龙口矿区软岩煤系断裂构造地震地质特征研究

邹云超

(中煤科工集团 西安研究院有限公司，陕西 西安 710077)



地质与勘测

龙口矿区软岩煤系断裂构造地震地质特征研究

邹云超

(中煤科工集团 西安研究院有限公司，陕西 西安 710077)

[摘要]由于新生界煤田软岩地层地震地质构造特征与中生—古生代煤田地震地质特征的典型差异，根据龙口矿区北皂煤矿海域及临近采区三维地震勘探结果，分析总结了龙口矿区早第三纪软岩煤系断裂构造地震地质特征及规律。

[关键词]软岩煤系；构造特征；三维地震

以往煤田三维地震勘探的大量工作都是古生界石炭—二叠纪煤田或中生界侏罗纪煤田的资源勘探或矿井的采区勘探。山东省黄县煤田是我国少有的早第三纪煤田之一，龙口矿区北皂煤矿海域三维地震勘探区位于山东省黄县煤田西北隅，是黄县煤田延伸到渤海的一部分[1-2]。以往勘探工作揭示了黄县煤田区域构造的展布规律，由此分析得到的黄县煤田形成过程中的构造运动情况、盆地发生、发展过程、构造应力变迁过程可作为三维地震勘探资料解释思路的有效参考[3]。本文将三维地震勘探用于研究该矿区第三纪软岩煤系断裂构造的地质特征及规律，取得了一定的效果。

1地质与地球物理特征

1.1地层

北皂煤矿位于龙口向斜的北翼，地层整体呈走向近EW，向S倾斜的单斜构造，地层倾角一般小于15°。矿区区域地层简况如图1所示。由于矿区多数钻孔仅揭露早第三系煤4底板以上地层，且本文以煤系地震反射特征研究为主，故结合北皂矿区陆地、海域钻孔资料及区域地质资料，仅对早第三系以上地层自下而上详述。

图1　区域地层系统

(1)早第三系黄县盆地早第三系为五图群，角度不整合于下伏白垩系之上，被第四系覆盖。五图群为一套含煤和油页岩的碎屑岩，从下到上分为3个组：早期河流相粗碎屑沉积形成了下部的朱壁店组的一套杂色砂砾岩；中期地壳下沉，沉积环境为泥炭沼泽相，在湿润气象条件下沉积了以泥岩为主含油页岩、煤层的李家崖组；晚期下沉终止，沉积环境变为河湖相，沉积了细碎屑岩为代表的小楼组。李家崖组为主要含煤地层，平均厚122.99m，主要由钙质泥岩、泥岩、泥灰岩、砂岩、黏土岩、炭质泥岩、含油泥岩、煤和油页岩组成。

(2)第四系可划分为史家沟组、山前组、旭口组、临沂组和沂河组。主要由黏土、砂质黏土、黏土质砂、砂及砂砾层组成。

(3)含煤地层矿区早第三系五图群李家崖组为主要含煤地层，依据沉积特征、岩相旋回可分为上下两个含煤段。共含煤1、煤2、煤3、煤4四层煤，平均总厚度12.95m，含煤系数9.8%，可采及局部可采煤层共3层(煤1、煤2、煤4)，平均厚度11.62m，占全部煤层总厚度的91%，煤系基底为中生界白垩系。另外，上含煤段顶部泥灰岩呈灰白色—浅灰色，致密、坚硬，厚2.95～15.00m，平均10.37m，由南向北变薄，也是勘探区可靠稳定的对比标志层，该层对应的地震反射波同相轴可作为地震地质解释的标准层。

1.2地球物理特征

1.2.1地震地质条件

勘探区施工位置主要在海域，少量位于海岸，水深变化为0～15m。滩涂和陆上多流沙，成孔困难，激发条件较差。海域部分无低降速带影响，有利于地震波的激发与接收。

第四系与下伏第三系地层有较大的密度和速度差异，可形成明显的波阻抗界面，具备形成反射波的前提条件。由于第四系与下伏第三系地层呈角度不整合接触，且厚度不大，故第四系底界面反射波相对煤层反射波品质会有所下降。

早第三系纵向岩层物性变化明显，故深部反射层次丰富，深层地震地质条件优越。

1.2.2主要地震反射波及其特征[4]

