三维地震勘探在井田地质构造探测研究中的应用

孙 浩

(黑龙江省煤田地质物测队，哈尔滨150001)

探测区隶属于山西省阳泉市，位于太行山北段西侧刘备山的南麓，由于地壳长期上升，侵蚀基准面下降，切割较深，沟谷纵横，地形陡峻，形成了较为复杂的中低山地貌。探测区施工范围内最高点在东北部，最高点标高1370 m;最低点在测区西南部，最低点标高1140m，相对高差230m。地表大部分基岩出露，局部覆盖有第四系黄土，约占探测区的1/4，导致大部分区域车辆无法进入，人员行走困难，给施工带来一定难度。

1．地球物理特征

1．1 表层地震地质条件

勘探区为一典型的低山山区地貌，沟谷纵横，梁垣陡立，高差变化较大，最大相对高差达230m，除极少部分地段较平缓外，其余部位高差起伏较大，一般坡度为30°。地面坡度的变化，严重破坏了常规地震勘探所依托的水平观测面的前提，不仅使反射波双曲线形状发生畸变，还造成反射点的离散。如此复杂的地形条件，不仅给测线布设、野外施工带来相当大的困难，而且给静校正参数测定及资料处理增加了难度。区内交通困难，道路少而窄，行车条件差，不利于机械化施工。表层地震地质条件差。

1．2 浅层地震地质条件

本区浅层地层结构就岩性而言，主要分为三种类型:

(1)黄土覆盖区。面积占全区的25%，主要分布于山脊及两侧的平台、斜坡上，厚度一般小于10m，岩性以含砂黏土和黏土为主，不含水，波速极低。

(2)坡积物区。滑坡区2处，堆积厚度不详，极为松散，对地震波的激发与接收不利。

(3)基岩出露区。占全区面积的75%左右，岩性主要为含石英砂岩，岩石坚硬。

复杂多变的浅层地层结构对地震波的激发、接收均十分不利，极易产生较强的面波和声波干扰。浅层地震地质条件差。

1．3 深层地震地质条件

本次勘探的主要目的层是3#、15#煤层。3#煤层埋藏深度在470m～620m，15#煤层埋藏深度在600m～750m。煤层沉积稳定，结构简单，倾角较小。煤层的速度与密度与上下围岩有较大差异，是较好的波阻抗界面，可形成连续对比追踪的反射波，且区内局部可采的 6#、8#、9#上、9#下、12#等煤层也可形成较为连续的反射波，可以作为辅助相位进行追踪对比解释。本区深层地震地质条件良好，也为圆满完成本次勘探任务打下良好的地质基础。

总体上看，本区表浅层地震地质条件复杂，深层地震地质条件良好。综合评价，本区属于地震地质条件较复杂的地区。

2．施工方法

试验是确定合理施工参数，指导野外生产的唯一方法，根据本次勘探所承担的地质任务，并结合工区的表、浅层地震地质条件和深层地震地质条件，制定了系统的试验方案，有针对性地进行试验工作，通过试验优选出适合本区的最佳的施工采集参数。

试验内容包括:波场调查;激发因素试验，包括井深、药量;接收因素试验，主要为检波器组合试验;仪器因素主要是前放增益试验。

表层调查工作:由于工区内地形起伏较大，且部分地段被黄土所覆盖，因此地表结构及速度变化对地震勘探成果有一定的影响。而本工区解释精度要求较高，这就要求必须进行表层结构调查，使静校正量的求取更加准确。此外，还要通过表层调查来进一步指导激发井深的选择。本区表层调查所用的方法是小折射。

依据试验结果及以往相似地区的施工经验，确定本区施工方法:观测系统采用8线5炮束状，800道接收，叠加次数20次，采样间隔0．5ms。

3．地质成果

本区三维地震探测区面积5．00km2，满20次覆盖面积为5．71km2。全区完成总工程量为3970个物理点，其中试验物理点23个;表层调查物理点8个，生产物理点3939个。

在施工过程中，严格控制变观，使得覆盖次数在测区内分布较均匀，从本区采集的原始单炮记录看，全区资料质量较好，信噪比较高，主要反射层反射波能量强，为资料处理打下了坚实的基础，主要反射层反射波连续性较好，整体形态和构造反映清晰。

本次三维地震勘探对探测区内3#、8#、15#煤层中褶幅大于5m的挠曲进行了控制，解释挠曲3个;对勘探区内断层和陷落柱进行了控制，全区总共解释9条断层，陷落柱13个;本次三维地震勘探发现物探异常区3处。

