三維地震勘探數據體反演分析方法預測小斷層研究

王錦平

（鐵法煤業（集團）有限責任公司小青煤礦，遼寧 調兵山 112700）

1 前言

小青煤礦先后在西二、南二、東一、北二、南三等采區采用三維地震勘探技術補勘，通過勘探獲取許多新的斷層，而新的斷層又與原采區內的斷層區別較大，特別是落差5 m 以下小斷層。落差5 m以下小斷層在地震剖面上特征不明顯，因此分析預測的難度大，誤差也大。根據采、掘工作面實見落差5 m 以下小斷層情況，應用煤礦三維地震數據動態解釋系統對三維地震勘探數據體數據進行反演分析，預測小斷層發育情況對采掘工作面的影響，對回采工作面的設計、掘進、回采工作有著重要的指導作用。現以E1409 回采工作面為例說明三維地震勘探數據體反演方法預測分析小斷層。

2 E1409 工作面概況

2.1 工作面的范圍和鄰區關系

E1409 工作面位于東一采區北部西側，工作面西側為E1410 工作面，東側為E1408 工作面(已回采)，北部為東風井保安煤柱，南部為東一集中軌道運輸石門、東一專用回風石門、東一集中皮帶運輸石門。工作面走向長1278 m，傾向長165/230 m。

2.2 工作面內煤（巖）層及頂底板情況

（1）工作面煤層情況

E1409 工作面回采4-2 煤層，為復雜結構煤層，黑色，油脂、瀝青光澤。上部煤分層煤質較好，以亮型煤為主，中部煤分層為以泥巖為主的煤泥巖互層，下部分層是以煤為主的煤泥巖互層。煤層數一般在3～5 層，夾矸2～4 層，整個煤層結構復雜，煤質較差，內在灰分較高。煤層純煤厚度1.70～2.50 m，平均2.11 m；夾矸厚度0.20～0.65 m，平均0.39 m；煤層厚度1.90～3.15 m，平均2.50 m。

（2）工作面煤層頂底板情況

工作面頂板泥巖偽頂厚度0.15～1.20 m，平均0.52 m，水平層理，松軟易碎，易冒落，節理、裂隙發育。

直接頂為細砂巖，成分以石英、長石為主，厚度一般在5 m 左右，老頂是以粗砂巖、砂礫巖為主的砂巖互層。

煤層偽底為泥巖，厚度0.10～0.60 m，其下為粉砂巖。

2.3 工作面內煤（巖）層產狀及地質構造情況

工作面煤層為一寬緩單斜構造，煤層走向0°～35°，傾向270°～305°，煤層傾角最大12°，最小2°，平均3°。

工作面區域內的斷層共有14 條，其中落差大于5 m 大斷層有三條：FWE15、FWE112、F87，落差小于5 m 斷層有11 條：FWE115、FWE16、f409-1、f409-2、f409-3、f409-4、f409-5、f409-6、f409-7、f409-8、f409-9。斷層參數見表1

表1 工作面區域斷層一覽表

3 E1409 工作面小斷層預測與回采實見情況

3.1 E1409 工作面小斷層預測

根據E1409 工作面掘進實見FWE15 等小斷層情況，使用三維地震解釋系統對實見點數據進行反演分析，對回采工作面過小斷層區域進行重新解釋預測。

FWE15 斷層：三維地震勘探確定斷層走向5°～15°，傾向275°～285°，傾角65°～75°，落差0～6 m。該斷層在E1409 回風聯絡巷A1 測點前1.1 m 實見，斷層走向1°，傾向271°，傾角41°，落差2 m。A1 測點前8.4 m 實見該斷層，實見點斷層走向14°，傾向284°，傾角33°，落差0.8 m（見圖1）。

通過對E1409 工作面多條實見小斷層的反演解釋，確定以下小斷層解釋原則：

（1）小層斷由于落差較小，在地震剖面時間軸部扭動不明顯。時間軸扭動明顯的，斷層落差一般大于5 m；時間軸無明顯扭動的斷層落差在2 m以下。

（2）地震剖面上小斷層一般表現在振幅值（Amp）的變化上。當振幅值的變化誤差在5%以下時，可不作解釋；振幅值的變化超過10%時，可以解釋為構造變化。

（3）地震剖面上鄰近位置波形無變化，而目的層（煤層）波形有異常變化，可以作為預測構造的依據，反之也可。

圖1 FWE15 斷層實見點素描及地震剖面

3.2 E1409 工作面FWE16 小斷層預測及回采實見

（1）E1409 工作面內小斷層預測

根據反演解釋確定的小斷層解釋原則，對E1409 工作面內的FWE16、FWE115、FWE15 斷層進行了重新解釋，分析走向延伸長度、落差，預測其對回采工作的影響程度。以FWE16 斷層為例，在斷層延伸范圍內，平行E1409 工作面開切眼每隔10 m剖一條地震剖面。地震剖面見圖2。

通過重新對小斷層解釋分析，確定：

① FWE16 斷層在地震剖面上異常顯現存在，且時間軸扭動差達6 ms，斷層位置煤層波形振幅變化超過10%，延伸長度與地震勘探報告基本相符，預計其存在，且落差要大于4 m。

② FWE115斷層在地震剖面上異常顯現不明顯，該斷層可能為一局部煤層褶曲。

③ FWE15 斷層在地震剖面上異常顯現存在，時間軸扭動不明顯，斷層位置煤層波形振幅變化超過10%，預計其落差要小，其延伸長度也要小于地震勘探報告提供長度。

（2）E1409 工作面內小斷層實見

小斷層回采實見情況見圖2。

① FWE115 回采至可見范圍時未實見該斷層，僅在斷層實見范圍煤層局部發育有小褶曲。

② FWE15 斷層工作面回采1240 m 處實見，落差1.3 m，比報告提供延伸長度短150 m。

③ FWE16 工作面回采660 m 處，實見FWE16 斷層（比報告提供位置提前30 m）。斷層實見區域煤層為一小背斜軸部位置，斷層為沿背斜軸部發育的雁行排列的2 條斷層。同時該區域還發育2 條與FWE16 斷層傾向相反的伴生小斷層，最大落差1.7 m。在E1409 工作面生產過程中，該斷層一直跟隨工作面推進，其落差最小0.8 m，最大7～8 m，給采煤工作造成較大困難。受斷層影響，工作面全巖區域最大時達36 m，最小時6 m 全巖。

圖2 FWE15、FWE16 斷層重新解釋地震剖面及斷層實點素描圖

4 結論

（1）小斷層解釋受地質構造復雜程度的影響較大，構造復雜區域小斷層解釋難度加大，預測誤差變大，解釋時應參考區域地質構造條件進行分析。FWE16 所在區域地質條件較復雜，該區域除發育有斷層外，還發育有1 條背斜褶曲，導致在地震剖面上該區域煤層波形變化大，給解釋增加了難度。

（2）小斷層分析解釋要進行差長比統計，通過對不同采區小斷層差長比統計分析，找出規律性，可減小斷層預報誤差。

（3）小斷層的分析解釋工作應分采區專人負責，不同采區煤巖層巖、構造應力、褶曲發育等地質條件均有不同，這些條件的變化對小斷層的解釋都會造成影響。

（4）反演解釋結果在實見地質資料少時誤差大，但通過基礎地質資料的大量積累可以降低該方法的誤差。

綜上所述，通過以東一采區E1409 工作面為例，使用三維地震勘探數據體反演分析方法，反演分析數據體實見點處地震剖面上的特征，分析解釋小斷層走向延伸長度、落差，預測其對回采工作的影響程度。經過采掘實踐驗證，其具有可行性。