(1)TQ波第四系底界面反射波，相对其他目的层反射波同相轴其能量较弱，其动力学特征于地震数据体横向上变化较大、稳定性较差。与下伏地层反射波同相轴的接触关系为角度不整合，TQ反射波同相轴双程时间约80ms，可作为第四系底界面起伏形态及第四系厚度解释的主要依据。

(2)Tg波与早第三纪煤系上部的标志层——泥灰岩的反射波对应，其信噪比较高，同相轴连续性好，在时间剖面上多表现为一强一弱两个相位，是煤系构造解释的标准层。

(3)T1波与煤1的反射波对应，能量较强且稳定，在时间剖面上表现为一个正相位。

(4)T2波与煤2的反射波对应，煤2反射波在地震时间剖面上一般表现为一强一弱两个，波形特征明显，波形稳定，能量强，连续性好，易于识别，全区可连续追踪。T2波是该区的主要标准波，是解释区内煤2赋存情况和构造的主要依据。T2波上距T1波约20～25ms。

(5)T4波对应于煤4层位的反射波，主要来自煤4以及煤4附近油页岩反射波的复合波，大部分连续性好，但信噪比偏低。T4波距T2波约70ms。

图2为主要反射波在时间剖面上的反映，图中从上至下依次为TQ波、Tg波、T`1波、T2波和T4波。

图2　主要反射波在地震时间剖面上的反映

2野外施工参数及成果分析

2.1野外施工参数

本文数据主要来源于北皂煤矿海域西翼三维地震勘探成果，该区三维地震勘探总体上为8线12炮制的束状规则观测系统。考虑到勘探区的南部、北西部目的层偏浅，因而排列长度和覆盖次数视目的层深度不同而有所调整，最终在工区不同位置采用3种观测系统参数施工，具体情况如表1所示。

表1　野外施工观测系统参数

2.2成果分析

根据北皂煤矿海域及其邻近区域的三维地震勘探结果，可知龙口矿区软岩煤系断裂构造的地震地质特征及规律如下：

(1)煤系断层走向以NE或NEE为主，其次为NW向，如图3所示，图中勘探边界内的虚线为煤层露头线，其他线条为断煤交线。

图3　北皂海域西翼勘探区煤2断层平面展布规律示意

(2)断层差长比大，延展长度小。此特征典型例证如图3所示，U字形的煤层缺失区是一个特殊地垒构造。该构造源于早喜马拉雅亚旋回的喜马拉雅运动第一幕，测区在近NW向挤压力的作用下，以煤层露头为支点，使得西南部成西向鼻状隆起，经历岩体塑变后应力释放并断裂(HF-2，HF-1)，断裂形成的地垒缓慢抬升后被风化剥蚀，在平面上呈U字型。

图4　图3平面图左下煤层剥蚀区情况示意

构成地垒的大断层在很短距离上尖灭、消失，地层构造由断层急剧变化为褶曲。图3中剥蚀区的放大情况如图4所示，图中HF-2，HF-1，HF-1A，HF-13断层，落差分别为：150m，150m，98m，60m。此现象发生的原因主要有：软岩对应力释放能量吸收快；构造形成时期上覆地层较小的压力；本区在构造形成过程中塑变应力分布状态也决定了落差大的断层尖灭快。如勘探区西南U形煤层剥蚀区两侧的HF-1和HF-2在断裂的同时，因U形底部应力特别集中，HF-1A和HF-13也迅速断裂，释放了HF-1和HF-2向东延展的断裂应力，所以HF-1和HF-2迅速尖灭。(3)断层上下落差变化大，常表现为上断下不断、下断上不断、上下不断中间断等断裂特征(图5、图6)。早第三系的成岩性差(或半成岩)，相对侏罗系或石炭—二叠系煤田的硬岩地层，在同样的受力状态下，软岩地层对力的吸收衰减能力强，断层的延展长度短。因此，在张力作用下，受力最大部位的地层会产生错断，而在切割方向上的其他部位的应力可能会迅速衰减、消失，所以软岩地层中常常发现上断下不断或上下不断中间断的现象。此现象在平面上还可以表现为同一条断层在不同地段断开的层位不相同，导致同一条断层在不同层位上的延伸长度不同。

