地震勘探在伊川程子沟一带找煤中的应用

宋 凯,蔡兰花,郭 佳，杜婉怡

(河南省航空物探遥感中心,郑州 450053)

1 项目概况

勘查区地处箕山西端,属箕山山系,地貌为低山丘陵区,海拔多在300 m～500 m,相对高差小于200 m。区内出露的地层主要为新近系洛阳组和三叠系下统刘家沟、和尚沟组、中统二马营组和上统椿树腰组,次为二叠系上统石千峰组,新近系大安组及第四系全新统。该区东南暴雨山井田出露有寒武系中统毛庄组、徐庄组、张夏组,上统崮山组及含煤、铁、铝、粘土矿岩系的石炭系上统本溪组、太原组及二叠系下统山西组、下石盒子组,上统上石盒子组和石千峰组[1]。地层总体走向北东东向(50°～55°),倾向北西,倾角15°～26°。

该区位于区域性近东西向的颖阳—大金店向斜西端南翼,其北面为北西向的杨店断层,南面临近东西向的纸房断层,东面临近北西向的大郭沟平移断层,四者构成了该区区域构造的基本格局。区内褶皱构造不发育,地层基本呈北西缓倾的单斜构造,地表未见断裂,未见侵入岩浆活动产物。

该区主要可采煤层为二1煤,全区可采,位于二叠系山西组下部,层位稳定,顶板为砂质页岩,底板为砂质泥岩、砂质页岩,区内埋藏深度800 m～1 500 m,平均厚度3.91 m～4.65 m,最厚15.90 m～18.96 m,煤层结构简单,为本次寻找的主要煤层。

2 地震地质条件

勘查区属低山丘陵区,地势东南高西北低,海拔标高245.3 m～764.8 m,地形起伏明显。特别是勘查区东南部地形起伏剧烈,局部地段在一个接收排列内,地形可出现两三次大的起伏,在不到300 m的距离内,高差可达近百米。地表多为农田,多呈台阶状,面积大小不等。区内浅部主要为新近系、第四系地层,岩性为浅黄色粉土质亚粘土、紫红色粘土,部分区段土中含有卵石、碎石,大部分区域有钙质结核层。第四系厚度分布不均,岩性不一,变化无常,规律难寻，北部有少部分三叠系基岩出露,局部存在很薄的覆土或碎石层。因此,区内浅部地震地质条件特别复杂。区内深部地层呈单斜构造,目的层二1煤层埋藏深度南东小、北西大,倾角15°～22°,煤单层厚度3.91 m～4.65 m,最厚18.96 m,但沿走向及倾向均有较大的变化,局部可形成较厚煤层,煤层与其顶底板围岩存在较大的波阻抗差异,是很好的反射界面。因此,深层地震地质条件尚好。

3 工作方法

3.1 工程布置

全区布置主测线9条,联络线2条,剖面总长44 km。主测线大致垂直于地层走向,方位角约为318°左右,线距1 km～2 km;联络测线与主测线垂直,方位角约为48°。由于区内冲沟发育,为了减少丢炮,在规范允许范围内,施工时对设计测线的位置与方位有所变动,测线位置如图1所示。

图1 测网布置及构造示意图Fig.1 Layout and structure of measuring network

3.2 施工参数选择

施工参数的确定通过试验选择,依据的原则是:确保目的层反射波有较好的质量,干扰波得到较好的压制,并有利于提高水平叠加效果。根据勘查区的浅层地震地质条件,正式施工前,首先布置了试验工作,进行了干扰波调查、激发药量、井深试验。

根据试验结果采集参数确定为:道距20 m,炮距20 m,偏移距60 m,60—96道接收,单边或中间放炮;双井组合井中激发,井深1.5 m～2.0 m,药量1.0 kg～1.5 kg;记录长度2 s,采样间隔1 ms,全频带接收,前放增益12 db,每道2串2并4个检波器,沿测线以线性组合方式埋置,组内距1.5 m,组合基距4.5 m;当地形倾斜时,检波器沿等高线放置，特殊地点无法按组合要求放置时,则采用堆放。

上述选定的采集参数,在生产过程中随时进行质量监控,以确定所选参数对不同地段的适应性。

4 资料处理及质量评价

勘查区主要采用的资料处理技术有：①认真做好炮、道编辑；②使用振幅恢复，叠前地表一致性反褶积，均衡深部反射波的能量，提高反射波的分辨率[2]；③速度谱与自动剩余静校正进行迭代处理，取得较好的速度谱，然后进行多次速度拾取，保证选取正确的叠加速度；④使用有限差分偏移进行叠后偏移。通过多次处理试验，确定的处理流程如图2所示。

图2 资料处理流程图Fig.2 Data processing diagram

本次共完成二维地震勘探主测线9条,联络线2条,地震剖面长度44.95 km,物理点1 957个。经验收评价生产记录甲级率占55.84%,乙级率占44.09%,废品率占0.07%,总合格率为99.93%,满足规范和设计要求。对剖面的评价结果Ⅰ类剖面占68.7%,Ⅱ类剖面占15.8%,Ⅲ类剖面占15.6%,Ⅰ、Ⅱ类合计占84.4%,符合规范要求。

5 资料解释

5.1 地震反射波特征及地质解释

该区地震勘探的主要任务是初步了解二1煤埋深和构造轮廓,因而波的对比主要是在分析、认识反射波组特征的基础上,确定二1煤层反射波T2,而后根据波的强度、相位、连续性特征进行对比追踪各个特定波,在时间剖面上确定特定反射层的起伏和错断情况[3-4]。本次对比追踪既注意了波的相位特征,又注意了波组的强度、频率及连续性特征,T2波的对比均从DZ15线与DL1线交点(位置见图1)开始,再与其它主测线间进行闭合,向其他主测线延伸。

