地震勘探建模與研究在山西長(zhǎng)治某礦區(qū)的應(yīng)用

周 南 李 鵬 張淼鑫 呂 繼

（石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院，河北 石家莊 050031）

山西長(zhǎng)治及附近地區(qū)尚未存在區(qū)域三維地質(zhì)地球物理模型，必須根據(jù)已有的研究成果，建立該煤礦及其鄰區(qū)的深、淺部三維構(gòu)造模型[1-3]。解決煤田勘探中的地質(zhì)問題，包括煤系地層的埋深、起伏變化、斷裂展布、煤層厚度以及可能存在的災(zāi)害地質(zhì)問題。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

本區(qū)域廣為第四系黃土所覆蓋，僅在局部地帶有二疊系下石盒子組、山西組零星出露地表，北界文王山地壘有中奧陶世峰峰組出露地表。本區(qū)域主要含煤地層位于二疊系下統(tǒng)的山西組和石炭系上統(tǒng)太原組。漳村井田位于潞安礦區(qū)中部東緣，地層總體呈一走向NS、傾向W的單斜構(gòu)造，地層傾角一般為3°～7°，井田北部局部受文王山南斷層引起的拖曳影響，地層走向由NS轉(zhuǎn)為NEE向，傾向NNW，傾角可達(dá)15°左右。井田內(nèi)主要斷層為北部的文王山南斷層及其派生的斷層，走向NEE向。褶皺多為一些近EW～NEE向的寬緩波狀起伏，北部由文王山南斷層引起的拖曳褶曲較為緊密。區(qū)內(nèi)陷落柱比較發(fā)育，有多個(gè)規(guī)模較大的陷落柱。本井田范圍內(nèi)無(wú)巖漿巖侵入。

2 三維地震剖面構(gòu)造精細(xì)解釋

在煤田三維地震資料解釋中，準(zhǔn)確解釋斷層、陷落柱十分重要。因此，三維地震資料需要利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行精細(xì)構(gòu)造解釋。

2.1 本區(qū)三維地震數(shù)據(jù)體

2.2 斷層解釋

本次三維地震勘探共解釋斷層15條，其中新發(fā)現(xiàn)斷層14條,全部為正斷層。斷層編號(hào)采用自西向東、自南向北的原則，為避免和以往資料斷層編號(hào)重復(fù)，本次新發(fā)現(xiàn)斷層編號(hào)以DF冠名，修訂斷層與原來位置基本重合的仍采用原編號(hào)。

勘探區(qū)內(nèi)北部受文王山南斷層的影響，斷層走向以近EW向?yàn)橹?，測(cè)區(qū)南北斷層以走向SN為主。

按斷層落差大小劃分，落差≥5m的10條，落差<5m的斷層4條；按斷層控制程度劃分（只對(duì)落差≥5m的進(jìn)行了評(píng)價(jià)），可靠斷層2條，較可靠斷層6條，控制程度較差斷層2條（應(yīng)該說明的是，地震勘探中斷層可靠程度是根據(jù)斷層斷點(diǎn)在時(shí)間剖面顯示情況劃分的，對(duì)所確定的可靠斷層其實(shí)際位置、落差等仍會(huì)存在一定的誤差）?，F(xiàn)將區(qū)內(nèi)能反映本勘探區(qū)特點(diǎn)的斷層情況簡(jiǎn)述如下：

1）DF8 正斷層

位于勘探區(qū)中西部,走向NNW～NW,傾向SWW～SW，傾角約66°,延伸長(zhǎng)度約500m，落差為0～12m。該斷層由ILN492～576及XLN214～266時(shí)間剖面控制，錯(cuò)斷3#、15#煤層。評(píng)價(jià)煤層斷點(diǎn)11個(gè)，其中A級(jí)斷點(diǎn)7個(gè)，B級(jí)斷點(diǎn)3個(gè)，C級(jí)斷點(diǎn)1個(gè)，為可靠斷層。