3．1 褶曲控制

勘探区内构造比较复杂，通过地震资料的全面揭示，地层间的微小起伏全部反映出来，勘探区构造形态北部为S1、S3背斜和S2、S4向斜所控制，南部为S5背斜和S6向斜所控制，局部发育有一些小的褶曲。本次共解释波幅大于10m的褶曲6个，分别命名为S1背斜、S2向斜、S3背斜、S4向斜、S5背斜和S6向斜。现就各个褶曲分述如下:

(1)S1背斜

位于测区西部，轴向NW，向西北方向延伸至工区外，两翼不对称，区内延伸长度1400m左右，最大褶幅约48m。

(2)S2向斜

位于测区西北部，轴向NW，两翼不对称，两翼倾角较缓，一般在3°～8°，向北部延伸至工区外，区内延伸长度约940m，在测区内最大褶幅约48m。

(3)S3背斜

位于测区北部，轴向NWW到NEE，向北部延伸至工区外，两翼倾角较缓，一般在5°左右，区内延伸长度840m左右，最大褶幅约16m。

(4)S4向斜

位于测区东部，轴向NW，两翼基本对称，倾角较陡，一般在10°～14°，向东部延伸至工区外，区内延伸长度900m左右，在测区内最大褶幅约50m。

(5)S5背斜

位于测区东部，轴向NNE，向东部延伸至工区外，两翼倾角较缓，一般在7°左右，区内延伸长度660m左右，最大褶幅约24m。

(6)S6向斜

位于测区东南部，轴向近EW，两翼不对称，倾角较缓，一般在4°～8°，向东部延伸至工区外，区内延伸长度930m左右，在测区内最大褶幅约10m。

3．2 断层控制

测区内资料解释主要使用5m×5m×1ms网格的三维偏移地震数据体。在地震时间剖面上对断点进行了评级。解释中充分利用解释工作站提供的自动追踪、局部放大、多种剖面显示、多种切片显示、三维数据体等功能，对断层进行了严格控制。

根据《煤炭煤层气地震勘探规范》有关规定，本次三维地震勘探断层共解释断点22个，其中A级断点11个，占50．00%，B级断点9个，占40．91%，C级断点 2个，占 9．09%，A+B级 20个，占90．91%。22个断点全部用于断层组合，共组合断层9条，分述如下。

(1)DF1断层:正断层，位于测区东南部，区内延伸长度122m，走向近 SN，倾向 E，倾角64°左右，发育在3#、8#、15#煤层和奥灰层中，最大落差6m，控制程度属较可靠断层。

(2)DF2断层:正断层，位于测区东南部，区内延伸长度164m，走向近SN，倾向W，倾角66°左右，发育在3#和8#煤层中，最大落差5m。综合分析该断层控制程度属较可靠断层。

(3)DF3断层:逆断层，位于测区西部，大部分在勘探区控制边界外，区内延伸长度仅20m，走向NNE，倾向SEE，倾角49°左右，发育在15#煤层和奥灰层中，最大落差5m，该断层属控制程度较可靠断层。

(4)DF4断层:正断层，位于测区中部，区内延伸长度140m，走向近EW，倾向S，倾角79°左右，发育在3#、8#、15#煤层和奥灰层中，最大落差8m，该断层控制程度属可靠断层。

(5)DF5断层:正断层，位于测区东部，区内延伸长度170m，走向NEE，倾向NNW，倾角77°左右，仅发育在3#、8#、15#煤层和奥灰层中，最大落差11m，该断层属可靠断层。

(6)DF6断层:逆断层，位于测区西北部，区内延伸长度260m，走向 NNE，倾向 SEE，倾角68°左右，发育在15#煤层和奥灰层中，最大落差15m，该断层控制程度属可靠断层。

(7)DF7断层:正断层，位于测区西北部，区内延伸长度46m，走向NNE，倾向SSE，倾角60°左右，发育在3#煤层中，最大落差约3m，该断层属控制程度较差断层。

(8)DF8断层:正断层，位于南北测区之间，测区之外，延伸长度94m，走向NEE，倾向NNW，倾角72°左右，发育在各煤层以及奥会中，最大落差约4m，该断层控制程度因在区外未予评价。

(9)DF9断层:逆断层，位于测区南部之外，延伸长度160m，走向 NNE，倾向 SEE，倾角 40°左右，发育在15#煤层中，最大落差约6m，该断层控制程度因在区外未予评价。

3．3 陷落柱控制

根据《煤炭煤层气地震勘探规范》有关规定，参照断层的断点评级规定，按40m×80m的网度对陷落柱的断陷点进行了评级，且保证陷落柱在每个方向上参与评级的断陷点至少达到2个，不足2个断陷点的进行内插加密，总共有47个断陷点参与了评级，结果如下:

A级断陷点27个，占57．45%;B级断陷点14个，占29．78%;C级断陷点6个，占12．77%;A+B级断陷点41个，占87．23%。

全区共解释13个陷落柱，现分述如下:

(1)X1陷落柱:位于勘探区东南部，为不规则形，在15#煤中长轴长112m，短轴长76m，属于可靠陷落柱。

(2)X2陷落柱:位于勘探区西部，为不规则形，在15#煤中长轴长98m，短轴长60m，属于较可靠陷落柱。

(3)X3陷落柱:位于勘探区西北部，为近椭圆形，在15#煤中长轴长72m，短轴长42m，属于可靠陷落柱。

(4)X4陷落柱:位于勘探区东北部，为不规则形，在15#煤中长轴长120m，短轴长50m，属于较可靠陷落柱。

(5)X5陷落柱:位于勘探区东北部，为长条形，在15#煤中长轴长182m，短轴长88m，属于可靠陷落柱。

(6)X6陷落柱:位于勘探区东北部，为不规则形，在15#煤中长轴长108m，短轴长50m，属于可靠陷落柱。

(7)X7陷落柱:位于勘探区东北部，为近椭圆形，只15#煤陷落，在15#煤中长轴长60m，短轴长32m，属于控制程度较差陷落柱。

(8)X8陷落柱:位于勘探区北部，近圆形，在15#煤中长轴长110m，短轴长80m，控制程度属于可靠陷落柱。

(9)X9陷落柱:位于勘探区西北角，为不规则形，在15#煤中长轴长54m，短轴长32m，属于控制程度较差陷落柱。

(10)X10陷落柱:位于勘探区东部，为不规则形，在15#煤中长轴长160m，短轴长80m，因其绝大部分在测区外，可靠程度未予评价。

(11)X11陷落柱:位于勘探区东部，为不规则形，在15#煤中长轴长112m，短轴长45m，属于可靠陷落柱。

(12)X12陷落柱:位于勘探区西北部，为不规则形，在15#煤中长轴长67m，短轴长53m，属于较可靠陷落柱。

(13)X13陷落柱:位于勘探区西北部，为不规则形，在15#煤中长轴长64m，短轴长50m，属于可靠陷落柱。

3．4 对挠曲的控制

本次三维地震解释工作中，在测区内共发现3个挠曲，挠曲在时间剖面上的特征为对应反射波同向轴扭曲。现分别描述如下:

(1)NQ1:位于测区西北部，在时间剖面上的反映为同向轴扭曲，发育在15#煤层中，见图1。

(2)NQ2:位于测区西北部，在时间剖面上的反映为同向轴扭曲，发育在8#和15#煤层中，见图2。

(3)NQ3:位于测区东北部，在时间剖面上的反映为同向轴扭曲，发育在15#煤层中，见图3。

3．5 物探异常区的圈定

在本次解释工作中，在测区内共发现3处地震异常。这3处异常在均方根振幅属性切片中反映清晰，另外，在异常区中对应的地震反射波能量、频率、连续性等发生变化。

(1)YC1:位于测区中北部，近椭圆形。对应反射波同向轴扭曲、错断和凹陷。可能是小陷落柱或是小断层，该处异常仅根据其地震资料很难判断其性质，因此我们将其解释为物探异常区。如图4，图5所示。

(2)YC2:位于测区中北部，近椭圆形。对应反射波同向轴扭曲，有可能是挠曲或小断层，也不排除小陷落柱的可能，该处异常仅根据其地震资料很难判断其性质，因此我们将其解释为物探异常区。见图5，图6。

(3)YC3:位于测区西北部，呈不规则形。对应反射波同向轴扭曲、凹陷，推断该异常区是挠曲或小陷落柱的可能性比较大。见图5，图7。

4．结论

本次三维地震勘探，从设计、试验到资料处理和解释，每一环节都进行了充分论证和严格把关，较好地完成了其所承担的地质任务，从而为本区以后的矿井开发建设提供了较为可靠的地质资料。

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［2］吴发红，许萍，宫仕昌．三维地震勘探技术在涡北煤矿地质探测中的应用［J］．陕西煤碳，2009(6)．

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［4］马义忠．泌阳凹陷高精度三维地震勘探技术研究与应用［D］．中国地质大学，2009．

［5］程建远，张广忠，胡继武．黄土塬区的三维地震勘探技术［J］．中国煤田地质，2004(6)．