该区地震原始资料品质普遍较好,反映二1煤层特征的T2波组在时间剖面上特征明显、能量强而且连续。区内新生界覆盖层很薄,剖面上基本追踪不到覆盖层底板反射。在DZ15时间剖面上,除T2波特征明显外,其上还有三个较强波组即TP21波、TP22波、TT1波,见图3。依据区内地层展布厚度变化规律和区内已知钻井资料(如表1所示)对各波组地质属性作出解释。

图3 时间剖面上地震反射波特征的显示Fig.3 Display of reflected wave features in time section

钻井编号见煤深度/m见煤厚度/m 11 149.792.09 21 251.4810.47 3771.961.76 4825.775.66

二1煤埋深与地震剖面上的T2反射界面出现的深度相当,故将T2波解释为来自二1煤层附近的反射,其强度变化及连续性反映出二1煤层厚度变化及稳定性。将TP22与T2波之间的解释为煤系;将TP21波解释为上石盒子底板反射,推测为田家沟砂岩底界;其下地层为二叠系下统下石盒子组和山西组,厚约350 m。将TP22波解释为石千峰组底板反射,推测为平顶山砂岩底界,其下地层为二叠系上统上石盒子组,厚约350 m。将TT1波解释为三叠系下统金斗山组底板反射,其下地层为石千峰组和平顶山组,厚约400 m。推测勘查区覆盖层下普遍有三叠系下统金斗山组。

5.2 构造解释

在地震勘探找煤工作中,控制断裂构造和褶皱形态是主要地质任务之一[5]。该区共解释断点17个,组合F1、F2、F3、F4断层4条,现对可靠断层F2、F3作以简要介绍。

1)F2断层:由3个断点组成,T2波表现为相位错动,错动时间为0.08 s～0.10 s,图4为F2断层在时间剖面上的显示。该断层走向北东东向,倾向北北西,倾角76°～81°,断距110 m～216 m,为正断层。该断层下降盘煤层埋深相对加大。

图4 F2断层在时间剖面上的显示Fig.4 Display of fault F2 in time section

2)F3断层:由3个断点组成,DZ08线与DL1线T2波表现为相位错动,错动时间为0.08 s～0.10 s,图5为F3断层在时间剖面上的显示。该断层走向北东向,断层面倾向为北西向,倾角53°～80°,断距128 m～232 m。区内延伸约4 km,为正断层。断层下降盘二1煤埋深加大。

图5 F3断层在时间剖面上的显示Fig.5 Display of fault F3 in time section

5.3 速度研究

地震波传播速度是地震资料处理和解释过程中的一个重要参数[6]。为了提高解释精度,在资料处理时做了较多的速度谱,取得了不同时间段的速度值,利用这些速度进行动校正做出迭加时间剖面。由于该区新生界覆盖层很薄,且三叠系下统为致密砂岩具有相当厚度,因此,由速度谱求取的迭加速度从起始深度就较大,并随着深度增加而加大,时深转换速度如表2所示。利用该速度计算的0.1 s～1.0 s的层速度为4 200 m/s,与区域上煤系的层速度相当。

表2 时深转换速度一览表Table 2 Velocity in time-depth conversion

5.4 地质解释成果

地震地质解释取得的主要成果:1)初步查明了覆盖层的厚度变化情况,勘查区新生界覆盖层薄,厚度在几十米至150 m(已知钻孔揭示覆盖层厚度只有几十米);2)初步查明了主要煤层的分布范围及埋深变化,区内二1煤层较厚,产生的T2反射波能量强,全区基本可追踪,二1煤层在全区较为稳定,构造形态较为简单,基本为一向北西倾斜的单斜层,埋深800 m～1 500 m,1 500 m以浅的面积约有16 km2;3)初步查明了区内基本构造轮廓,解释的F2、F3断层较为可靠,F1、F4断层可靠性稍差;4)勘查区所获地震资料品质好,资料解释可靠,经验证推断解释的二1煤埋深精度较高。

5.5 钻探验证孔解释精度对比

验证孔1见二1煤埋深1 149.79 m,煤厚2.09 m,

地震勘探资料解释深度为1 128.51 m;验证孔2见二1煤埋深1 251.48 m,煤厚10.47 m,地震勘探资料解释深度为1 250.07 m。两个验证孔地震勘探解释精度较高(解释精度对比见表3),均远优于规范中对普查精度的要求(普查限差允许值为9%)[7]。

表3 地震解释二1煤埋深精度对比一览表Table 3 Seismic interpretation 2: comparison of coal burial depth

6 结束语

1)通过正式施工前的试验工作,优选了合理的施工参数及资料处理流程,获得了较好的地震时间剖面,结合已知地质资料进行了综合解释,提供的两个钻探验证孔,资料解释精度较高,取得了较好的地质解释效果。

2)从勘查区区域地质资料及二1煤底板等高线图(如图1所示)分析,区内构造简单,煤炭资源丰富,煤层较厚且较稳定,具有较好的找煤前景,且位于暴雨山井田外延部位,可以成为该井田的接续资源。因此,建议在本次找煤的基础上开展进一步的煤田勘查工作,运用加密二维地震测线、钻探、数字测井相结合的方法,查明煤层构造、厚度变化规律,取得更好的找煤成果。

3)通过地震勘探方法在该区的应用,取得了很好的找煤效果,为同类地区找煤提供了良好的参考。