2）DF9 正斷層

位于測(cè)區(qū)東北部,走向EW,傾向N，傾角約65°，延伸長(zhǎng)度約120m，落差為0～3m。該斷層由XLN384～402時(shí)間剖面控制。共評(píng)價(jià)煤層斷點(diǎn)3個(gè)，其中B級(jí)斷點(diǎn)2個(gè)，C級(jí)斷點(diǎn)1個(gè)，斷層落差小于5米，未對(duì)斷層可靠程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.3 陷落柱解釋

陷落柱是可溶性巖層在地下水強(qiáng)徑流作用下，經(jīng)過漫長(zhǎng)的歷史時(shí)期，被溶蝕形成空洞、孔隙或裂隙，隨著溶蝕作用加強(qiáng)，孔洞不斷增多、擴(kuò)大，最終受重力和構(gòu)造力影響，導(dǎo)致上部巖層失去支撐，垮塌陷落而形成的一種特殊地質(zhì)構(gòu)造。

本次三維地震勘探區(qū)內(nèi)共解釋陷落柱8個(gè)，都為新發(fā)現(xiàn)陷落柱。陷落柱編號(hào)采用自西向東、自南向北的原則，本次新發(fā)現(xiàn)陷落柱編號(hào)以DX冠名，編號(hào)從DX1～DX8。

按陷落柱控制程度級(jí)別劃分，可靠陷落柱3個(gè)，較可靠陷落柱5個(gè)。按陷落煤層分，陷落全部煤層3#～15#的有7個(gè)，僅陷落15#煤層的有1個(gè)。現(xiàn)將本區(qū)內(nèi)能反映本區(qū)特點(diǎn)的陷落柱情況簡(jiǎn)述如下：

位于測(cè)區(qū)中部，近似圓形，在勘探區(qū)內(nèi)3#煤層中直徑160m，陷落面積約20855m2。由ILN480～520及XLN362～386時(shí)間剖面控制，共評(píng)價(jià)陷落點(diǎn)9個(gè)，其中A級(jí)陷落點(diǎn)5個(gè)，B級(jí)陷落點(diǎn)4個(gè)，為可靠陷落柱。

2.4 褶曲的解釋

褶曲在三維數(shù)據(jù)體上比較容易識(shí)別，其在時(shí)間剖面上一般表現(xiàn)為反射波同相軸下凹、上凸；在時(shí)間水平切片上表現(xiàn)為反射波等時(shí)線走向發(fā)生彎曲，曲率越大，則褶曲越緊閉，曲率越小，則褶曲越開闊。

3 第四系厚度及其變化

本次三維地震勘探基本查明了區(qū)內(nèi)第四系厚度，繪制了第四系等厚線圖。資料表明，本區(qū)第四系厚度變化較大，厚度變化范圍在0～60m之間，平均厚度30m左右，區(qū)內(nèi)第四系最厚處在測(cè)區(qū)的南部漳-88孔以西200m附近（厚約60m）,最薄處在中部近東西橫貫測(cè)區(qū)的沖溝中，厚度小于5m，其中在溝里不同部位有零星基巖露頭。

4 煤層賦存深度及形態(tài)

區(qū)內(nèi)3#煤層的總體構(gòu)造形態(tài)為一走向NS、傾向W的單斜構(gòu)造，在單斜構(gòu)造上發(fā)育有規(guī)模大小不等的起伏，地層傾角一般為3°～7°，井田北部局部受文王山南斷層引起的拖曳影響，煤層走向由NS轉(zhuǎn)為NEE向，傾向NNW，傾角可達(dá)15°左右。井田內(nèi)主要斷層為北部的文王山南斷層及其派生的斷層，走向NEE向。

區(qū)內(nèi)3#煤層底板標(biāo)高變化較大，在370～530m之間，煤層賦存最淺部位于勘探區(qū)東部邊界附近，底板標(biāo)高值為530m。最深部位于勘探區(qū)北部文王山南斷層測(cè)區(qū)內(nèi)中段附近，煤層底板標(biāo)高370m（見下圖）。

