三維地震勘探技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用

（山西晉煤集團晉圣億欣煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048200）

1 地質(zhì)概況及地球物理特征

1.1 地質(zhì)概況

山西晉煤集團晉圣億欣煤業(yè)有限公司井田位于太行山脈南段西麓，沁水煤田的南部邊緣。受區(qū)域構(gòu)造的影響，井田內(nèi)發(fā)育寬緩褶曲，地層走向總體上為NE-NEE，傾向NW，地層產(chǎn)狀平緩，傾角一般為3°～10°，地貌為剝蝕中山區(qū)，溝谷縱橫發(fā)育。井田內(nèi)東部構(gòu)造簡單，褶曲寬緩、地層平緩；中西部斷層發(fā)育，構(gòu)造較復(fù)雜，地層總體走向變化不大。以往勘探工作確定的主要內(nèi)容包括：繪制施測了區(qū)域1：10000的地形地質(zhì)圖，完成了普查勘探區(qū)1/25000的地形地質(zhì)測量。并確定了區(qū)域礦產(chǎn)資源C+D級儲量375820萬t，其中C級儲量163339.2萬t等。

本次三維地震勘探的主要地質(zhì)任務(wù)為：

（1）查明勘探區(qū)內(nèi)落差≥10 m斷層的性質(zhì)。

（2）查明勘探區(qū)內(nèi)直徑≥30m的陷落柱，盡可能解釋直徑小于30m的陷落柱。

（3）初步查明勘探區(qū)內(nèi)2#、15#煤層底板的起伏形態(tài)。

1.2 地球物理特征

（1）淺層地震地質(zhì)條件

勘探區(qū)域的淺層地層結(jié)構(gòu)可統(tǒng)述為以下三種類型：

①薄黃土覆蓋區(qū)。主要集中于村莊附近及山梁平緩區(qū)域；

②坡積物區(qū)。主要集中于山梁斜坡處，賦存松散，對地震波的激發(fā)與接收存在不利的影響；

③基巖出露區(qū)。主要集中于勘探區(qū)內(nèi)的溝谷區(qū)域。

（2）深層地震地質(zhì)條件

本次勘探的主要煤層為2#、15#煤層，煤層平均間距為96.58 m。其中，2#煤層沉積穩(wěn)定，傾角較小，煤層平均厚度為1.35 m；15#煤層平均厚度為2.27 m。2#煤層埋深較淺，埋藏深度在10～270 m之間，勘探區(qū)內(nèi)三盤區(qū)中部露頭，存在風(fēng)氧化現(xiàn)象，受面波、淺層折射波等干擾嚴(yán)重，可形成斷續(xù)對比追蹤的反射波組（T2波）；15#煤層受到2#煤層的屏蔽作用，其煤層反射波（T15波）的連續(xù)性易受到影響。區(qū)內(nèi)可采煤層參數(shù)見表1。

表1 區(qū)內(nèi)可采煤層參數(shù)

2 數(shù)據(jù)采集參數(shù)的確定

2.1 試驗儀器

地震儀器選取428XL數(shù)字地震儀，采樣間隔為0.5 ms，記錄長度為1s，前放增益12db；檢波器的選取規(guī)格為自然頻率60 Hz，單串4個。地質(zhì)成孔工具選取為輕便洛陽鏟、輕便風(fēng)鉆。

2.2 點位選擇

根據(jù)勘探區(qū)的地勢特征，試驗測點主要選擇在基巖出露區(qū)、坡積物和亂石等具有區(qū)域地質(zhì)特征代表性的地段[1]，試驗共布置5個試驗點，各試驗點的位置分布見圖1，試驗點工程量統(tǒng)計見表2。

圖1 試驗點位置分布

表2 試驗點工程量統(tǒng)計

2.3 試驗內(nèi)容

對試驗點1中的基巖出露地段進行波場調(diào)查試驗，激發(fā)條件試驗的選取地段包括基巖出露地段、坡積物地和薄黃土覆蓋地段，通過試驗，確定出的施工參數(shù)如下：

（1）基巖出露地段

采用風(fēng)鎬成孔，井深3m，單井、藥量1kg，封孔激發(fā)。

（2）黃土覆蓋地段

采用洛陽鏟成孔至基巖面，風(fēng)鎬成孔至基巖內(nèi)2m，單井、藥量1kg封孔激發(fā)。

（3）坡積物地段

采用風(fēng)鎬成孔，井深5m，單井、藥量1kg，封孔激發(fā)。

3 觀測系統(tǒng)

根據(jù)目的層埋深及地質(zhì)構(gòu)造特點，擬選用16線4炮24次覆蓋規(guī)則束狀觀測系統(tǒng)進行施工觀測，以線束為單位進行施工，中點放炮[2]，每束線與上一束線重合8條接收線，觀測系統(tǒng)的參數(shù)選擇見表3。

表3 觀測系統(tǒng)參數(shù)

4 野外工程量

本次野外勘探設(shè)計面積為4.01 km2，選用16線4炮24次覆蓋規(guī)則束狀觀測系統(tǒng)進行施工觀測，每束炮線4條，炮線距40m，炮點間距為50m，CDP網(wǎng)格大小為5 m×10 m。野外工程量統(tǒng)計見表4。

