三維地震勘探在天然焦解釋中的研究與應用

鄒起陽，李武斐

（河南省地球物理空間信息研究院，河南鄭州450009）

為查明河南某煤礦煤層底板及天然焦發育情況，進行了三維地震勘探。本文結合三維地震勘查成果，解釋了勘探區的斷層發育情況、煤層底板起伏以及天然焦發育的范圍等，為進一步布設煤礦探礦工程提供可靠的依據。

該勘探區位于河南省商丘地區永城市。屬于黃淮沖積平原中部，地勢平坦，第四系全新統亞砂土夾粘土廣泛分布，松散沉積物厚度穩定，地貌類型屬堆積地形。

1 勘探區地質概況

1.1 地層

在區域地層劃分上屬華北地層區魯西分區徐州小區，該井田為新生界所掩蓋，鉆孔揭露地層自下而上為：奧陶系、石炭系、二疊系、第三系和第四系。

二2煤層為本區主要可采煤層，賦存于山西組中部，煤層頂板巖性以砂質泥巖為主，其余為砂巖和粉砂巖；底部大部分為泥巖和砂質泥巖。大部分見可采煤層，部分斷失或見天然焦和風化剝蝕。煤層厚度0.90~5.09m，平均2.67m。受巖漿侵入、斷層、河流沖刷等影響有所變化，有局部變薄或增厚現象。

1.2 區域構造

永夏煤田位于華北板塊內魯西南隆起與華北坳陷東部交界處的永城斷隆，基地構造為東西向的褶皺和平行軸向的壓性斷裂，后期受東部敥斷裂的影響非常強烈。區內以北北東—北東向構造次之，近東西向及北西向構造次之，并伴有燕山期的巖漿活動。本區屬于嵩（箕）徐（淮）東西向隆起帶東部的伸展型構造區，區內構造以斷裂為主，褶皺次之。

永城復背斜為區內的一級構造，是永城礦區的主要控煤構造，軸向近南北，軸部多為寒武—奧陶系地層，伴有巖漿活動。兩翼地層走向和軸向基本一致，地層傾角10°~20°，東翼較西翼陡，近南北向和北北東向次一級褶曲較發育。

該研究區煤礦位于永夏煤田東部，褶曲發育，地層傾角約10°，局部受褶曲影響傾角變大，褶區加斷層為本區的基本構造特點。構造復雜程度為較復雜（圖1）。

圖1 勘探區構造綱要圖

2 三維地震數據采集

2.1 地震地質條件

（1）地表條件。勘探區位于豫東平原，地形區劃屬黃淮海沖積平原，地勢平坦，全區被第四系全新統砂質粘土所覆蓋，地勢平坦，地面標高為+32~+36m，基本為耕地，溝坎較少，勘探區內鄉村道路縱橫，交通方便，有利于地震勘探野外施工，但勘探區內村莊較多，有些面積相當大，還有魚塘、經濟作物等給地震勘探工作帶來較大的困難。

（2）淺層地震地質條件?？碧絽^由第三系、第四系地層所覆蓋，潛水位7~8m左右，其下粘土及砂質粘土發育，具有良好的激發條件，淺層地震地質條件較好。

（3）深層地震地質條件。本次地震勘探的主要目的層有兩個：新生界底界面、二2煤。新生界底界面多為粘土、砂質粘土、粉砂和砂，速度與密度較低，下伏基巖多為二疊系的泥巖、砂巖、泥砂巖等，具有速度與密度高的特點，兩套地層存在明顯的波阻抗差異，具有形成反射波的良好條件，在人工波場作用下可產生與該界面對應的反射波。二2煤層位于二煤組中部，厚度穩定，結構簡單，具有速度低、密度低的特點，與高速度、高密度圍巖（泥巖、砂質泥巖）相比具有顯著的波阻抗差異，具有形成強反射波的良好條件，在人工波場作用下可產生波形穩定、能量強便于連續對比追蹤的反射波，有1~2個相位組成，稱之為T2波。

2.2 三維地震觀測系統

根據地震勘探規范要求結合現有資料的分析，煤層走向近北東東，觀測系統設計測線采用近北西西向布設。

選擇10線8炮制規則線束狀三維觀測系統，它在每一個CDP點上各疊加道方向特性和炮檢距分布較均勻，有利于提高信噪比。

采集參數：覆蓋次數16次，接收線距40m，接收道距10m，橫向炮點距20m，CDP網格：5m×10m。

3 三維地震資料解釋

3.1 構造解釋

共解釋斷層12條（表1）。12條均為正斷層，部分斷層落差較大，最大可達245m。所解釋的落差大于或等于50m的斷層2條，大于或等于10m小于50m的斷層4條，大于或等于5m小于10m的斷層1條，小于5m的斷層4條。

表1 三維地震解釋斷層特征一覽表

3.2 煤層底板形態

勘探區二2煤層總體形態為一單斜形態，煤層傾角在13°~22°。大部分傾角在13°~17°之間。在勘探區的西北部，由于受到斷層的影響，二2煤層角度相對較大，可達22°。二2煤的埋深總體上西北部淺，最淺部底板值為-375m。由于受到斷層的影響，煤層底板向東南部越來越深,最深部底板值為-1020m。

3.3 天然焦的識別

3.3.1 天然焦的成因分析

井田巖漿巖巖性以花崗巖—花崗斑巖類、閃長巖—閃長玢巖類、輝長巖—輝綠巖類，酸性至基性均有，種類繁多。其空間展布和形態特征受華力西晚期和燕山晚期兩期構造運動控制。巖漿巖活動區以石盒子組和山西組地層為主要侵入對象，對礦區內煤系地層、煤層和煤質均有影響，對井田的水文地質條件也有影響。

從井田侵入體分布情況可以看出，巖漿體以侵入石盒子組和山西組地層為主，使其二2煤層大面積變為天然焦。對煤層、煤質影響較大。

在已知鉆孔中，有多個孔穿見巖漿巖，從基性巖到酸性巖類均有發現。巖漿巖的侵入，對本區的礦產資源影響較大，各類巖漿巖均對煤層起穿插、吞蝕等破壞作用，并將接觸帶附近的煤烘烤變質成天然焦，大大降低了煤炭資源的利用價值。在本次勘探區內鉆孔中，山西組僅西部4601孔穿見巖漿巖，巖體穿插位置為二2煤層，受其影響本孔二2煤層下部烘烤變質為天然焦。另4301孔因附近熱液影響，二2煤層存在弱變質現象。

3.3.2 天然焦的地震反射特征及范圍

由于天然焦與煤層在反射波上存在較大差異，煤層經過焦化后，密度變低，使強振幅的煤層反射波發生改變。這為三維地震勘探識別天然焦提供了理論基礎。

在本次三維地震勘探中，在地震剖面上表現為二2煤反射波突然中斷，凌亂或不正常錯斷。在振幅切片上，表現為低振幅、能量弱的特征。依據此特征，對巖漿巖侵入范圍進行了圈定。同時勘探區鉆孔3609二2煤下部見天然焦（圖2），對于天然焦的反射特征也進行了驗證。

圖2 天然焦在時間剖面上的特征

4 結論

根據井田的地質特征，通過地質、物探、鉆探、測井等資料綜合分析，圈定了勘探區天然焦的范圍?？碧絽^二2煤受巖漿侵入影響，天然焦范圍主要在勘探區東南部。通過三維地震勘探圈定了天然焦的范圍，為后續的采掘工作提供了依據。對井田開發建設，具有明顯的意義。