5 撓曲

撓曲和斷層有很大的相似性，地震資料兩者不容易分別，特別是小斷層和撓曲，更不容易分別，因此本區(qū)解釋了一些小斷層，沒有解釋撓曲。

6 勘探前后構(gòu)造對(duì)比

三維地震勘探后，對(duì)勘探區(qū)內(nèi)目的層地質(zhì)構(gòu)造的控制程度有了很大提高，對(duì)3#煤層和15#煤層賦存狀態(tài)和構(gòu)造發(fā)育情況進(jìn)行了精細(xì)控制，從3#煤層構(gòu)造對(duì)比圖可以看出，其總體形態(tài)與三維地震勘探前基本一致。但新發(fā)現(xiàn)斷層、陷落柱較多，且對(duì)原有斷層進(jìn)行了修改，具體對(duì)比情況如下：

6.1 修訂斷層1條

本次三維地震勘探對(duì)原文王山南斷層（編號(hào)為F—wwsn）做了進(jìn)一步控制，測(cè)區(qū)內(nèi)斷層上盤和3#煤層交線東段位置和原位置移動(dòng)不大，但西段向南偏移。其它要素變化不大。

6.2 新發(fā)現(xiàn)斷層14條

本次三維地震勘探新發(fā)現(xiàn)斷層共14條。其中錯(cuò)斷3#煤層和15#煤層的斷層4條，只錯(cuò)斷3#煤層的斷層5條，只錯(cuò)斷15#煤層的斷層5條。

6.3 新發(fā)現(xiàn)陷落柱8個(gè)

三維地震勘探前區(qū)內(nèi)沒有已知陷落柱，測(cè)區(qū)外圍東南邊界附近有一個(gè)陷落柱（X8），本次三維地震勘探新發(fā)現(xiàn)陷落柱8個(gè)。

6.4 解釋15#煤層反射波異常區(qū)1處

本次三維地震勘探解釋15#煤層反射波異常區(qū)1處，位于勘探區(qū)西部邊界附近漳-86孔西北200m附近。

6.5 測(cè)區(qū)的西部中間部位，原煤層底板為向向西傾斜的單斜，勘探后為一走向近南北，褶幅近20m的向斜。

7 結(jié)語(yǔ)

三維地震資料具有數(shù)據(jù)量大、信息豐富、空間分辨率高等特點(diǎn)。基于這些特點(diǎn)，用三維地震數(shù)據(jù)構(gòu)建地質(zhì)模型能夠比較準(zhǔn)確反映勘探區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造特征，為綜采設(shè)計(jì)及安全生產(chǎn)提供更可靠的地質(zhì)依據(jù)。

但是，由于地震資料處理技術(shù)的局限，在煤田地質(zhì)資料解釋中，關(guān)于小斷層 （通常指斷距小于10m的斷層或在地震上接近地震分辨率(λ/4)的斷層）的解釋還不能達(dá)到較精確的程度，對(duì)陷落柱的解釋還是存在爭(zhēng)議。

對(duì)于建立更加精確的地質(zhì)模型，只有大量研究前人地質(zhì)成果，運(yùn)用綜合勘探技術(shù)，降低單一勘探技術(shù)的多解性，提高勘探目標(biāo)的勘探精度和勘探數(shù)據(jù)處理技術(shù)。

［1］煤炭三維地質(zhì)建模信息系統(tǒng)的研制及關(guān)鍵技術(shù)[J].煤炭學(xué)報(bào)，2011,36（7）：1117-1123.

［2］劉軍旗，毛小平.礦產(chǎn)資源勘查定量化表達(dá)的集成模式與關(guān)鍵技術(shù)[J].地球科學(xué)：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，34(2):375-381.

［3］姜在炳.煤層動(dòng)態(tài)建模技術(shù)及應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào)，2006，31(1):40-44.