表4 野外工程量統(tǒng)計

5 資料處理和解釋

5.1 資料處理

采用法國GEOVECTEURPLUS V6.1軟件、國產(chǎn)GRISYS地震數(shù)據(jù)處理軟件對本次地震勘探的數(shù)據(jù)進行處理，資料主要處理參數(shù)見表5，地震資料處理流程見圖2。

圖2 地震資料處理流程

表5 資料處理參數(shù)

5.2 資料解釋

資料解釋是地震勘探中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是將地震成果轉(zhuǎn)換為地質(zhì)成果的重要過程。本次地震勘探數(shù)據(jù)采用Geoframe 3.8版本解釋軟件系統(tǒng)進行分析，地震資料的解釋以100%偏移數(shù)據(jù)體為主，另結(jié)合疊加數(shù)據(jù)體及方差體、順層切片等地震屬性進行綜合對比解釋，主要解釋部分包括構(gòu)造解釋及異常區(qū)解釋[3]。

（1）構(gòu)造解釋

①褶曲解釋

煤系地層的構(gòu)造狀態(tài)通過時間剖面T15波的起伏情況進行描述。在時間剖面圖上，T15波上凸的區(qū)域范圍代表背斜構(gòu)造，T15波下凹的區(qū)域范圍代表向斜構(gòu)造[4]，背斜、向斜構(gòu)造在時間剖面圖上的顯示分別見圖3、圖4。

圖3 背斜在時間剖面上的反映

圖4 向斜在時間剖面上的反映

②斷層的解釋

煤系地層的斷點特征通過T15波的運動學(xué)和動力學(xué)特征進行解釋，反射波的錯斷點、扭曲點代表斷層斷點?？勺鳛榉从硵鄬釉诘卣鹌拭娴谋憩F(xiàn)形式，在反射波的錯斷點、扭曲點的兩側(cè)，可以清晰地對波阻特征進行比對，確定斷層分布情況，斷點在時間剖面上的反映見圖5。

圖5 斷點在時間剖面上的反映

圖6 陷落柱在時間剖面上的反映

圖7 異常區(qū)在時間剖面上的反映

③陷落柱的解釋

同正常地層相比，陷落柱體內(nèi)的地層在連續(xù)性、產(chǎn)狀等方面具有諸多明顯的不同之處，這種差異是形成異常地震波的重要因素。一般而言，陷落柱的賦存范圍及其大小可根據(jù)繞射波、延遲繞射波、側(cè)面波等特征波形進行判定識別[5]，陷落柱在時間剖面上的反映見圖6。

陷落柱在本區(qū)時間剖面上具有如下四點特征：

a、反射波同相軸中斷，其中斷點可作為陷落柱邊界的反映；

b、反射波同相軸扭曲，產(chǎn)狀發(fā)生突變，扭曲點是陷落柱的邊界；

c、反射波相位轉(zhuǎn)換，代表反射波同相軸極性發(fā)生轉(zhuǎn)變；

d、反射波振幅減弱時，會出現(xiàn)圈閉現(xiàn)象。

（2）異常區(qū)的解釋

本區(qū)異常區(qū)在地震時間剖面上主要表現(xiàn)為地震反射波同相軸能量明顯減弱、反射波出現(xiàn)扭曲、連續(xù)性變差等現(xiàn)象。出現(xiàn)的原因可能是煤層埋藏淺，以及地震地質(zhì)條件復(fù)雜等因素。異常區(qū)在時間剖面上的反映見圖7。

6 地質(zhì)成果

在本次試驗勘探中，初步查明了2#煤層、5#煤層的賦存深度及底板的起伏形態(tài)，基本探明了勘探區(qū)內(nèi)褶曲、斷層及陷落柱的數(shù)量。其中，包括2個大于10m的褶曲（S1、S2），8條斷層（F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8），以及3個直徑大于30m的陷落柱（X1、X2、X3）；在查明的勘探區(qū)內(nèi)，解釋了6處2#煤層異常區(qū)（XV一盤區(qū)兩處，XV三盤區(qū)4處）和11處的15#煤層異常區(qū)（XV一盤區(qū)5處，XV三盤區(qū)6處）。其中，2#煤層異常區(qū)受煤層露頭影響較大，15#煤層異常區(qū)為薄煤區(qū)的可能性較大。推測引起異常的主要原因為地震地質(zhì)條件復(fù)雜。本區(qū)異常區(qū)在時間剖面上總體表現(xiàn)為反射波能量突然變?nèi)?、連續(xù)性變差等。

7 結(jié)語

在本次地震勘探工作中，基本完成了設(shè)計地質(zhì)勘探任務(wù)，基本查明了勘探測區(qū)2#煤層、15#煤層的埋深和起伏形態(tài)和勘探區(qū)內(nèi)褶曲、斷層及陷落柱的數(shù)量、特征。本次地震勘探未發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)有采空區(qū)。在勘探過程中，由于地質(zhì)環(huán)境及工程技術(shù)局限，存在著諸多影響勘探精度的因素，主要體現(xiàn)為以下兩點：

1）部分勘探試驗區(qū)煤層賦存較淺且厚度變化大，地震反射波波形穩(wěn)定性一般，因?qū)^(qū)域斷層的解釋可能存在一定漏失與誤判。

2）由于三維地震勘探技術(shù)的局限性，2#煤層地震勘探精度在部分地段信噪比出現(xiàn)降低的情況，對該區(qū)域的解釋精度也會隨之降低。