7）探測15#煤層與奧陶系灰巖頂界面之間的厚度，厚度誤差不超過5 m；并編制出等厚距為2m的等厚線圖。（8）資料處理解釋階段增加屬性體處理解釋（包括方差、相干、譜分解、振幅、能量、主頻、相位數據體），每種數據體包括沿煤層的順層切片及沿煤層附近的時間切片。

1 地層

1.1 區域地層

本井田位于沁水盆地東北邊緣，按地層區劃屬于華北地層區山西分區陽泉小區，地層走向北西南東，傾向南西。區域內除志留系、泥盆系、白堊系沉積缺失外，二疊系、三疊系、石炭系、奧陶系、寒武系地層，均有不同厚度的沉積。從東向西寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系等地層地表均有出露，第四系、第三系不整合覆蓋于各時代地層之上。

1.2 井田地層

本井田位于沁水盆地東北邊緣，地層走向北西南東，傾向南西。由東向西出露地層由老到新。本井田東部區外大面積出露奧陶系地層；石炭系本溪組、太原組、二疊系山西組地層分布零星；二疊系石盒子組地層廣泛分布，二疊系石千峰組，三疊系劉家溝組地層出露于本井田西緣；新生界覆于各個時代基巖之上。

2 區內構造

勘探區西部地層總體為一軸向北北東向背斜構造，背斜軸的兩翼為向斜構造，背斜軸的北部有一褶曲發育，地層傾角一般在4-10°之間。從已知的15#煤層底板等高線圖上看，區內推斷陷落柱較多。

勘探區的東部地層總體為一單斜構造，走向近北東東，傾向近北西，地層傾角4°-6°之間，傾角最大地段位于鉆孔5-101的附近達到24°。從已知的15#煤層底板等高線圖上看，區內推斷陷落柱一個，斷層一條。

3 地震地質條件

3.1 表層地震地質條件

勘探區大部為基巖裸露區，地形復雜，溝谷縱橫，地形相對高差較大，此外，區內交通困難，道路較窄，行車條件差，不利于機械化施工，表層地震地質條件差。

3.2 淺層地震地質條件

本區淺層地層結構就巖性而言，主要分為四種類型：（1）黃土覆蓋區。（2）基巖出露區：分布于測區的大部。（3）風化巖區：在泥巖或泥質含量較高的巖石出露地段風化程度較高，風化層較厚。風化巖約占全區分的30%。（4）坡積物區：主要分布在山脊兩側，厚度不等，通過現場鉆孔施工了解一般在2-5m。約占全區面積的10%左右。復雜多變的淺層地層結構對地震波的激發、接收均不利。淺層地震地質條件差。

3.3 深層地震地質條件

本次勘探的主要目的層是15#煤層。15#煤層速度與密度與上下圍巖有較大差異，15#煤層形成的反射波能量強，信噪比高、連續性好，全區發育比較穩定，均能連續追蹤。8#煤層形成的反射波能量相對較強，連續性較好，部分地段不穩定，但可以連續追蹤。奧灰頂界面形成的反射波大部分地段較好，可以進行追蹤對比解釋。本區深層地震地質條件良好，為圓滿完成本次勘探任務打下良好的地質基礎。

4 地震資料解釋

三維地震數據體所反映的地質信息十分豐富，資料解釋主要包括以下幾個方面：地震地質層位的標定、地震反射波的對比及解釋、地震資料的地質解釋、解釋后所得相關資料圖件的制作。

5 地質成果

本次三維地震勘探進一步控制了8#煤層、15#煤層及奧灰頂界面的埋藏深度和起伏形態，編制了8#煤層、15#煤層的底板等高線圖、奧灰頂界面等高線圖和地震地質剖面圖、15#煤層至奧灰頂界面厚度變化趨勢圖。全區總共解釋了24條斷層，其中正斷層19條，逆斷層5條，東、西兩區總體以三條延展長度較長的逆斷層為主，斷層走向以NE向和NNE向為主，少數斷層為NW向。全區共查出陷落柱37個，西部區發育有31個陷落柱；東部區發育6個陷落柱。其中西部區的東南及東北部發育比較集中；東部區的中部發育比較集中。陷落柱按長軸長度分類，陷落柱長軸在200m以上的有2個，其他的陷落柱長軸在27-200m之間。

本次三維地震勘探所獲成果如下：（1）本次三維地震勘探控制面積為3.93km2（其中西部區控制面積3.15km2，東區不控制面積0.78km2）。完成生產線束11束（其中西部區7束，東部區4束）；完成總物理點3124個，其中試驗物理點75個，表層調查點16個，完成生產物理點3033張，甲級品2052張，占67.66%，乙級品981張，占32.34%，空炮28個，占0.92%。（2）參加時間剖面品質抽查評級（40m×80m）的剖面長151.56km，Ⅰ類剖面長度為：119.37km，Ⅱ類剖面長度為：30.91km，Ⅲ類剖面長度為：1.28km。Ⅰ+Ⅱ類剖面長度為：150.28km，占評級剖面長度的99.16%。（3）本次三維地震勘探按《煤炭煤層氣地震勘探規范》共解釋斷點138個，其中A級斷點111個，占80.43%，B級斷點23個，占16.67%，C級斷點4個，占2.9%，A+B級134個，占97.1%。組合斷層24條。按斷層的性質劃分，有正斷層19條，逆斷層5條。按斷層的可靠程度劃分，可靠斷層12條，較可靠斷層10條，控制程度較差斷層2條。按斷層的落差劃分，落差在0～5m的斷層7條，落差在5～10m的斷層7條，落差大于10m的斷層有10條。（4）控制了8#煤層和15#煤層的賦存深度和起伏形態；并查明了8#煤層傾角大于15°的區段4處、15#煤層傾角大于15°的區段4處。（5）對8#和15#煤層中發育的陷落柱進行了控制，全區共解釋斷陷點142個，其中A級斷陷點91個，占64.09%；B級斷陷點50個，占35.21%；C級斷陷點1個，占0.7%。組合陷落柱37個，其中可靠陷落柱21個，較可靠陷落柱15個，控制程度較差陷落柱1個。（6）初步查明了勘探區內15#煤層至奧灰頂界面的厚度及變化趨勢。（7）解釋了異常區6處，其中8#煤層發育的異常區5個，15#煤層發育的異常區1個。（8）勘探內解釋了3個較寬的撓曲條帶，本次共解釋撓曲26條，其中8#煤層發育有7條，15#煤層發育有19條。（9）定性的推斷解釋了8#煤層和15#煤層厚度變化趨勢圖。

6 結束語

本次三維地震勘探，從設計、試驗到資料處理和解釋，每一環節都進行了充分論證和嚴格把關。在有關人員的共同努力下，于2012年8月完成了報告的編制工作，在整個報告提交過程中，我們本著物探與地質相結合；定性解釋與定量解釋相結合的原則，本著由粗到細、由淺入深、由表及里、由易到難、由已知到未知的工作方法，本著嚴謹求實、精益求精，并對甲方負責的態度，對資料進行深入細致地分析和研究，利用現有資料，盡量提高解釋精度，最大程度地滿足礦區開采的需要。