图5　断层上下落差变化大(上下不断中间断)在地震时间剖面上的反映

图6　断层上下落差变化大(下断上不断)在地震时间剖面上的反映

(4)常见逆牵引现象[4]。这是正断层下降盘一侧的一种重力滑动构造。正断层下降盘(断层上盘)在拉张的机制下下滑时，由于水平距离不断加大，断面附近的岩层受重力作用而下落，弥合拉张形成的缝隙，从而使地层下垂，并形成与断层牵引方向相反的倾斜，即逆牵引现象(图7)。

图7　逆牵引现象在地震时间剖面上的反映

(5)龙口矿区地震勘探数据分辨率能够识别的断层均为正断层，无逆断层。龙口矿区近几十年开采过程中从未发现落差大于2m的逆断层，据此经验结合软岩地层力学性质推断地震勘探时间剖面上表现逆断层特征应解释为不同层位上的独立正断层。软岩地层受剪切力或推力的作用，地层倾向于产生形变，而不容易被逆向错断，因而在软岩地层中极少或不易产生逆断层。

3结论

龙口矿区煤系断裂和褶皱方面有许多特征是新生界煤田软岩地层所独有的，其特征与中生—古生代煤田构造地震地质特征存在明显差异，在地震勘探解释过程中应特别注意。

第三系的沉积与黄县煤田聚煤盆地的形成同时发生，聚煤盆地形成时间较晚，沉积物成岩程度低，此条件形成的软岩地层在受力变形过程中塑性表现较多，故软岩地层对力的吸收衰减能力强。这是新生界煤田软岩断裂构造具备的诸多地震地质特征及规律的重要前提。

通过三维地震勘探成果，并结合探采对比数据，证明此地震资料解释思路适用于龙口矿区，通过该方法能较好地分析煤系断裂构造的地质特征及规律。

[参考文献]

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[3]韩仁桥，王兰健.黄县煤田地质构造力学分析与研究[J].煤矿开采，2007，12(4)：12-13，28.

[4]李鹏飞.龙口矿区地震地质及构造特征的分析与研究[J].西部探矿工程，2013，25(3)：117-120，122.

[5] 贾克让.鲁东古近纪煤田含煤地层特征及找煤方向分析[J].中国煤炭地质，2010，22(S1)：1-3，28.

[6]胜利油田地球物理科技开发公司.北皂煤矿海域东一采区三维地震勘探报告[R].2004.

[7]煤炭科学研究总院西安研究院.北皂煤矿海域西翼三维地震勘探报告[R].2007.

[8]煤炭科学研究总院西安研究院.梁家西部海域三维地震勘探报告[R].2007.

[9]山东省第一地质矿产勘查院.山东省黄县煤田梁家煤矿西海域勘查报告[R].2008.

[10]山东省第一地质矿产勘查院.山东省黄县煤田北皂煤矿海域扩大区补充勘探报告[R].2008.

[11]龙口矿务局梁家煤矿.龙口矿务局梁家煤矿生产矿井地质报告[R].2002.

[责任编辑：施红霞]

Seismic Geological Characters of Fracture Tectonic in SoftCoal Measure Strata in Longkou Coal District

ZOU Yun-chao

(Xi’an Research Institute Co.，Ltd.，China Coal Technology & Engineering Group，Beijing 100013，China)

Abstract：As the typical difference of seismic geological tectonic characters in soft coal measurestrata between Cenozoic Group and Mesozoic-Paleozoic，based on 3D-seismic results of sea area of Beizao coal mine in Longkou coal district and nearby mining area，it analyzed and summarized the geological characters and law of fracture tectonic seismic in soft coal measure of the Paleogene period of Longkou coal district.

Keywords：soft coal measure；tectonic character；3D-seismic

[中图分类号]TD166；P631.4

[文献标识码]A

[文章编号]1006-6225(2016)01-0021-04

[作者简介]邹云超(1983-)，男，黑龙江哈尔滨人，助理研究员，研究方向为煤田地震勘探。

[基金项目]国家科技重大专项课题(2011ZX05040-002)

[收稿日期]2015-09-06

[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.01.005

[引用格式]邹云超.龙口矿区软岩煤系断裂构造地震地质特征研究[J].煤矿开采，2016，21(1)：21-24.