三维地震勘探技术在复杂地质条件下的应用

2020-08-11

江西煤炭科技 2020年3期

（山西晋煤集团晋圣亿欣煤业有限公司，山西晋城 048200）

1 地质概况及地球物理特征

1.1 地质概况

山西晋煤集团晋圣亿欣煤业有限公司井田位于太行山脉南段西麓，沁水煤田的南部边缘。受区域构造的影响，井田内发育宽缓褶曲，地层走向总体上为NE-NEE，倾向NW，地层产状平缓，倾角一般为3°～10°，地貌为剥蚀中山区，沟谷纵横发育。井田内东部构造简单，褶曲宽缓、地层平缓；中西部断层发育，构造较复杂，地层总体走向变化不大。以往勘探工作确定的主要内容包括：绘制施测了区域1：10000的地形地质图，完成了普查勘探区1/25000的地形地质测量。并确定了区域矿产资源C+D级储量375820万t，其中C级储量163339.2万t等。

本次三维地震勘探的主要地质任务为：

（1）查明勘探区内落差≥10 m断层的性质。

（2）查明勘探区内直径≥30m的陷落柱，尽可能解释直径小于30m的陷落柱。

（3）初步查明勘探区内2#、15#煤层底板的起伏形态。

1.2 地球物理特征

（1）浅层地震地质条件

勘探区域的浅层地层结构可统述为以下三种类型：

①薄黄土覆盖区。主要集中于村庄附近及山梁平缓区域；

②坡积物区。主要集中于山梁斜坡处，赋存松散，对地震波的激发与接收存在不利的影响；

③基岩出露区。主要集中于勘探区内的沟谷区域。

（2）深层地震地质条件

本次勘探的主要煤层为2#、15#煤层，煤层平均间距为96.58 m。其中，2#煤层沉积稳定，倾角较小，煤层平均厚度为1.35 m；15#煤层平均厚度为2.27 m。2#煤层埋深较浅，埋藏深度在10～270 m之间，勘探区内三盘区中部露头，存在风氧化现象，受面波、浅层折射波等干扰严重，可形成断续对比追踪的反射波组（T2波）；15#煤层受到2#煤层的屏蔽作用，其煤层反射波（T15波）的连续性易受到影响。区内可采煤层参数见表1。

表1 区内可采煤层参数

2 数据采集参数的确定

2.1 试验仪器

地震仪器选取428XL数字地震仪，采样间隔为0.5 ms，记录长度为1s，前放增益12db；检波器的选取规格为自然频率60 Hz，单串4个。地质成孔工具选取为轻便洛阳铲、轻便风钻。

2.2 点位选择

根据勘探区的地势特征，试验测点主要选择在基岩出露区、坡积物和乱石等具有区域地质特征代表性的地段[1]，试验共布置5个试验点，各试验点的位置分布见图1，试验点工程量统计见表2。

图1 试验点位置分布

表2 试验点工程量统计

2.3 试验内容

对试验点1中的基岩出露地段进行波场调查试验，激发条件试验的选取地段包括基岩出露地段、坡积物地和薄黄土覆盖地段，通过试验，确定出的施工参数如下：

（1）基岩出露地段

采用风镐成孔，井深3m，单井、药量1kg，封孔激发。

（2）黄土覆盖地段

采用洛阳铲成孔至基岩面，风镐成孔至基岩内2m，单井、药量1kg封孔激发。

（3）坡积物地段

采用风镐成孔，井深5m，单井、药量1kg，封孔激发。

3 观测系统

根据目的层埋深及地质构造特点，拟选用16线4炮24次覆盖规则束状观测系统进行施工观测，以线束为单位进行施工，中点放炮[2]，每束线与上一束线重合8条接收线，观测系统的参数选择见表3。

表3 观测系统参数

4 野外工程量

本次野外勘探设计面积为4.01 km2，选用16线4炮24次覆盖规则束状观测系统进行施工观测，每束炮线4条，炮线距40m，炮点间距为50m，CDP网格大小为5 m×10 m。野外工程量统计见表4。

表4 野外工程量统计

5 资料处理和解释

5.1 资料处理

采用法国GEOVECTEURPLUS V6.1软件、国产GRISYS地震数据处理软件对本次地震勘探的数据进行处理，资料主要处理参数见表5，地震资料处理流程见图2。

图2 地震资料处理流程

表5 资料处理参数

5.2 资料解释

资料解释是地震勘探中的关键环节，是将地震成果转换为地质成果的重要过程。本次地震勘探数据采用Geoframe 3.8版本解释软件系统进行分析，地震资料的解释以100%偏移数据体为主，另结合叠加数据体及方差体、顺层切片等地震属性进行综合对比解释，主要解释部分包括构造解释及异常区解释[3]。

（1）构造解释

①褶曲解释

煤系地层的构造状态通过时间剖面T15波的起伏情况进行描述。在时间剖面图上，T15波上凸的区域范围代表背斜构造，T15波下凹的区域范围代表向斜构造[4]，背斜、向斜构造在时间剖面图上的显示分别见图3、图4。

图3 背斜在时间剖面上的反映

图4 向斜在时间剖面上的反映

②断层的解释

煤系地层的断点特征通过T15波的运动学和动力学特征进行解释，反射波的错断点、扭曲点代表断层断点。可作为反映断层在地震剖面的表现形式，在反射波的错断点、扭曲点的两侧，可以清晰地对波阻特征进行比对，确定断层分布情况，断点在时间剖面上的反映见图5。

图5 断点在时间剖面上的反映

图6 陷落柱在时间剖面上的反映

图7 异常区在时间剖面上的反映

③陷落柱的解释

同正常地层相比，陷落柱体内的地层在连续性、产状等方面具有诸多明显的不同之处，这种差异是形成异常地震波的重要因素。一般而言，陷落柱的赋存范围及其大小可根据绕射波、延迟绕射波、侧面波等特征波形进行判定识别[5]，陷落柱在时间剖面上的反映见图6。

陷落柱在本区时间剖面上具有如下四点特征：

a、反射波同相轴中断，其中断点可作为陷落柱边界的反映；

b、反射波同相轴扭曲，产状发生突变，扭曲点是陷落柱的边界；

c、反射波相位转换，代表反射波同相轴极性发生转变；

d、反射波振幅减弱时，会出现圈闭现象。

（2）异常区的解释

本区异常区在地震时间剖面上主要表现为地震反射波同相轴能量明显减弱、反射波出现扭曲、连续性变差等现象。出现的原因可能是煤层埋藏浅，以及地震地质条件复杂等因素。异常区在时间剖面上的反映见图7。

6 地质成果

在本次试验勘探中，初步查明了2#煤层、5#煤层的赋存深度及底板的起伏形态，基本探明了勘探区内褶曲、断层及陷落柱的数量。其中，包括2个大于10m的褶曲（S1、S2），8条断层（F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8），以及3个直径大于30m的陷落柱（X1、X2、X3）；在查明的勘探区内，解释了6处2#煤层异常区（XV一盘区两处，XV三盘区4处）和11处的15#煤层异常区（XV一盘区5处，XV三盘区6处）。其中，2#煤层异常区受煤层露头影响较大，15#煤层异常区为薄煤区的可能性较大。推测引起异常的主要原因为地震地质条件复杂。本区异常区在时间剖面上总体表现为反射波能量突然变弱、连续性变差等。